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Robotino® Handbuch/Manual NorthstarTM Sensor
721997 DE/EN
Stand: Autoren: Grafik:
10/2007 Ralph-Christoph Weber Doris Schwarzenberger
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2007 Internet: www.festo-didactic.com E-Mail:
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Inhalt/Contents
Deutsch
Bestimmungsgemäße Verwendung _____________________________ 4 Lieferumfang _______________________________________________ 5 Funktion ___________________________________________________ 6 Montage __________________________________________________ 13 Einstellungen ______________________________________________ 16 Inbetriebnahme ____________________________________________ 19 C++ Programmierung________________________________________ 22
English
Intended use ______________________________________________ 23 Scope of delivery ___________________________________________ 24 Function _______________________________________________ 25 Installation _______________________________________________ 32 Settings _______________________________________________ 35 Commissioning ____________________________________________ 38 C++ programming __________________________________________ 41
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Bestimmungsgemäße Verwendung
Das mobile Robotersystem Robotino® ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in den begleitenden Handbüchern beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz der Anlage außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
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Lieferumfang
Systainer mit – NorthstarTM Sensor mit Montagevorrichtung – USB-Kabel – Speicherkarte mit Betriebssystem – Handbuch, CD mit Robotino® View NorthstarTM Projector Kit mit – User's Guide – 2 Projektoren mit Montagevorrichtung – Infrarot-Indikator – Netzkabel – Netzteil mit Spannungsversorgung für die Projektoren – CD mit NorthstarTM Dokumentation und Software
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Funktion
Das NorthstarTM System ist ein Infrarot-Ortungssystem, bei dem Infrarot-Lichtpunkte als Orientierungspunkte eingesetzt werden. Ein hochentwickelter Infrarotsensor ermittelt aus der Lage zweier Lichtpunkte seine Position und Orientierung. Das NorthstarTM System besteht einem NorthstarTM Projector Kit und dem NorthstarTM Sensor. Das System besteht aus einem Sensor und einer Projektionseinheit. Der Sensor ist ein Infrarotsensor mit auf einer Platine zur Signalverarbeitung und einer Kommunikationsschnittstelle. Ein NorthstarTM Sensor kann die Position von Infrarot-Lichtpunkten, die von zwei NorthstarTM Projektoren auf eine Fläche wie beispielsweise die Raumdecke projiziert sind, erkennen. Umgekehrt können sie die Position von InfrarotLichtquellen ermitteln. Der NorthstarTM Projektor ist eine Infrarot-Lichtquelle, die ein spezielles Lichtmuster erzeugt. Dieses Lichtmuster kann vom NorthstarTM Sensor erkannt und ausgewertet werden. Ein Projektor kann einen kollimierten oder einen teilweise kollimierten Lichtstrahl aussenden. Ein kollimierter Lichtstrahl besteht aus einem Bündel von exakt parallelen Lichtstrahlen. Diese dienen dazu, an einer Reflektionsfläche wie zum Beispiel der Raumdecke Lichtpunkte zu erzeugen. Der Projektor kann auch nicht kollimiertes Licht erzeugen, das direkt ohne Reflektion, vom Sensor erkannt wird. Die Identifizierung von zwei oder mehr unterschiedlichen Projektoren innerhalb eines NorthstarTM Systems wird durch unterschiedliche Blinkfrequenzen der einzelnen Projektoren sichergestellt. So kann die Lage der beiden Lichtpunkte zueinander für die Positionsberechnung herangezogen werden. Das NorthstarTM System wird zur Navigation oder zur Objektverfolgung eingesetzt. Für die Navigation wird der Projektor fest in der Umgebung angebracht und der Sensor ist mobil. Im Fall der Objektverfolgung ist der Sensor fest installiert und der Projektor mobil.
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Funktion
In der Navigationskonfiguration misst der Sensor die Positionen von zwei Lichtpunkten, die an die Decke projiziert sind. Der Sensor bestimmt dann die Position der einzelnen Lichtflächen in einem internen Koordinatensystem, je nachdem wie sie auf die Fläche des Sensors einfallen. Dieses Koordinatensystem wird als Sensorkoordinatensystem bezeichnet. Der Sensor benutzt diese Positionen der Lichtflächen um seine Position und Ausrichtung innerhalb eines RaumKoordinatensystems, das an die beiden Lichtflächen gekoppelt ist, zu berechnen. Dieser Berechnung wird zugrunde gelegt, dass sich der Sensor auf einer Ebene bewegt und parallel zu dieser Ebene montiert ist.
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Funktion
Lichtpunkte
Projektor
Northstar Sensor
Beide Koordinatensysteme müssen rechnerisch in eine Beziehung zueinander gesetzt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines Kalibrierungsvorgangs. Diese Position wird als relative Position bezeichnet, weil die Position "bezogen auf die Lichtpunkte" ist. Über die wirkliche Position auf einer Fläche kann so keine Aussage gemacht werden. Die ermittelte Beziehung zwischen dem Raum- und dem Sensorkoordinaten wird beibehalten bis eine erneute Kalibrierung durchgeführt wird.
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Funktion
Die Ausgabewerte des Sensors umfassen Lichtpunkt-ID, Position der Lichtpunkte in Sensorkoordinaten als auch Position und Ausrichtung in Raumkoordinaten. In der Konfiguration zur Objektverfolgung bestimmt ein stationärer NorthstarTM Sensor die Position von mobilen Projektoren. Der Sensor misst die Position von einzelnen Lichtpunkten in Sensorkoordinaten sobald diese sich innerhalb seines Erfassungsbereichs bewegen. Eine weit verbreitete Anwendung der Objektverfolgung besteht aus einem Projektor mit blinkender LED, der auf dem bewegten Objekt montiert ist, und einem Sensor, der an der Decke montiert ist. In dieser Betriebsart wird die projizierte Position des Lichts in Sensorkoordinaten ausgegeben. Um Raumkoordinaten und Orientierung des Objekts zu ermitteln ist es notwendig, dass das bewegte Objekt mit 2 Projektoren ausgestattet ist.
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Funktion
Northstar Sensor
LED
Frequenz-ID und Raum-ID
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Das NorthstarTM System unterscheidet zwischen einzelnen Lichtpunkten in seinem Erfassungsbereich anhand unterschiedlicher Blinkfrequenzen der einzelnen Punkte. Ein NorthstarTM Projektor erzeugt eine bestimmte "spot-ID" indem er in gleichbleibender Frequenz blinkt. Um aussagekräftige Messungen zu erhalten ist es entscheidend, dass alle
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Funktion
Lichtpunkte im Erfassungsbereich des Sensors mit einer eindeutig unterscheidbaren Frequenz blinken. Der Hersteller hat bestimmte Frequenzen festgelegt, die einen hohen Störabstand in Umgebungen gewährleisten, die mit künstlichem Licht beleuchtet sind. Umgebungslicht aus Wechselstromnetzen kann Störungen in einem NorthstarTM System bei Frequenzen über den gesamten Frequenzbereich hervorrufen. Die Problemfrequenzen für Signalstörungen sind in 50 Hz und 60 Hz Spannungsnetzen unterschiedlich. Die vom Hersteller ausgewählten Frequenzen sind deshalb in drei Kategorien unterteilt: Alle Netze, 60Hz-Netz und 50HzNetz. Alle Netze: Diese Frequenzen besitzen gleiche Störungstoleranzen in 50 Hz- als auch 60 Hz-Netzen und sind in unterschiedlichen Länder nder Erde getestet. 60 Hz-Netze: Diese Frequenzen sind auf bestmögliche Störungstoleranz in Regionen mit 60 Hz-Netzen optimiert 50 Hz-Netze: Diese Frequenzen sind für Regionen mit 50 Hz-Netzen optimiert Die Frequenzen jeder Gruppe sind in Tabelle 3 des Handbuchs aufgelistet. Jeder Frequenz ist eine sogenannte Frequenz-ID zugeordnet. Da der NorthstarTM Sensor bis zu 20 Frequenzen gleichzeitig überwachen kann, ist der Sensor vom Hersteller so vorprogrammiert, dass er diese sogenannten 20 Standard-Frequenz-IDs, die in der Tabelle aufgeführt sind, automatisch erkennen kann. Die Projektoren sind so vorprogrammiert, dass sie 32 Standardfrequenzen erzeugen können, in denen die 20 Standard-IDs des Sensors enthalten sind.
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Funktion
Sogenannte Raum-IDs werden benutzt, um Lichtpunktpaare festzulegen. Diese können vom Sensor benutzt werden um seine Position und Ausrichtung in Raum-Koordinaten zu berechnen. Der Sensor wird mit 10 vorprogrammierten Standard Raum-IDs, die automatisch erkannt werden, geliefert. Diese Codes finden Sie in der Tabelle 4 des Projektor Handbuchs. Den Projektoren kann zugewiesen werden, in welcher dieser Standardfrequenzen projiziert werden soll. Dies geschieht durch Verstellen des Drehschalters SW2 und durch Einsatz der Brücke A4. Die Einstellung entnehmen Sie bitte der Tabellen 3 und 4 des Handbuchs.
Hinweis
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Beide Tabellen befinden sich auf Seite 17 des Handbuchs "NorthstarTM Projector Kit User Guide.
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Montage
Der NorthstarTM Sensor ist einfach am Robotino® zu montieren. Er wird in einem Gehäuse mit einer Montagevorrichtung geliefert. Diese Vorrichtung wird in die mittleren Lüftungsschlitze des Deckels der Kommandobrücke eingehakt und mit der Befestigungsschraube des Deckels (Innensechskant 2,5 mm) festgeschraubt. Über das mitgelieferte USB-Kabel wird der Sensor an die Steuerungseinheit des Robotino® angeschlossen.
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Montage
Die NorthstarTM Projektoren müssen auf die mitgelieferten Haltebleche montiert werden. Sie werden wie im Bild unten auf die Bolzen des Halteblechs gedrückt bis sie eingerastet sind. Dies geschieht in 2 Schritten. Diese sind in den nachfolgenden Grafiken dargestellt.
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Montage
Die Haltebleche werden mit den mitgelieferten Rändelschrauben miteinander verschraubt. Die Haltebleche werden in einem Winkel von 160° zueinander gestellt und fixiert. Dieser Winkel sorgt bei einem Abstand der Decke von 2,40 m für einen Abstand der beiden Lichtpunkte von ca. 1 m. Befestigen Sie zuerst die Schrauben für eine Seite der Haltebleche. Legen Sie die Haltebleche dann auf die nachfolgende Zeichnung und bringen Sie so ihre Haltebleche in den optimalen Winkel von 160 °. Ziehen Sie die Schraube an ohne den eingestellten Winkel zu verändern und schrauben Sie die andere Seite der Haltebleche fest. Die montierten Projektoren können Sie dann im Raum fest montieren oder auf den Untergrund stellen.
160°
Die Projektoren können auch einzeln im Raum aufgestellt oder montiert werden. Dabei müssen Sie durch Experimentieren Befestigungspunkte ermitteln, die eine ausreichend genaue Ortung und Navigation ermöglichen. Dies muss durch Ausprobieren im laufenden System geschehen, da die Infrarot-Lichtstrahlen nicht sichtbar sind. Hierzu können Sie auch andere Träger als die mitgelieferten Haltebleche verwenden. In allen Fällen ist darauf zu achten, dass keine Ablenkung oder Behinderung der Lichtstrahlen durch beispielsweise Wände oder Möbel entsteht. Das NorthstarTM System sollte vor starken Lichtquellen oder auch direkter Sonneneinstrahlung geschützt sein.
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Einstellungen
Für die Arbeit mit Robotino® sollte der Standard-Raum ID 0 verwendet werden. Dies geschieht mit Hilfe des Drehschalter SW2, der sich auf der Platine der Projektoren befindet. Er ist auf der nachfolgenden Grafik durch einen Kreis markiert.
Stellen Sie hierzu den Drehschalter SW2 des einen Projektors auf die Position 0.
Northstar Developer Projector Pending Robotics
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0
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Einstellungen
Stellen Sie den Drehschalter des zweiten Projektors auf die Position 8.
Northstar Developer Projector Pending Robotics
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Diese Einstellungen entsprechen den Standardfrequenzen ID 0 und ID 8. Diese Konfiguration dieser Frequenzen wird vom NorthstarTM Sensor automatisch als Raum 0 erkannt.
Funktionsprüfung
Prüfen Sie nun die Funktion der Projektoren. Schließen Sie diese mit Hilfe des mitgelieferten Netzteils und dem beiliegenden Kabel und dem Y-Verteilerstück an die Spannungsversorgung an. Da die Dioden Infrarot licht erzeugen, können Sie deren Funktion mit bloßem Auge nicht erkennen. Aus diesem Grund ist das Projektor-Kit ein Infrarotindikator beigelegt. Legen Sie diesen einige Minuten in das Licht einer Leuchtstoffröhre oder in Sonnenlicht. Halten Sie den Indikator anschließend ca. 2 cm über die Linse eines Projektors. Sie sehen nun eine schwache rosa Lichtfläche für jede LED auf der gelben Fläche des Indikators. Da die Lichtpunkte sehr schwach zu erkennen sind, löschen Sie gegebenenfalls die Raumbeleuchtung um die Lichtpunkte deutlicher erkennen zu können. Montieren Sie die Projektoren so, dass Sie die Lichtpunkte über der Fahrfläche des Robotino® projizieren oder stellen Sie sie einfach auf den Untergrund. Prüfen Sie, ob der Sensor an die USB-Schnittstelle angeschlossen ist.
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Einstellungen
Bevor Sie den Robotino® starten und den NorthstarTM Sensor einsetzen können, müssen Sie das dazugehörige Betriebssystem des Robotino® und die entsprechende Version von Robotino® View installieren. Das Betriebssystem befindet sich auf der mitgelieferten Compact-Flash Karte. Entfernen Sie die im Robotino® befindliche Speicherkarte indem Sie auf den Auswurfknopf drücken damit die Speicherkarte ausgeschoben wird. Entnehmen Sie die Speicherkarte. Stecken Sie die mitgelieferte Speicherkarte in den Einschubschacht und drücken Sie sie vollständig hinein. Die zugehörige Version von Robotino® View befindet sich auf der mitgelieferten CD. Führen Sie die Setup-Datei aus und installieren Sie sie Robotino® View auf Ihrem Rechner. Ihr System ist hiermit startbereit. Starten Sie den Robotino® und stellen Sie eine WLAN-Verbindung zum Robotino® her und starten Sie Robotino® View.
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Inbetriebnahme
Stellen Sie den Robotino® so auf, dass er sich unterhalb der Lichtpunkte des Projektors befindet. Ziehen Sie aus der Bibliothek Robotino® Hardware einen Funktionsblock „NStar“ auf die Arbeitsfläche. Starten Sie das Programm und öffnen Sie den Funktionsblockdialog. Stellen Sie nötigenfalls mit der Auswahlbox für Räume auf 0. Sind die Balkenanzeigen für Spot 1 und Spot 2 sichtbar, erkennt der Sensor die Lichtpunkte. Seine Funktion ist damit gewährleistet.
Kalibrierung
Als nächstes muss der NorthstarTM Sensor kalibriert werden. Dabei werden die Sensorkoordinaten zu Raumkoordinaten umgerechnet. Der mitgelieferten Robotino®-Version liegt ein Kalibrierungsprogramm bei (Menüeintrag im Startmenu: NorthstarTM Calibration). Rufen Sie dieses Programm auf und folgen Sie den Anweisungen am Bildschirm. Dieses Programm besteht aus 6 Schritten in denen der Robotino® ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 50 cm abfährt und sich 2 Mal um jeweils 180 Grad dreht. Aus den gewonnen Daten wird das Raumkoordinatensystem errechnet und im Sensor gespeichert.
Hinweis
Hierzu wird eine Fläche benötigt, die das Abfahren eines Quadrats mit der Seitenlänge von 50 cm von der Startposition aus ermöglicht. Die Startposition für diesen Vorgang sollte nach möglichst unterhalb der vom Projektor erzeugten Lichtpunkte liegen. Wenn Sie die Projektoren auf der Fahrfläche abgelegt haben, muss die Referenzfahrt so gewählt werden, dass die Projektoren dabei nicht beschädigt oder verschoben werden.
Der Robotino® führt beim Kalibrierungsprogramm folgende Bewegungen nacheinander aus: 1. 50 cm vorwärts 2. 50 cm nach links 3. 50 cm rückwärts 4. 50 cm nach rechts 5. Drehung von 180° um die eigene Achse 6. Drehung von 180° um die eigene Achse
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Inbetriebnahme
Durch das WLAN-Netz und durch die Beschaffenheit des Untergrundes können Ungenauigkeiten im Fahrverhalten des Robotino® entstehen. Es ist deshalb nötig, die gefahrene Strecke und die Gradanzahl der Umdrehungen zu überprüfen. Gehen Sie dazu folgendermaßen vor: Zeichnen Sie auf dem Untergrund ein Quadrat mit der Seitenlänge von 50 cm auf. Stellen Sie den Robotino® an der rechten unteren Ecke des Quadrats so auf, dass die Schweißnaht hinten am Chassis sich exakt über dieser Ecke des Quadrats befindet. Schalten Sie die Projektoren und den Robotino® ein und starten Sie das Kalibrierungsprogramm. Hat der Robotino® seine Vorwärtsfahrt beendet, prüfen Sie die Länge der gefahrenen Strecke. Befindet sich nun die Schweißnaht nicht exakt über der rechten oberen Ecke des Quadrats, bewegen Sie den Robotino® von Hand genau an diesen Punkt. Betätigen Sie nun irgendeine Taste der Tastatur. Hiermit wird die aktuelle Position des NorthstarTM Sensors gespeichert. Führen Sie diese Prüfung für alle Positionen des Quadrats und alle Drehbewegungen durch. Nach Abschluss des Kalibrierungsprogramms ist das Raumkoordinatensystem berechnet. Überprüfen Sie die Funktion des NorthstarTM Systems mit Hilfe des mitgelieferten Beispielprogramms (Northstar.rvw). Mit Robotino® View wird ein Beispielprogramm mitgeliefert, mit dem Sie die Funktionsweise des NorthstarTM Systems veranschaulichen und prüfen können. Öffnen Sie das Beispielprogramm „Northstar.rvm“. Es befindet sich im Ordner „Examples“. Erweitern Sie das Programm durch eine Konstante, die Sie jeweils mit dem Prioritätseingang aller drei Motoren verbinden. Nennen Sie die Konstante „Start“. Setzen Sie den Wert von „Start“ auf den Wert 0. Starten Sie das Programm.
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Inbetriebnahme
Öffnen Sie das Parameterfeld des Funktionsblocks „NStar“ Klicken Sie auf die Schaltfläche „Ursprung setzen“. Damit wird die aktuelle Position von Robotino® als der Nullpunkt des RaumKoordinatensystems festgelegt. Im Parameterdialog des Funktionsblocks „MapBuilder“ erhalten Sie daraufhin folgende Darstellung:
Setzen Sie jetzt die Konstante „Start“ auf 1. Das blaue Feld markiert die Soll-Orientierung und Soll-Position von Robotino®. Verschieben Sie mit der Maus die Soll-Lage. Dann bewegt sich Robotino® in die gewünschte neue Lage. Weitere Informationen finden Sie in der Hilfe zu den Funktionsblöcken.
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C++ Programmierung
Zum Update Ihrer API-Schnittstelle öffnen Sie die Web Seite openrobotino.org und laden sich die aktuelle API auf Ihren PC.
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Intended use
The Robotino® mobile robot system has been developed and produced solely for vocational and further training purposes in the field of automation and technology. The training companies and/or trainers must ensure that trainees observe the safety precautions specified in the accompanying manuals. Festo Didactic herewith excludes any liability for damage or injury caused to trainees, the training company and/or any third party, which may occur if the system is in use for purposes other than purely for training, unless the said damage/injury has been caused by Festo Didactic deliberately or through gross negligence.
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Scope of delivery
Systainer with: – NorthstarTM Sensor with mounting fixture – USB cable – Memory card with operating system – Manual, CD with Robotino® View NorthstarTM projector kit with: – User’s guide – 2 projectors with mounting fixtures – Infrared indicator – Power cable – Power pack for supplying power to the projectors – CD with NorthstarTM documentation and software
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Function
NorthstarTM is an infrared tracking system which makes use of infrared light spots as points of orientation. A sophisticated infrared sensor ascertains its position and orientation based upon the location of two light spots. The NorthstarTM system consists of a NorthstarTM projector kit and the NorthstarTM sensor. The system is comprised of a sensor and a projector. The sensor is an infrared sensor with a PCB for signal processing and a communications interface. NorthstarTM sensors are capable of detecting the positions of infrared light spots which are projected onto a surface, for example the ceiling of a room, by two NorthstarTM projectors. Conversely, they can also ascertain the positions of infrared light sources. The NorthstarTM projector is an infrared light source which creates a special light pattern. This light pattern can be detected and evaluated by the NorthstarTM sensor. The projector is capable of emitting a collimated or a partially collimated light beam. A collimated light beam consists of a collection of truly parallel light beams. These are used to create spots of light on a reflective surface, for example the ceiling of a room. The projector can also generate non-collimated light which is detected directly by the sensor without being reflected. Differentiation amongst two or more different projectors within a given NorthstarTM system is ensured by using different flashing frequencies at the individual projectors. The location of the two spots of light relative to each other can thus be used in order to determine position. The NorthstarTM system is used for navigation or for object tracking. For navigation purposes, the projector is mounted in a stationary fashion within the application’s surroundings, but the sensor is mobile. In the case of object tracking, the sensor is installed in a stationary fashion and the projector is mobile.
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Function
When configured for navigation, the sensor measures the positions of two light spots which are projected onto the ceiling. The sensor then ascertains the positions of the individual light spots within an internal coordinate system, depending upon how they strike the surface of the sensor. The coordinate system is called a sensor coordinate system. The sensor uses the positions of the light spots in order to calculate its own position and orientation within a spatial coordinate system, which is coupled to the two light spots. Calculation is based upon the fact that the sensor moves within a single plane, and is mounted parallel to this plane.
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Function
Light spots
Projector
Northstar sensor
The two coordinate systems must be related to one another mathematically. This is accomplished by means of a calibration procedure. The position is designated relative position, because it is “relative to the light spots”. Thus no statement can be made regarding absolute position on a surface. The calculated relationship between the spatial coordinate system and the sensor coordinate system is retained until a new calibration is executed.
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Function
The values read out by the sensor include light spot ID and position of the light spots expressed in terms of sensor coordinates, as well as position and orientation expressed in spatial coordinates. When configured for object tracking, a stationary NorthstarTM sensor ascertains the position of mobile projectors. The sensor measures the positions of individual light spots expressed in terms of sensor coordinates as soon as they move within its detection range. A very common application for object tracking consists of a projector with a flashing LED which is mounted on the moving object, and a sensor which is mounted on the ceiling. In this operating mode, the projected position of the light is read out in terms of sensor coordinates. In order to ascertain the object’s spatial coordinates and orientation, the moving object must be equipped with two projectors.
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Function
Northstar sensor
LED
Frequency and room ID
The NorthstarTM system differentiates between individual light spots within its detection range on the basis of the different flashing frequencies used for the individual spots. A NorthstarTM projector generates a specific “spot ID” by flashing at a constant frequency. In order to obtain meaningful measurements, it must be ensured that all of
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Function
the light spots within the sensor’s detection range flash at a unique, distinguishable frequency. The manufacturer has selected certain frequencies that ensure a large signal-to-noise ratio in areas which are illuminated with artificial light. Ambient light from alternating current systems may cause interference within the NorthstarTM system over the entire frequency range. The frequencies which are problematic for signal interference are different in 50 and 60 Hz electrical systems. The frequencies selected by the manufacturer are thus subdivided into three categories: all systems, 60 Hz systems and 50 Hz systems. All systems: These frequencies have the same interference tolerances in 50 as well as 60 Hz systems, and have been tested in various countries throughout the world. 60 Hz systems: These frequencies are optimised for best possible interference tolerance in regions with 60 Hz systems. 50 Hz systems: These frequencies are optimised for regions with 50 Hz systems. The frequencies for each group are listed in table 3 in the manual. A socalled frequency ID is assigned to each frequency. Due to the fact that the NorthstarTM sensor can monitor up to 20 frequencies at a time, it is pre-programmed by the manufacturer such that it automatically recognises the 20 so-called standard frequencies which are listed in the table. The projectors are pre-programmed such that they are capable of generating 32 standard frequencies, which include the sensor’s 20 standard IDs.
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Function
So-called room IDs are used in order to set up a pair of light spots. These can be used by the sensor in order to calculate its own position and orientation expressed in terms of spatial coordinates. The sensor is supplied with 10 pre-programmed standard room IDs which are recognised automatically. These codes are included in table 4 in the projector manual. The user determines which of the standard frequencies is used by each projector to project its respective light spot. This is accomplished by setting rotary switch SW2 and with the aid of a bridge A4. Refer to tables 3 and 4 in the manual regarding the individual settings.
Note
Both tables are included on page 17 of the NorthstarTM Projector Kit User Guide.
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Installation
The NorthstarTM sensor can be easily mounted to Robotino®. It is supplied in a housing with a mounting fixture. This fixture is latched onto the middle ventilation slot in the command bridge cover, and is secured via the cover mounting screw (2.5 mm internal hex). The sensor is connected to the Robotino® controller unit via the included USB cable.
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Installation
The NorthstarTM projectors must be fitted on the retaining plates included. They are pressed onto the studs on the retaining plate as shown in the picture below, until they snap into place. This is accomplished in 2 steps which are depicted in the following pictures.
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Installation
The retaining plates are attached to each other with the knurled screws included. They are aligned to each other at an angle of 160°, and then secured. With a distance to the ceiling of 2.40 metres, this angle ensures a distance of approximately 1 metre between the two light spots. First, insert a screw on one side of the retaining plates. Set the retaining plates onto the following drawing and adjust them to the ideal angle of 160°. Tighten the screw without changing the angle, and then secure the other side of the retaining plates with a second screw. The mounted projectors can then be permanently installed in the room, or can be set onto the floor.
160°
The projectors can also be set up or installed individually in the room. In this case, you’ll have to find suitable mounting positions by means of trial and error, which allow for sufficiently accurate tracking and navigation. This has to be tested while the system is actually in use, because the infrared light beams are not visible to the human eye. In such cases, other holders can be used instead of the retaining plates. In any event, it must be ensured that the light beams cannot be deflected or obstructed, for example by walls or furniture. The NorthstarTM system should not be exposed to powerful light sources or direct sunlight.
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Settings
Standard room ID 0 should be used when working with Robotino®. This setting is selected using rotary switch SW2 which is located on the projector’s PCB. It is identified in the following picture by means of a red circle.
Set rotary switch SW2 to position 0 at one of the projectors.
Northstar Develope Projector r Pendin gRobotic s
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0
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Settings
Set the rotary switch at the second projector to position 8.
Northst Develope ar Project r orPendin gRobotic s
8
These settings correspond to standard frequency IDs 0 and 8. The frequency configuration is automatically recognised by the NorthstarTM sensor as room 0.
Function Test
Now check the projectors for correct functioning. Connect them to the power supply using the included power pack, cable and Y adapter. Due to the fact that the diodes emit infrared light, you cannot see if they are working with the naked eye. For this reason an infrared indicator is included with the projector kit. Expose the indicator to light from a fluorescent lamp or sunlight for several minutes. Then hold the indicator approximately 2 cm above the lens of one of the projectors. A faint pink area appears for each LED at the yellow surface on the indicator. Due to the fact that these light spots are difficult to see, turn off any room lighting first in order to make them more plainly discernable. Mount the projectors such that the light spots are projected above the surface on which Robotino® will be operated, or simply place them onto the floor. Make sure that the sensor is connected to the USB port.
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Settings
Before activating Robotino® and the NorthstarTM sensor, you’ll have to install the Robotino® operating system and the corresponding version of Robotino® View. The operating system is included on the compact flash card provided. Removal of the memory card from Robotino® is achieved by pressing the eject button. Remove the memory card. Insert the included memory card into the slot, making sure it is pushed all the way in. The corresponding version of Robotino® View is provided on the included CD. Run the setup file and install Robotino® View on your PC. Your system is now ready for operation. Start Robotino®, establish a WLAN connection to Robotino® and start Robotino® View.
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Commissioning
Position Robotino® underneath the light spots generated by the projector. Drag an “NStar” function block from the Robotino® hardware library onto the working surface. Start the program and open the function block dialogue. If necessary, select “Room 0” with the room selection box. If the bar graph displays are visible for spots 1 and 2, the sensor has detected the light spots. Correct functioning of the sensor is thus assured.
Calibration
The NorthstarTM sensor must now be calibrated. In order to achieve this, sensor coordinates are converted to spatial coordinates. A calibration program is included with Robotino® (identified as “NorthstarTM Calibration” in the start menu). Start this program and follow the instructions on the screen. The program consists of 6 steps which cause Robotino® to traverse a square with a width of 50 cm, and to make two 180° turns. The spatial coordinate system is calculated on the basis of data acquired in this way, and is stored to the sensor.
Note
A surface is required that facilitates travel from the starting position around a square with a width of 50 cm. If at all possible, the starting position for this procedure should be located beneath the light spots generated by the projector. If the projectors have been placed on the travel surface, movement during homing must be selected such that the projectors are not damaged or moved.
Robotino® executes the following motion sequence after the calibration program has been started: 1 50 cm forward 2 50 cm to the left 3 50 cm backwards 4 50 cm to the right 5 180° turn around own axis 6 180° turn around own axis
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Commissioning
Robotino’s® travel performance may be rendered inaccurate due to the WLAN network and the quality of the floor. It is thus essential to check the distances travelled and the number of degrees of rotation executed during the calibration sequence. Proceed as follows: Draw a square on the floor with a width of 50 cm. Position Robotino® on the floor such that the welding seam at the back of the chassis is precisely above the right-hand bottom corner of the square. Switch the projectors and Robotino® on, and start the calibration program. After Robotino® has completed forward travel, check the travelled distance. If the welding seam is not located precisely above the righthand top corner of the square, move Robotino® by hand to exactly this point. Press any key on the keyboard. The current position of the NorthstarTM sensor is saved to memory. Repeat this test for all of the positions on the square, and for all turns. The spatial coordinate system is calculated after the calibration program has been completed. Check the NorthstarTM system for correct functioning with the help of the included sample program (Northstar.rvw). A sample program is included with Robotino® View, by means of which the NorthstarTM system’s mode of operation can be visualised and tested. Start the sample program (Northstar.rvm). The corresponding file is located in the “Examples” directory. Add a constant to the program which is linked to the priority input of all three motors. Name the constant “Start”. Set the value of “Start” to 0. Start the program.
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Commissioning
Open the parameters field for the “NStar” function block. Click the “Set Origin” button. Robotino’s® current position is thus set as the zero point within the spatial coordinate system. The following display then appears in the parameters dialogue for the “MapBuilder” function block:
Set the “Start” constant to 1. The blue field indicates Robotino’s® desired orientation and position. Change the desired position with the mouse. Robotino® moves to the new desired position. Further information regarding the function blocks can be accessed via the help function.
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C++ programming
In order to update your API interface, go to the website openrobotino.org and download the current API to your PC.
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