Användarhandledning LiU Racetrack

Transkript

1 Användarhandledning LiU Racetrack Version 1.0 Författare: Kristin Bergstrand Datum: 3 december 2014 Status Granskad Projektgruppen Godkänd

2 Projektidentitet E-post: Hemsida: Beställare: Kund: Kursansvarig: Projektledare: Handledare: Isak Nielsen, Linköpings universitet Telefon: E-post: Daniel Axehill, Linköpings universitet Telefon: E-post: Daniel Axehill, Linköpings universitet Telefon: E-post: Kristin Bergstrand Telefon: E-post: Kristoffer Lundahl, Linköpings universitet Telefon: E-post: Gruppmedlemmar Namn Ansvarsroller Telefon E-post Kristin Bergstrand (KB) Projektledare (PL) kribe281 Måns Klingspor (MK) Informationsansvarig (IA) mankl061 Joachim Larsson (JL) Mjukvaruansvarig (MA) joala815 John Wilhelms (JW) Testansvaring (TA) johwi572 Erik Hedberg (EH) Designansvarig (DA) erihe251 Salko Bjelevac (SB) Dokumentansvarig (DOC) salbj522 Marcus Trulsson (MT) Hårdvaruansvarig (HA) martr316 Oskar Ljungqvist (OL) Leveransansvarig (LA) osklj052

3 Dokumenthistorik Version Datum Förändringar Sign Granskad Första utkastet KB Projektgrupp Andra utkastet KB Projektgrupp Godkänd av handledare KB Projektgrupp Kommentarer från beställare KB Projektgrupp Första godkända versionen KB Projektgrupp

4 Innehåll 1 Inledning 1 2 Översiktlig beskrivning av ingående komponenter Hårdvara Mjukvara Racetrack RRT Adaptiv hastighetsprofil GPGO Hur Racetracksystemet startas Start av kringkomponenter Start av Racetrack Beskrivning av uppstartsmenyn Manual Control Auto Run Shutdown PID-regulatorer Under körning Bana och bilposition Visningslägen Kommandofönstret Racetrack Control Utplacering av hinder på banan Uppstart och körning av lastbilen Ingående hård- och mjukvara Uppstart Vanliga problem 11

5 LiU Racetrack 1 1 Inledning Användarhandledningen är tänkt att fungera som en manual för användningen av racetracksystemet. Det som ska täckas in av detta dokument är uppstart och användande av systemet samt tillvägagångssätt för körande av lastbilen. En kort beskrivning av systemets hård- och mjukvara finns i detta dokument samt en kortare genomgång hur denna lämpligen hanteras. Delar som har tillkommit under detta projekt är hinderhantering samt en ny adaptiv hastighetsprofil som är baserad på gaussiska processer. Hastighetsprofilen kommer hädanefter att benämnas GPGO (Gaussian processes for global optimization). Då projektet är en förlängning utav tidigare års projektarbeten bygger användarhandledningen på den manual ifrån 2013 [3], som i sin tur har inspirerats av tidigare projektarbeten. För vidare detaljer kring systemets uppbyggnad hänvisas läsaren till projektets tekniska dokumentation [1]. 2 Översiktlig beskrivning av ingående komponenter Beskrivningen av de ingående komponenterna har delats in i två underkategorier; hårdvara och mjukvara. I följande delavsnitt kommer dessa kategorier att beskrivas. 2.1 Hårdvara I systemet ingår följande hårdvarukomponenter. Systemets hårdvarukomponenter finns beskrivna i Figur 1. Lådan varifrån man startar upp styrningen av lastbilen finns beskriven i Figur 3. Utseendet på bilar och lastbil illustreras i Figur 2. Figur 1: Hårdvara i systemet. På bilden syns projektets datorer, bilbana, IR-kameror samt projektor. Bilbana - Är byggd av mjuka gummiplattor som är mycket ömtåliga. Banan får ej beträdas! Den har ett fixt utseende men kan vid behov byggas om genom reservdelar som finns i projektrummet. Banan bör också dammsugas med jämna mellanrum för att prestandan på bilarna ej ska påverkas negativt.

6 LiU Racetrack 2 Radiostyrda bilar - Kan styras manuellt och autonomt på bilbanan. Systemet kan identifiera och följa flera bilar åt gången men enbart reglera en bil i taget. Figur 2: Fordonen som kan köras i systemet, racerbilar och en lastbil. Radiostyrd lastbil - Kan identifieras av systemet och styras manuellt med hjälp av dator eller handkontroll. Fem handkontroller - Handkontrollerna styr bilarna på banan. Bilarna kan antingen styras manuellt (människa via handkontroll eller dator via handkontroll) eller autonomt (programvara via handkontroll). I skrivande stund kan endast en utav bilarna köras autonomt från datorn, resten styrs med handkontroller. Hur ytterligare en bil läggs till i racetracksystemet kan läsas i pärmen Racetrack documentation 2011 [4]. Två IR-kameror - Dessa kameror är fastsatta i taket ovanför bilbanan och är inställda på att enbart detektera infrarött ljus. Runt kamerorna sitter det IR-dioder som sänder ut infrarött ljus som sedan reflekteras i markörerna som sitter antingen på fordonen eller i träramen runt banan. Denna ljusreflektion deteketeras slutligen av kamerorna vilket leder till att bilar kan följas på banan. Kamerorna används för att skatta bilarnas tillstånd (position, hastighet, acceleration och vinklar. Projektor - Projektorn återfinns också ovanför bilbanan. Denna kan bland annat rita ut referenstrajektorian, varvtider och faktisk körväg i realtid. Dator med styrkort - På dator rt-pc-11 finns systemets mjukvara inlagd samt ett styrkort. På rt-pc-03 finns RRT-delen av hinderhanteringen samt GPGO. Raspberry pi - En liten dator som använts för att kunna styra lastbilen ifrån rt-pc Mjukvara Detta avsnitt beskriver systemets mjukvara. En viktig del i detta projekt har varit att strukturera mjukvaran i projektet för att underlätta implementering av ny funktionalitet för kommande års projektarbeten. För en mer detaljerad beskrivning av mjukvarans uppbyggnad hänvisas läsaren till projektets tekniska dokumentation [1] Racetrack Huvudprogrammet för systemet. Här sker all reglering, målföljning och hinderhantering. Programmet finns på rt-pc-11. De filer som behövs för att köra är:

7 LiU Racetrack 3 Figur 3: Insidan av lådan från vilken man startar styrningen av lastbilen. På bilden syns handkontrollen och systemets raspberry pi. racetrack.exe - Huvudprogrammet för att köra systemet. Finns i mappen C:/Temp/Racetrack FAST på rt-pc-11. Filerna listade nedan är också nödvändiga för att kunna köra systemet. Dessa finns samlade i mappen C:/Temp/Racetrack FAST/runtime_files. Kalibreringsfiler för kamerorna, namngivna på formen serienummer.txt. DLL-filer för de dynamiska bibliotek programmet använder, se tekniska dokumentationen för nämare beskrivning [1]. Därtill måste följande datafiler finnas i den mapp som i koden kallas datadir. På rt-pc-11 är datadir mappen C:/Temp/Racetrack FAST/logdata. track.txt - Beskrivning av banan PIDsettings.txt - Regulatorparametrar ref.txt - Referenstrajektoria settings.txt - Ytterligare inställningar, förmodligen till regulatorn. Det är även till mappen datadir som diverse utfiler skrivs RRT Systemets modul för hinderhantering arbetar fristående på datorn rt-pc-03. RRT tar emot information om bilens tillstånd, samt information om hindrets storlek och dynamik. Sedan skickas en trajektoria tillbaka till rt-pc-11 som bilen följer för att ta sig runt hindret. Följande mjukvara behövs för att köra modulen: RRT_2014.exe - Finns i mappen C:/Temp/Racetrack FAST/RRT Genom att dubbelklicka på.exe filen på datorn rt-pc-03 startar programmet fristående, då öppnas fönstret som beskrivs i Figur 4. För att köra RRT applikationen från racetrack finns en utförligare beskrivning i avsnitt 3.2. För att starta och stoppa körningen trycker man på s på tangentbordet. Genom att högerklicka på skärmen kan användaren välja att visualisera den valda trajektorian eller samtliga sökvägar som algoritmen räknar fram.

8 LiU Racetrack 4 Figur 4: Fönstret till funktionaliteten RRT. Programmet kan köras fristående eller via kommunikation ifrån rt-pc Adaptiv hastighetsprofil GPGO Systemets funktion för att adaptivt räkna ut en ny hastighetsprofil med syfte att förbättra bilens varvtid är implementerat i Matlab 2014b. Matlab-biblioteket Gaussian Processes for Machine Learning (GPML) används till funktionaliteten. Genom ett TCP/IP-gränsnitt i Matlab kommunicerar GPGO-programmet (klient) med datorn rt-pc-11 (server). GPGOprogrammet bör köras från en annan dator än rt-pc-11 då det är beräkningstungt. Under detta projekt har GPGO-programmet exempelvis körts ifrån en av de bärbara datorerna som tillhandahölls av institutionen. Dock kan programmet köras ifrån vilken dator som helst som har Matlab 2014b. GPGO-programmet räknar ut en ny hastighetsprofil och skickar till rt-pc-11. Därefter evalueras hastighetsprofilen och rt-pc-11 skickar tillbaka varvtiden till klienten. All gammal information sparas vilket gör att utvärderingen ständgt förbättras. Programmet läser in gamla värden från filerna Velocity_param13_x0.txt (Hastighetsprofiler) och Laptime.txt (Varvtider). Följande behöver göras för att köra GPGO: Starta programmet Matlab 2014b Sätt inställningar på datorn att den ska ha ett statiskt IP-nummer. Använd windows help för att ta reda på hur du gör det i din windows version. Sätt det statiska IP-numret på datorn till Öppna filen gpgo_main.m på den dator man önskar köra GPGO-applikationen ifrån. För att filerna ska vara enkla att hitta för en ny användare finns alla filer nödvändiga för att köra programmet samlade i mappen C:/Temp/Racetrack FAST/GPGO på PC:n rt-pc Hur Racetracksystemet startas Dessa steg ska utföras för att kunna starta upp racetracksystemet. Kursnamn: Projektgrupp: Kurskod: Projekt: Reglerteknisk projektkurs FAST TSRT10 LiU Racetrack E-post: Dokumentansvarig: Författarens e-post: Dokument: liurace@googlegroups.com Salko Bjelevac kribe281@student.liu.se Anvandarhandledning.pdf

9 LiU Racetrack Start av kringkomponenter Se till att alla kablar är inkopplade enligt kopplingsschemat som finns i pärmen Racetrack Dokumentation 2011 [4], och enligt markeringar på lådan. Förvissa dig om att det finns ett laddat batteri i bilen. Bilen startas genom att flytta strömbrytaren, som finns på undersidan av bilen, till läge ON. Därefter kan bilen placeras på banan. För att inte störa kalibreringen av kamerorna ska bilen placeras cirka en meter ifrån kalibreringsmarkörerna som finns på träramen till bilbanan. Starta kamerasystemet genom att slå på strömmen till denna. Detta görs genom att vrida upp timern som finns under projektorn. Kamerasystemet är igång ifall de röda dioderna runt kamerorna börjar lysa. Säkerställ att inga utav kalibreringsmarkörerna på banans ytterram är övertäckta. Om projicering önskas bör man även slå på projektorn. Projektorn har en tillhörande fjärrkontroll som är vit i storleksordningen 4x7 cm. Systemet startas genom att rikta denna fjärrkontroll mot projektorns undersida och trycka på den röda knappen. 3.2 Start av Racetrack Då mjukvaran som behövs för att köra systemet finns på rt-pc-11 inleds processen med att starta upp den datorn. Därefter bör följande steg utföras i sekventiell ordning: Gå till mappen C:/Temp/Racetrack på rt-pc-11 Öppna genom att dubbelklicka på filen racetrack.exe 3.3 Beskrivning av uppstartsmenyn Efter det att programmet startats kommer uppstartsmenyn att visas. Den har utseendet som finns beskrivet i Figur 5. De alternativt som finns på uppstartsmenyn kommer att gås igenom ett i taget i nedanstående stycken Manual Control Valet Manual Control i uppstartsmenyn markeras ifall användaren önskar köra systemet manuellt med hjälp av en handkontroll. Det manuella körläget startas efter att användaren har klickat på RUN Auto Valet Auto ska markeras ifall bilen ska köra autonomt på banan. Styrningen kommer då att ske med hjälp av PID-regulatorerna vars parametrar finns illustrerade i Figur 5. En mer detaljerad beskrivning återfinns i avsnittet om PID-regulatorerna. Den autonoma körningen startas efter det att användaren tryckt på RUN-knappen Run Denna knapp startar systemet.

10 LiU Racetrack 6 Figur 5: Uppstartsmenyn, alternativt GUI:t till projektet. Här väljer användaren om bilen ska köra manuellt eller autonomt samt om regulatorinställningarna ska ändras Shutdown Knappen SHUTDOWN stänger ner systemet PID-regulatorer Då ingen större ändring har gjorts på PID-regulatorerna under det här årets projekt har de samma utseende och funktionalitet som för år PID-regulatorerna kan ändras i realtid genom att ändra värdet i de rutor som motsvarar de olika PID-parametrarna. Genomförs ändringarna måste de nya värdena anges som flyttal, det vill säga med minst en decimal. Ändringarna börjar gälla från och med att användaren har tryckt på knappen UPDATE i GUI:t. Knappen Reset integral part används för att möjliggöra omstart med en stillastående bil då integralen över ett gammalt reglerfel inte ska tas i beaktande. Mer information om regulatorn återfinns i användarhandledningen från år 2013 [3] eller i fjolårets tekniska dokumentation [2]. De PID-regulatorer som används i detta systemet finns listade nedan. Avståndsregulatorn reglerar bilens avstånd från den optimala trajektorian och vinkelregulatorerna reglerar reglerfelet på girvinkeln på raksträckor respektive i kurvor. PID the : Vinkelregulatorn på raksträckan PID thec : Vinkelregulatorn i kurvor PID re : avståndregulatorn i kurvor PID v : Hastighetsregulatorn över hela banan PID re weak : avståndsregulatorn på raksträckor

11 LiU Racetrack 7 Figur 6: Fönstret Main till racetrackprojektet. Här väljer användaren vilka visningslägen som ska användas. På bilden visas den optimala trajektorian, bilens position, lastbilens position och skattade tillstånd. 4 Under körning Detta avsnitt beskriver hur systemet fungerar under körning. Efter att användaren har tryckt på knappen RUN i GUI:t kommer två stycken visningsfönster att tas fram, likaså kommandofönstret. I kommandofönstret kommer eventuella felmeddelandan att visas. De två visningsfönsterna är kommandofönster för olika visningsprogram samt för kalibrering av kamerasystemet. Hur detta fungerar kommer nedanstående avsnitt att belysa. 4.1 Bana och bilposition I fönstret Main ritas banan ut samt fordonens position och hastighet. I Figur 6 syns hur fönstret är uppbyggt. De tre vita linjerna som syns representerar start- och mållinje (den linje på banan som är schackmönstrad på den fysiska banans långsida) samt delsträckorna för banan. Vid slutet av dessa delsträckor fås en mellantid och vid varvets slut erhålls en total varvtid. Bilarna representeras i fönstret som gula objekt och lastbilen med ett släp som ett gråblått objekt (lastbil) med en tillhörande vit fyrkant vilken representerar släpet. Icke-fysikaliska hinder på banan representeras som gröna kvadrater. Dessa blir röda ifall de detekteras av bilens sensorer. Bilarnas sensorer, det vill säga hur långt ifrån hindret bilen detekterar dem, representeras genom ett ljust område runt bilen. Hur detta kan se ut finns illustrerat i Figur 7. Sensorernas utseende och storlek kan användaren ställa in i textfilen sensors.txt. Denna textfil hittas i Mappen C:/Temp/Racetrack FAST/code/Release. Information om fordonens position, riktning och hastighet bestäms genom mätdata från målföljningen och bilens skattade tillstånd. Fordonens uppmätta riktning och position beskrivs med hjälp av en triangel som pekar ut fordonets riktning. Den vita, streckade linjen i fordonets framkant representerar dess hastighetsvektor och bestäms ifrån fordonets skattade tillstånd. Fordonsobjekten som syns i fönstret Main är även de uppritade utifrån

12 LiU Racetrack 8 Figur 7: Bilens virtuella sensorer, här representerade som en fyrkant, en cirkel och en trapetsoid. Dessa kan anta olika storlekar. data om bilens skattade tillstånd. Kommandon och möjliga visningslägen för fönstret beskrivs i avsnittet visningslägen. 4.2 Visningslägen Den information som visas i fönstret Main kan ändras genom att ange vissa kortkommandon på tangentbordet. Nedan listas vilka kommandon som genererar vilken information i visningsfönstret. De kommandon som kan användas står även i GUI:t, vilket kan ses i Figur 5. o - Visar den optimala referenstrajektorian för banan. t - Detta kommando växlar mellan olika visningslägen. Det finns totalt sex olika lägen att välja mellan. För att aktivera läge fyra behöver användaren trycka ner tangenten t fyra gånger, och motsvarande för övriga lägen. 1. Visa markörer 2. Visa mätningar 3. Visa markörer och mätningar 4. Visa mätningar och fordonens tillstånd 5. Visa markörer, mätningar och fordonens tillstånd 6. Återgå till att enbart visa banan och fordon, vilket kan beskrivas som default läget. y - Växlar mellan projektorns olika visningslägen. Det finns sju olika visningslägen för projektorn. För att aktivera de de olika lägena appliceras samma strategi som för t. Samtliga visningslägen visar mellantider och varvtiden för fordonet.

13 LiU Racetrack 9 0. Visar endast mellantider och varvtiden för fordonet. 1. Visar fordonets skattade tillstånd. 2. Visar fordonets hastighetsvektor och den optimala trajektorian ifall det läget är aktiverat. 3. Visar fordonets skattade tillstånd. 4. Visar fordonets tillstånd, hastighetsvektor och optimal trajektoria ifall det läget är aktiverat. 5. Visar fordonets tillstånd, hastighetsvektor och optimal trajektoria ifall det läget är aktiverat. 6. Visar optimal trajektoria och körd väg ifall dessa lägen är aktiverade. Detta är även default läget för systemet. c - Är visningsläget inställt på att visa markörernas position växlar detta kommando mellan att visa mätningar från de olika kamerorna. s - Simulerar ett tidigare kört varv, både på datorskärmen och via projektorn på den fysiska banan. l - Visar bilens körväg. Ett rött spår innebär en bromssträcka och ett grönt spår en sträcka där bilen har accelererat. q - Avslutar det grafiska gränssnittet för körning (stänger ner fönstret Main). Körningen avslutas dock inte. e - Är visningsläget inställt på att visa mätningarna visar denna tangent mätningarnas konfidensintervall. 4.3 Kommandofönstret Racetrack Control Detta fönster ger information om körningen och status på systemet. En illustration av fönstrets utseende finns i Figur 8. Parametrarana Main CPU och Reg CPU beskriver utnyttjandegraden hos regulatorn och huvudfönstret. För att systemet ska fungera bra bör dessa ligga under 100. Mask radius, Min Thr, Max Thr, Min Mask och Max Mask är inställningsparametrar till kalibreringen för målföljningssystemet och kan justeras vid behov om kamerorna inte fungerar som de ska. Dessa ska normalt sett inte ändras. Varvtider och mellantider finns också presenterade i Racetrack Control. T1 representerar den första mellantiden, det vill säga tiden från startlinjen till det första vita strecket på banan. T2 svarar mot tiden från start till den andra vita linjen och T3 är den totala varvtiden. Varvtiden mäts i sekunder med en noggrannhet på 10 ms. Vilken bil det är som kör på banan och historisk data över varvtider sparas också i fönstret. 4.4 Utplacering av hinder på banan Användaren kan placera ut hinder på banan från textfilen obstacles_from_user.txt som finns i mappen C:/Temp/Racetrack FAST. En förtydligande bild på hur textfilen ser ut finns i Figur 9. Varje hinder innehåller följande information: Position i x-led Position i y-led

14 LiU Racetrack 10 Figur 8: Kontrollfönstret för racetracksystemet. Här syns information om körningen och inställningar hos kamerakalibreringen. Figur 9: Textfilen till hindergenereringen. Här kan användaren specificera bland annat antal hinder, storlek och rörelsetrajektoria på hinder.

15 LiU Racetrack 11 Hindrets vinkelposition Storlek i form av längd och bredd Huruvida hindret är fast eller dynamiskt. Om hindret är dynamiskt finns också förvalda rörelsemönster som hindret kan följa. Ett dynamiskt hinder kan även ha olika hastigheter som användaren kan specificera. Om hindret är aktivt eller inte. Ett inaktivt hinder kommer inte att ritas ut eller tas hänsyn till när bilen kör på banan. I obstacles_from_user.txt finns initialt ett antal förvalda hinder av olika typer och rörelsemönster. Användaren kan antingen välja att aktivera ett godtyckligt antal av dessa, eller att skapa helt nya hinder i samma textfil. När programmet körs läses textfilen in och de hinder som är aktiva kommer att dyka upp på banan. 5 Uppstart och körning av lastbilen Detta ger en översiktlig beskrivning i hur man startar och kör lastbilen manuellt ifrån datorn. 5.1 Ingående hård- och mjukvara För att kunna köra lastbilen krävs den raspberry pi som köpts in för att styra lastbilen, en handkontroll samt tillgång till filen truck_manual_control_beta.exe på rt-pc Uppstart Säkerställ först att strömsladden till raspberry pi är kopplad till rt-pc-03. Sladdar och raspberry pi hittas i en grå låda bredvid rt-pc-03 på skrivbordet. I lådan finns även en handkontroll som är kopplad till styrningen av lastbilen, den kontrollen behöver man också slå på innan lastbilen kan styras. Nästa steg är att placera lastbilen på banan och starta den. Detta görs genom att sätta knappen på lastbilshyttens baksida till läget on. Slutligen startas programmet genom att användaren dubbelklickar på truck_manual_control_beta.exe som finns i mappen C:/Temp på rt-pc-03. Från kommandofönstret som öppnas kan lastbilen styras. I kommandofönstret kan man läsa sig till att lastbilen styrs med hjälp av piltangenterna, en körning avslutas med tangenten q. Avsluta inte programmet genom att stänga ner kommandofönstret. 6 Vanliga problem Här beskrivs vanliga problem som kan dyka upp vid uppstart och körning av racetracksystemet och hur de lämpligen åtgärdas. Kamerorna kalibrerar fel eller inte alls. Säkerställ att kalibreringsmarkörerna inte är övertäckta och starta sedan om systemet. Kamerorna kalibreras vid varje uppstart.

16 LiU Racetrack 12 Bilen har inte önskvärda köregenskaper. Detta beror antagligen på hårdvaruproblem genom att det hamnat smuts vid däcken. Rengör bilen och starta om systemet. Bilen kör in i väggen vid skarp kurva. Detta beror antagligen på att kamerorna kalibrerats fel. Starta om systemet. Säkerställ att bilen placeras långt ifrån kalibreringsmarkörerna på banans ytterkant.

17 LiU Racetrack 13 Referenser [1] Teknisk dokumentation 2014, Projektgruppen (2014), Teknisk dokumentation [2] Teknisk Dokumentationen från 2013 års projekt, Teknisk dokumentation 2013 [3] Användarhandledning från 2013 års projekt Användarhandledning 2013 [4] Pärm för Racetrack Dokumentation från 2011 Racetrack Documentation 2011