Autonom und automatisiert fahrende Fahrzeuge werden in zunehmendem Umfang im Straßenverkehr eingesetzt. Überwachung und Eingriff in den laufenden Betrieb dürfen aufgrund eines Bundestagsbeschlusses von 2021 auch von einer externen Stelle aus durchgeführt werden. Dazu ist eine Einrichtung notwendig, welche die Fernsteuerung, das Auslesen der Sensordaten und die Überwachung von Umgebung und Betriebszustand des Fahrzeuges ermöglicht. Das Ziel der Arbeit ist die Implementierung einer solchen Fernüberwachungseinheit mit Anbindung an das Robot Operating System (ROS). Es erfolgt ein Überblick über das Robot Operating System und den verwendeten Roboter RR100. Nach einer Anforderungsanalyse über die notwendigen Komponenten erfolgt die Umsetzung und Erläuterung des Interfaces auf dem Roboter. Die Testszenarien zeigen, dass sich das entwickelte Interface gut zur lokalen Überwachung des Roboters eignet. Für eine Fernüberwachung sind jedoch noch weitere Anpassungen notwendig, um die Sicherheit gewährleisten zu können.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
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- Einleitung
- Gliederung
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- SAE-Level und Entwicklung des autonomen Fahrens
- Sensorsysteme für autonome Fahrzeuge
- LiDAR-Sensoren
- Globale Navigationssatellitensysteme
- Kamera
- Radar
- Ultraschall-Sensoren
- Grundprinzipien autonomer Navigation
- Kartografierung
- Lokalisierung
- Pfadplanung
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- RR100
- Allgemeines
- Kommunikation und Sensoren
- Software
- ROS
- Entstehung und Geschichte
- Vorzüge von ROS
- Architektur und Konzepte
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- Statusinformationen und Sensordaten des Roboters
- Rückgabewerte der Motor-Controller
- Coulombmeter
- Stereokamera
- LiDAR
- Inertialsensorik (IMU)
- GPS
- Odometrie
- Aktorik-Ansteuerung
- Anforderungsanalyse
- Essentielle Elemente
- Auswahl der Plattform
- Anbindung von ROS an einen Web-Browser
- Struktureller Interface-Aufbau
- ROS und JavaScript
- WebSocket-Kommunikation
- Mockup/Layoutentwurf (Anordnung der Elemente und Betriebsmodi)
- Bedienelemente und Packages
- Connect/Disconnect
- Battery und Status
- Map und Camera
- Fernsteuerung
- Set Goals
- GPS Map
- Sensordaten
- Einrichtung des RR100 und der Workspace-Packages
- ROS als verteiltes System
- Verschlüsselte Verbindung
- Workspace des RR100
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- Start des Roboters und Aufruf des Interfaces
- Aufbau und Elemente
- Camera
- Status
- Controls
- RVIZ Map
- Set Waypose
- GPS-Map
- Odometry/Motors
- IMU
- Speed/Angle
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- Einsatzumgebung
- Kartenaufzeichnung durch Fernsteuerung
- Einzelzielnavigation
- Multizielnavigation
- Benachrichtigung über gescheiterte Routenplanung
- Nothalt
- Hindernis
- Zusammenfassung, Fazit und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Bachelorarbeit zielt auf die Implementierung einer Fernüberwachungseinheit für einen autonomen Roboter vom Typ RR100 ab, die eine Verbindung zum Robot Operating System (ROS) herstellt. Das Ziel ist es, wichtige Zustandsinformationen und Sensordaten des Roboters zu überwachen, eine Fernsteuerung im Handbetrieb zu ermöglichen und die Fahrtroute zu ändern.
- Die Implementierung eines Web-Interfaces zur Fernüberwachung eines autonomen Roboters
- Die Integration von ROS in ein Web-Interface
- Die Visualisierung und Überwachung von Sensordaten und Statusinformationen
- Die Realisierung einer Fernsteuerungsfunktion für den Roboter
- Die Erprobung und Bewertung der Funktionalität des Interfaces in verschiedenen Testszenarien
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Kapitel 1 bietet eine Einleitung in das Thema der Arbeit, beschreibt die Relevanz von autonomen Fahrzeugen und Robotern und gibt einen Überblick über die Gliederung der Arbeit. Kapitel 2 beleuchtet die Grundlagen und Vorbetrachtungen zum autonomen Fahren, darunter die verschiedenen SAE-Level, gängige Sensorsysteme für autonome Fahrzeuge und grundlegende Prinzipien der autonomen Navigation.
Kapitel 3 stellt den verwendeten Roboter RR100 und seine Spezifikationen vor, bevor es eine Einführung in das Robot Operating System (ROS) gibt. Dabei werden die Entstehung und Geschichte, die Vorzüge von ROS und die ROS-Architektur mit ihren verschiedenen Ebenen (Dateisystemebene, Kommunikationsebene, Communityebene) erläutert.
Kapitel 4 befasst sich mit der Konzepterstellung für das Interface, indem zunächst die verfügbaren Sensordaten des Roboters zusammengefasst werden. Anschließend erfolgt eine Anforderungsanalyse, um den notwendigen Funktionsumfang des Interfaces zu definieren. Die Anbindung von ROS an einen Web-Browser wird diskutiert und das gewählte Konzept mit einer WebSocket-Verbindung vorgestellt. Der Entwurf des Interface-Layouts und die Anordnung der Bedienelemente werden erläutert, bevor die Einrichtung des RR100 und der Workspace-Packages für die Umsetzung des Konzeptes abgeschlossen wird.
Kapitel 5 präsentiert das finale Interface, inklusive einer Anleitung für den Start des Roboters und den Aufruf des Interfaces. Die einzelnen Interface-Elemente, ihre Funktionalitäten und die Verwendung von Sensordaten werden detailliert beschrieben. Dazu werden Quellcodebeispiele und die verwendeten ROS-Topics und Packages vorgestellt.
Kapitel 6 widmet sich der Erprobung der Funktionsfähigkeit des Web-Interfaces in verschiedenen Testszenarien. Die Fernsteuerung, der autonome Betrieb, die Benachrichtigung bei gescheiterter Pfadplanung, der Nothalt und die Reaktion auf Hindernisse werden getestet und ausgewertet.
Kapitel 7 fasst die Arbeit zusammen, zieht ein Fazit zu den erzielten Ergebnissen und zeigt mögliche Verbesserungen und zukünftige Forschungsrichtungen auf.
Schlüsselwörter (Keywords)
Autonomes Fahren, Robot Operating System (ROS), Web-Interface, Fernüberwachung, Sensordaten, Fernsteuerung, Navigation, Pfadplanung, RR100, LiDAR, Stereokamera, IMU, GPS, Odometrie, Testszenarien.
- Citar trabajo
- Niklas Ritz (Autor), 2022, Entwicklung eines Web-Interfaces zur Fernüberwachung autonomer Roboter, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1319105
