Raspberry Pi Roboter - Linien folgen

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Raspberry Pi Roboter programmieren: Linien folgen lassen (Teil 2)

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Nachdem wir für unseren Raspberry Pi Roboter im ersten Teil die grundlegenden Funktionen definiert haben, wollen wir diese nun nutzen, indem wir ihn einer gezogenen Linie folgen lassen. Dafür bringen wir zwei optische Infrarot Sensoren (Line Follower: TCRT5000) an der Karosserie des Robots an. Wird die Linie verloren, so wird automatisch in einem Winkel von 45° (anpassbar) auf beiden Seiten danach gesucht. Wurde nichts gefunden, so stoppt der Roboter.

Dieses Tutorial setzt voraus, dass die Funktionen des ersten Roboter Tutorials bereits implementiert wurden. Falls nicht, solltest du zuerst dem vorherigen Tutorial folgen, bevor du hier fortfährst.

 

Zubehör

Raspberry Pi Line Follower

Raspberry Pi Line Follower Modul (TCRT5000)

Als weiteres Zubehör werden in diesem Tutorial lediglich zwei Line Follower Module benötigt (und natürlich Female-Female Jumper Kabel. Zum befestigen habe ich außerdem Heißkleber benutzt. Als Linie eignet sich besonders schwarzes Isolierband.

Es ist möglich auch mehr als zwei IR Line Follower Sensoren zu nutzen, allerdings muss dann auch der Code entsprechend bearbeitet werden. Falls du das Projekt so nachbauen, wie ich es gemacht habe, empfiehlt es sich bei zwei Sensoren zu bleiben.

Hier kannst du schon mal ein Video sehen, wie der Roboter dann später einer Linie folgen kann:

 

IR Line Follower Funktion

Der TCRT500 (Datenblatt) als Modul hat 4 Pins: VCC, GND und einen analogen und digitalen Ausgang. Der analoge Output ist in diesem Fall unwichtig, da wir anhand des digitalen Pins bereits erkennen können, ob der Sensor sich über einer Linie befindet. Darüber hinaus befindet sich auch eine LED, welche leuchtet, falls sich keine Linie darunter befindet (siehe nachfolgende Bilder).

Eine der beides IR LEDs sendet ein nicht sichtbares (infrarotes) Signal. Wird dieses nun absorbiert, so befindet sich der Sensor aller Wahrscheinlichkeit nach auf einer schwarzen Linie. Da der selbe Effekt auch erreicht wird, sobald das Modul zu weit von einer Oberfläche entfernt ist, sollte darauf geachtet werden, dass der Abstand zum Boden ca. 1 bis 1.5cm beträgt.

Die Wahl der Oberfläche ist aber auch wichtig: Am besten eignen sich glatte, leicht spiegelnde Oberflächen (Parkett, Fliesen, u.U. auch ein mit Papier belegter Boden). Den besten Kontrast dazu bildet das nicht-spiegelnde schwarze Isolierklebeband, wie ich es daher auch verwendet habe.

 

Zusammenbau und Anschluss

Bevor wir die Sensoren anbringen, rät es sich diese zu verbinden: Dazu habe ich beide mit ein wenig Heißkleber an den Seiten aneinander befestigt. Nachdem dieser getrocknet ist, habe ich jeweils die beiden VCC und GND Pins mit einem Draht aneinander gelötet, damit weniger Kabel benötigt werden. Nach dem Anbringen der Jumper Kabel, habe ich mit weiterem Heißkleber die zusammengefügten Module an das Vorderrad der Karosserie geklebt. Dabei ist wichtig, dass der Abstand zum Boden nicht zu groß wird. Du solltest die perfekte Höhe vor dem Anbringen testen (bei mir passt genau ein Finger darunter).

Der weitere Anschluss an den Raspberry Pi ist sehr einfach: VCC wird wie üblich an den 3.3V Pin des Raspberry Pi’s angeschlossen, GND an GND und die digitale Ausgabe (D0) an einen freien GPIO Pin. Ich habe dafür GPIO 6 (rechts) und 19 (links) gewählt.

Mit den vorher angebrachten Motoren und unserem Motor Treiber IC, sieht der schematische Aufbau nun so aus:

Raspberry Pi Robot motor, line follower Steckplatine

 

 

Erweiterter Code des Raspberry Pi Roboters

Um der Linie zu folgen gibt es verschiedene Modi, welche geprüft werden: Falls beide Sensoren die Linie erkennen, so wird einfach geradeaus weiter gefahren, falls nur einer der beiden Sensoren die Linie erkennt, so wird ein wenig in die andere Richtung gefahren. Sobald wieder beide Sensoren etwas erkennen, wird wieder geradeaus gefahren. Falls keiner der beiden Sensoren etwas erkennt, so wird ein einem Bereich (degrees_to_search) in beiden Seiten gesucht. Falls etwas gefunden wurde, wird fortgefahren wie davor. Falls nicht, so endet die Suche und der Roboter bleibt stehen.

Zunächst wechseln wir also wieder in den vorher erstellten Ordner, um eine weitere Datei zu erstellen. Diese wird später für alle Aktionen des Roboters verantwortlich sein und jene steuern.

sudo nano robot.py

Der Inhalt ist folgender:

Und schon kann ein erster Test erfolgen. Erstelle eine Teststrecke (am besten keine zu scharfen Kurven) und führe folgenden Python Code aus:

Nun sollte der Roboter anständig der Linie folgen. Ggf. kannst du den Winkel (degrees_to_search) noch deinen Wünschen anpassen. Der Roboter kann nun z.B. bereits als Pokemon Go Eier-Brüter verwendet werden 😀

 

Im nächsten Raspberry Pi Robot Tutorial werden wir den Roboter per Infrarot Fernbedienung steuern.

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11 Kommentare

  1. Christoph sagt:

    Guten Morgen Felix,

    der Sensor TCRT500 sollte sich somit auch als Absturzsicherung betreiben lassen???

    Weißt Du ob es ggf. einen vergleichbaren mit etwas mehr Abstanderkennung gibt, 3-5cm?
    Wäre für meine 4WD-Plattform durchaus erforderlich.

    Gruß Aus Leverkusen

    • Felix sagt:

      Hi Christoph,
      was meinst du mit Absturzsicherung? Der Wert 1-2cm beruht auf eigenen Messungen und Probieren. Kommt aber auch auf die Lichtverhältnisse und Bodenbeschaffenheit (Spiegelung etc) an. Du kannst doch zwischen Karosserie und Sensor etwas befestigen, damit der Abstand geringer wird.
      LG, Felix

    • Christoph Wolf sagt:

      Hallo Felix,
      dabei fehlt mir dann aber die Bodenfreiheit an meiner Plattform (Bilder meiner E-mail).

      Habe mir jetzt bei E-bay „Infrared Obstacle Avoidance Sensor Modul einstellbar“ bestellt, sollen 2-30cm erkennen. Hoffe damit entsprechend eine Absturzkantenerkennung realisieren zu können.

    • Felix sagt:

      Hallo Christoph,
      Avoidance Sensor klingt für mich eher nach Abstandsmessung. Bin mir nicht sicher, ob man damit auch Linien erkennen kann. Allerdings habe ich für nächste Woche auch einen Teil geplant, indem der Roboter automatisch Gegenständen ausweicht (Servo + Ultraschall).
      LG, Felix

  2. Micheal O'Leary sagt:

    12.12.2016

    Ein interessante Anfänger Projekt – gut gemacht!

    Etwas off-topic:
    Ich persönlich werde ein Autonomes Roboter Projekt für Fortgeschrittener sehen.
    Da ich nicht mehr Schrauben kann, suche ich ein Chassis mit Motoren (ideal mit encoders)
    als HW Basis….In Internet gibt es, aber sehr teuer. Also wenn einer so ein Projekt gemacht hat
    ein Tutorial wird willkommen.

    • Felix sagt:

      Ich finde auch gerade das autonome Fahren in Richtung Personenerkennung interessant. OpenCV kann ja schon einiges ohne großen Aufwand. Mal sehen, ob ich dazu komme, das auch einzubauen 🙂

  3. Hans sagt:

    Hallo,

    wenn ich in diesem Projekt eine Powerbank verwende, brauche ich dann zusätzlich noch die Batterien?
    Mir ist auch nicht klar welche Kabel ich an die Radmotoren anlöten kann. Nehme ich dafür Jumper Kabel?

    Danke für eine Antwort.

    • Felix sagt:

      Ja, Batterien solltest du dennoch nutzen, da die Motoren mehr Strom brauchen, als der Pi über die GPIOs liefern kann. Entweder Jumper Kabel oder einfachen Draht (isoliert) nehmen.
      LG, Felix

  4. Klaus sagt:

    Könnte man denn diese Sensoren auch nutzen damit er automatisch Gegenständen ausweicht? Ähnlich zu Ultraschall? Oder gibts es außer den Ultraschall-Sensoren sonst noch Sensoren die zur Kollisionsvermeidung gut sind?

  5. Klaus sagt:

    Also das bzgl. Personenerkennung und OpenCV wäre wirklich sehr interessant!

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