VERNER-Projekt

VERNER-Projekt

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Beschreibungen für die Projektteilnahme bei Ars Electronica

Kurzbeschreibung

Das VERNER Projekt (Versatile Nature Exploration Rover) befasst sich mit der Entwicklung eines autonomen Rovers für Einsätze, um die Mechanismen hinter einem solchen Fahrzeug, die Probleme die sich damit ergeben und Anwendungen in der Industrie zu ergründen.

Wir bauen in einer Gruppe aus fünf Studenten ein sechsrädriges, unbemanntes Fahrzeug für Erkundungs- und Aufklärungsfahrten im privaten und kommerziellen Umfeld. Dieses Projekt trägt den Namen VERNER und steht für Versatile Nature Exploration Rover. Unsere Entwicklung ist fernsteuerbar und soll in einem späteren Ausbauschritt auch autonom Gebiete erkunden können, um Informationen zusammenzutragen und Messungen durchzuführen. Einsatzkräfte könnten durch dieses Werkzeug mehr Daten über Krisengebiete sammeln und auf Grund dessen besser auf schwierige Situationen reagieren . Derartige Einsätze werden in Zukunft, beispielsweise aufgrund sich häufender Naturkatastrophen nicht seltener werden, deswegen wollen wir schon heute weitere Lösungen finden um in Zukunft gewappnet zu sein.

Dieses Projekt setzte die Entwicklung eines Fahrwerks, einer Softwarearchitektur, sowie einem Bewegungsmuster für die individuellen Eigenschaften von VERNER vorraus. Durch unsere Zusammenarbeit konnten wir diese Herausforderungen angehen und uns außerdem mehrere Organisationstechniken erarbeiten, welche unsere Teamworkfähigkeiten enorm steigerten.

In der weiteren Entwicklung werden wir uns um eine bessere Steuerung, eine gute Karosserie, vielfältige Sensoren und intelligente Manövrierfähigkeit kümmern. Gerade die Sensoren sind allerdings leider eine kostspieligere Angelegenheit und erfordern Zusammenarbeit mit anderen Stellen, um verlässliche Geräte für hochwertige Daten einsetzen zu können.

Mit unserer Teilnahme erhoffen wir uns mehr Aufmerksamkeit auf unser gemeinsames Werk und kreative Anregungen, was unser Rover noch alles bewerkstelligen könnte. Wir freuen uns über jede Bemerkung und darauf, mit dem Preisgeld noch weitere Möglichkeiten in unserer Sensorauswahl und in späteren Ausbaustadien zu haben!

Projektgeschichte

Bei einem Treffen unserer kleinen Gruppe im Sommer 2017 kamen wir auf ein kleines chinesisches Spielzeug zu sprechen, das man, mit einiger Arbeit, zum Fahren bringen könnte. Nachdem wir uns dieses kleine potentielle Fahrzeug genauer angesehen haben und uns über die vielen Möglichkeiten unterhalten haben, stellten wir den doch recht großen Platzmangel bei diesem kleinen Spielzeug fest, der unsere Möglichkeiten stark einschränken würde. Etwas größeres müssten wir haben, damit wir hübsche Kameraaufnahmen und umfangreiche Sensordaten sammeln könnten, um spannendes Kartenmaterial zu erstellen, schöne Fotos zu sammeln oder lediglich zu erforschen, wie weit wir diese Herausforderung bewältigen könnten.

Aus einem kleinen Spielzeug wurde also nach einigen Gesprächen ein mittelgroßes Modellbauprojekt, und nach weiteren Überlegungen eine ganze Reihe von Unteraufgaben, die wir alle meistern wollten. Ein Fahrwerk nach dem Vorbild des Curiosity-Rovers nach eigenem Design aus der eigenen Fertigung, eigene Software für bessere Steuerungs- und Analysemöglichkeiten, als uns andere für unsere Plattform bieten könnten und Erweiterungsmöglichkeiten, die nicht nur für Systemprogrammierer, sondern auch für Programmieranfänger verständlich sind, kamen so allmählich in Sichtweite. So lief das Projekt während dem Wintersemester 2017 weiter, bis wir auch in der Universität interessierte Professoren fanden, die uns Unterstützung anboten. Gemeinsam haben wir es nun bis in die Semesterferien 2018 geschafft, ein fahrendes Gefährt aus der eigenen Herstellung mit vollkommen eigener Softwarearchitektur und selbst entwickelten Schaltungen zu schaffen, das genau unseren Wünschen entspricht!

Auf welchem Betriebssystem hast du deine Arbeit erstellt

Linux

Welche Programme / Software hast du verwendet?

Emacs, Vim, Onshape, FreeCAD, Trello, GIMP, Maya 3D, Jekyll, Git, Gitlab, LibreOffice, MediaWiki, MicroStation, Penta NC

Informationen zur Entwicklung

Wir beschäftigten uns mit Projektmanagement und versuchten, unsere jeweiligen Stärken optimal für den Projekterfolg auszurichten. Dabei haben wir uns in mehrere Bereiche aufgeteilt: Software, Hardware und Design. Durch viele Besprechungen konnten wir unsere jeweiligen gegenseitigen Anforderungen besser verstehen und konnten gemeinsam eine funktionierende Plattform erstellen. In den jeweiligen Bereichen haben wir so gut es ging versucht, uns an gängige Industrie Best-Practices zu halten, um zu unserem gewünschten Projekterfolg zu gelangen.

Anzahl der Personen im Team

5

Braucht man spezielle Programme, um deine Arbeit auf einem gängigen PC abzuspielen bzw. zu installieren?

Nein, da unser Projekt ein eigenes System implementiert und nicht alleine für die Ausführung auf einem PC vorgesehen ist.

Die Steuerungssoftware allerdings ist sowohl auf GNU/Linux als auch auf Windows lauffähig, weswegen man nichts besonderes für die Ausführung benötigt.

Technische Details

Im Speziellen zu beachten ist, dass die meisten Bauteile und Komponenten des Rovers (Rocker-boogie-Fahrwerk mit dazugehöriger Differenzialstange, Radaufhängungen, und Karossereie) eigenständig entworfen und auch gebaut wurden. Dazu wurden unter anderem Materialien wie Kohlefaser, Titan, Stahl, Aluminium und Glasfaser verarbeitet. Des Weiteren wurden auch Drehteile wie Gleitlager, Formen für den Kohlefaserbau und Radaufnahmen angefertigt.

Softwareseitig wurde auf Basis eines boost-asio Event-Loops auf einem ODroid C2 (Raspberry Pi ähnliche Maschine mit mehr Prozessorleistung) mit einem eigenen Message-Passing Framework ein geräteübergreifender Synchronisierungsmechanismus erstellt, der die Programmierung eines Microcontrollers in Zusammenhang mit einem auf Linux basierendem PC und einer unbekannten Anzahl von Controller-verbindungen auf Client-PCs ermöglicht. Die GUI wurde in Qt 5 erstellt und die Kommunikation zwischen Steuerungsoberfläche und Rover läuft wahlweise über TCP oder andere Übertragungsmedien nach Wahl.

Titel der Arbeit

Versatile Nature Exploration Rover

Team

Das Team besteht aus:

  • Markus Pirngruber (1999-06-17)
    Hardware- and Mechanical Design; Rover Construction and Realisation. Hardware and Mechanical Lead Engineer
  • Simone Atzwanger (1998-07-10)
    Design Lead, Controlling, Testing, Support
  • Florian Rudinger (1998-05-31)
    Electrical Design Lead
  • Max Heisinger (1997-06-21)
    Software Developer and Architectural Lead
  • Max Hofinger (1996-12-23)
    Construction Support, Design Concepts, Testing