LiTH Mobile Scout. Kravspecifikation. Redaktör: Patrik Molin Version 1.0. Status. Granskad Godkänd. TSRT71 Patrik Molin.

Transkript

1 Kravspecifikation Redaktör: Version.0 Granskad Godkänd Status TSRT7 Sida

2 PROJEKTIDENTITET 2009/VT, Linköpings Tekniska Högskola, ISY Gruppdeltagare Namn Ansvar Telefon E-post Martin Larsson Projektledare (ML) Dokumentansvarig (PM) Jimmy Engman Testansvarig (JE) Magnus Andersson Hårdvaruansvarig (MA) Tomas Andersson Mjukvaruansvarig (TA) toman02@student.liu.se Nils Ericsson Mobilitetsansvarig (NE) niler034@student.liu.se Jenny Arkad Sensoransvarig (JA) jenar374@student.liu.se Moa Gustafsson Nätverksansvarig (MG) moagu29@student.liu.se Joel Askling Hermansson SLAM-ansvarig (JH) joehe054@student.liu.se Hemsida: Kommer senare Kund: Saab Bofors Dynamics Kontaktperson hos kund: Pelle Carlbom, , Pelle.Carlbom@dynamics.saab.se Kursansvarig: David Törnqvist (ISY), , tornqvist@isy.liu.se Handledare: Karl Granström (ISY), , karl@isy.liu.se Handledare: Torbjörn Crona (Saab Bofors Dynamics), Handledare: Johan Bejeryd (Saab Bofors Dynamics), johan.bejeryd@saabgroup.com TSRT7 Sida 2

3 Innehåll Dokumenthistorik 5 Inledning 6. Parter Syfte och Mål Användning Bakgrundsinformation Definitioner Översikt av systemet 7 2. Grov beskrivning av produkten Produktkomponenter Beroenden till andra system Ingående delsystem Begränsningar Designfilosofi Generella krav på hela systemet Delsystem - Masterenhet 3. Mjukvara Krav på användargränssnitt Krav på nätverksmodul Delsystem 2 - Scoutenhet 2 4. Mjukvara Krav på mobilitetsmodulen Krav på sensormodulen Krav på nätverksmodulen Hårdvara Modellering 5 6 Ekonomi 5 TSRT7 Sida 3

4 Leveranskrav och delleveranser 6 8 Dokumentation 7 9 Appendix A 8 0 Appendix B 9 Appendix C 9 2 Appendix D 9 Referenser 9 TSRT7 Sida 4

5 Dokumenthistorik Version Datum Utförda förändringar Utförda av Granskad Första utkast Alla Andra utkastet PL,TA JH Ändrat efter önskemål från handledare ML PM Ändrat efter önskemål från kund ML Godkänd ML TSRT7 Sida 5

6 Inledning Syftet med projektet är att utveckla en terränggående robot vid namn Mobile Scout. Roboten kommer att styras trådlöst av en operatör via en laptop, en så kallad masterenhet. Systemet kommer att bestå av två delar, en scoutenhet och en masterenhet. Scoutenheten består av en robotplattform, en dator, hjulodometer, kamera, GPS och IMU. Roboten kommer att samla in information om dess omgivning och skicka till masterenheten. Operatören kommer ha möjlighet att styra roboten manuellt eller autonomt. Figur : Systemet i dess omgivning I detta dokument beskrivs alla krav med en tabellrad enligt nedan. Kravnummer är löpande genom hela dokumentet. Kolumn två anger om det är ett orginalkrav eller om kravet har reviderats. Vid revidering finns en hänvisning till beslut. I kolumn tre finns själva lydelsen av kravtexten. I sista kolumnen finns dess prioritet beskriven och prioriteterna ges enligt följande: Prioritet : Grundläggande krav vilka måste vara uppfyllda vid leverans. Prioritet 2: Normala krav, ska bli uppfyllda om det är möjligt. Prioritet 3: Extra krav, vilka kommer att göras i mån av tid och intresse. Krav nr X Förändring Kravtext för krav nr X Prioritet. Parter Kunden är Pelle Carlbom på Saab Bofors Dynamics och beställare är David Törnqvist på avdelningen för reglerteknik på LITH. Projektet kommer att genomföras av 9 stycken personer som läser Teknisk Fysik och Elektroteknik på Linköping Universitet. TSRT7 Sida 6

7 Syfte och Mål Syftet med projektet är att utveckla en grundläggande plattform för en robot som skall kunna köras manuellt via en operatör och autonomt i en utomhusmiljö..3 Användning Produkten skall användas till olika ändamål, till exempel ska scout-roboten kunna förflytta sig i trädgårdsföreningen och skicka information om dess omgivning..4 Bakgrundsinformation Projektet har startats upp efter ett initiativ av Torbjörn Crona och Pelle Carlbom på Saab Bofors Dynamics. Projekt ligger till grund för ett större projekt som kommer löpa över flera terminer. Slutmålet med projektet är att en autonom robot skall kunna förflytta sig i en utomhusmiljö med sensorer så som GPS, IMU, kamera och hjulodometer. Roboten ska även skicka bilder till masterenheten och en 3D-miljö av dess omgivning ska slutligen byggas upp..5 Definitioner GPS - Global Positioning System. Ett system för att bestämma robotens position. IMU - En sensorenhet som innehåller accelerometrar och gyron. Hjulodometer - sensor som mäter antalet snurrade varv på hjulet. 2 Översikt av systemet Kapitlet ger en övergripande bild av hur systemet kommer att se ut (se bild 2). 2. Grov beskrivning av produkten Systemet kommer bestå av en masterenhet och en scoutenhet. Masterenheten består av en dator med ett grafiskt gränssnitt, en nätverksdel och del som har hand om bildbehandling. Operatören kommer via masterenheten ha möjlighet att köra scoutenheten både manuellt och autonomt. Scoutenheten består av en robotplattform, en dator och sensorer för autonom styrning. 2.2 Produktkomponenter Produkten kommer bestå av två bärbara datorer, robotplattform, GPS, IMU, kamera och nätverkshårdvara. TSRT7 Sida 7

8 Mobile Scout Hela Systemet Master Hårdvara Mjukvara Användarinterface Nätverksmodul Bildbehandling Scout Mjukvara Hårdvara Nätverksmodul Mobilitetsmodul Sensorer - Hjulodometer - GPS - IMU - Kamera Sensormodul Figur 2: Bilden visar en översikt över systemet 2.3 Beroenden till andra system Det kommer att skickas information mellan masterenheten och scoutenheten som sedan tar beslut om åtgärder. Det kommer även finnas ett beroende mellan de olika modulerna i respektive enhet. TSRT7 L IPs Sida 8

9 Ingående delsystem Produkten kommer att byggas upp av två stora delsystem: Masterenhet Mjukvara: Användargränssnitt Nätverkmodul Bildbehandlingsmodul Hårdvara Scoutenhet Laptop Nätverk Mjukvara: Nätverksmodul Mobilitetsmodul Sensormodul Hårdvara Laptop Nätverk Robotplattform GPS IMU Kamera 2.5 Begränsningar Systemet kommer att begränsas av de produkter som tillhandahålls av Saab Bofors Dynamics. 2.6 Designfilosofi Produkten kommer att byggas i enheter för att dessa lätt skall vara utbytbara. All programvara kommer att utvecklas på ett sådant sätt att den är väl motiverad och dokumenterad. Det kommer även utvecklas modeller av systemet för testning. TSRT7 Sida 9

10 Generella krav på hela systemet Här följer alla generella krav för systemet. Krav nr Original Det ska finnas möjlighet till manuell styrning Krav nr 2 Original Det ska finnas möjlighet till autonom styrning Krav nr 3 Original Systemet ska innehålla en mobil enhet (scout) Krav nr 4 Original Systemet ska innehålla en fast enhet (master) Krav nr 5 Original Hela systemet ska kunna strömförsörjas i en timma Krav nr 6 Original Roboten får maximalt lastas 3 kg Krav nr 7 Original Den mobila- och fasta enheten ska kunna kommunicera via ett nätverk Krav nr 8 Original All mjukvara ska vara skriven i C++ och vara körbar i Linux Krav nr 9 Original I en bildsekvens i trädgårdsföreningen ska landmärken som för tillfället finns i bilden kunna upptäckas och spåras Krav nr 0 Original I autonomt läge och givet en hjulodometer ska systemet genom brytpunktsnavigering klara en bana enligt banspecifikation (Appendix A) Krav nr Original I autonomt läge och givet en GPS och odometer 2 ska systemet klara en bana enligt banspecifikation (Appendix B) Krav nr 2 Original I autonomt läge och givet en kamera ska systemet klara att navigera med hjälp av SLAM (Appendix C eller D) 2 TSRT7 Sida 0

11 Delsystem - Masterenhet Masterenheten kommer integreras med ett grafiskt gränssnitt där operatören ger kommandon för styrning av scoutenheten. I manuellt läge kommer den att lyssna på kommandon från användaren och skicka dessa vidare till scoutenheten. I autonomt läge ser modulen till att roboten följer en bana enligt kravspecifikationen. Masterenheten tar även emot status från scoutenheten som den visar för användaren. Krav nr 3 Original Systemet ska innehålla en bärbar dator Krav nr 4 Original Systemet ska innehålla hårdvara för nätverkskommunikation 3. Mjukvara 3.. Krav på användargränssnitt Krav nr 5 Original Användargränssnittet ska vara grafiskt Krav nr 6 Original Gränssnittet ska kunna visa statusinformation som fås via nätverksmodulen Krav nr 7 Original Operatören ska kunna välja manuell- eller autonom styrning Krav nr 8 Original Operatören ska via gränssnittet kunna ge manuella kommandon innefattade minst: kör framåt kör bakåt rotera vänster rotera höger stanna 3..2 Krav på nätverksmodul Krav nr 9 Original Nätverksmodulen ska kunna ta emot kommandon från användargränssnittet och skicka vidare till scoutenhetens nätverksmodul via masterns nätverkshårdvara Krav nr 20 Original Nätverksmodulen ska kunna ta emot information från scout via masterenhetens nätverkshårdvara TSRT7 Sida

12 Delsystem 2 - Scoutenhet Scoutmodulen tar hand om de kommandon som skickas från masterdatorn och ser till att de verkställs. Modulen ska vara liten och lätt att använda. Scoutmodulen ser även till att roboten stannar om kontakten med masterdatorn förloras. Krav nr 2 Original Scoutenheten ska innehålla en bärbar dator Krav nr 22 Original Scoutenheten ska innehålla ett fordonschassi färdandes på band eller hjul Krav nr 23 Original All sensordata ska tidmärkas och innehålla 2 relativ riktning Krav nr 24 Original Scoutenheten ska stanna om kontakten med mastern bryts, sk dödmansgreppsstopp 4. Mjukvara 4.. Krav på mobilitetsmodulen Mobilitetsmodulen utgör ett gränssnitt mot robotens motorer. Detta för att roboten enkelt ska kunna styras. Modulen tar emot kommandon för att styra hastigheten på motorerna varefter detta verkställs. Krav nr 25 Original Mobilitetsmodulen ska kunna ta emot kommandon från mastern via nätverksmodulen Krav nr 26 Original Mobilitetsmodulen ska kunna tolka kommandon från mastern Krav nr 27 Original Mobilitetsmodulen ska kunna verkställa kommandon genom att styra hastigheten på scoutenhetens motorer TSRT7 Sida 2

13 Krav på sensormodulen Sensormodulen tar emot data från en hjulodometer, en GPS, en IMU och en kameran. Modulen översätter värden från sensorerna till värden som är lättare att tolka. Krav nr 28 Original Sensormodulen ska kunna läsa information 2 från en GPS Krav nr 29 Original Sensormodulen ska kunna läsa information 2 från en IMU Krav nr 30 Original Sensormodulen ska kunna läsa information 2 från en kamera Krav nr 3 Original Sensormodulen ska kunna läsa information från en hjulodometer Krav nr 32 Original Sensormodulen ska kunna tillhandahålla sensordata till övriga systemet Krav nr 33 Original All sensordata ska tidstämplas 4..3 Krav på nätverksmodulen Krav nr 34 Original Modulen ska kunna ta emot kommandon från mastern via scoutenhetens nätverkshårdvara Krav nr 35 Original Modulen ska kunna skicka information från sensormodulen till mastern via scoutenhetens nätverkshårdvara TSRT7 Sida 3

14 Hårdvara Krav nr 36 Original Fordonschassit ska innehålla minst en styrbar motor på vardera sida Krav nr 37 Original En GPS ska vara monterad på fordonschassit Krav nr 38 Original En IMU ska vara monterad på fordonschassit Krav nr 39 Original En kamera ska vara monterad på fordonschassit Krav nr 40 Original Det ska finnas en hjulodometer på fordonschassit Krav nr 4 Original Hårdvara för nätverkskommunikation ska vara monterad på fordonschassit Krav nr 42 Original Samtliga monterade komponenter ska vara strömförsörjda Krav nr 43 Original Ska innehålla en strömkälla stor nog för att hålla scoutenheten aktiv i minst en timme Krav nr 44 Original Samtliga komponenter ska vara kopplade till scoutenhetens dator Krav nr 45 Original Samtliga komponenter ska vara väl monterade för att klara av att köras i trädgårdsföreningen utan att falla av Krav nr 46 Original Scoutenheten ska ha nödstopp monterat på chassit TSRT7 Sida 4

15 Modellering Modeller av sensorerna och plattformen skall göras för att kunna testa mjukvaran även då hårdvaran saknas. En fordonsmodell skall utvecklas för att kunna skatta friktion och slip för att roboten skall kunna styras från master. Modellerna skall valideras och dokumenteras. Krav nr 47 Original En modell för GPS-data ska göras och användas för testning i hårdvaran Krav nr 48 Original En modell för IMU-data ska göras och användas för testning i hårdvaran Krav nr 49 Original En modell för hjulodometer-data ska göras och användas för testning i hårdvaran Krav nr 50 Original En modell för nätverket ska göras för att användas för testning i hårdvaran Krav nr 5 Original En fordonsmodell av chassit och dess motorer ska göras Krav nr 52 Original Fordonsmodellen ska vara tillräcklig för att kunna skatta friktion och slip givet modellerat eller verkligt sensordata Krav nr 53 Original Fordonsmodellen ska vara tillräcklig för att kunna styra roboten via master, dvs klara en bana enligt banspecifikationen Krav nr 54 Original Modellerna ska valideras och implementeras i mjukvaran Krav nr 55 Original Modellerna ska vara väl dokumenterade Krav nr 56 Original Modellerna ska kunna användas för reglering och simulering 6 Ekonomi Krav nr 57 Original Varje medlem får disponerar maximalt 200 timmar under projekttiden Krav nr 58 Original Handledningstid på ISY: 0 timmar Krav nr 59 Original Handledningstid på Saab Bofors Dynamics: 50 timmar Krav nr 60 Original Gruppen har tillgång till två arbetsplatser, ett rum på ISY och ett rum på Saab Bofors Dynamics Krav nr 6 Original Saab Bofors Dynamics tillhandahåller all utrustning och material som kan tänkas behövas för projektets genomförande TSRT7 Sida 5

16 Leveranskrav och delleveranser Krav nr 62 Original BP2: Kravspecifikation, projektplan och systemskiss ska levereras 3/2. Krav nr 63 Original BP3: Designspecifikationen och testplanen ska levereras 27/2 Krav nr 64 Original BP5: All funktionalitet, testprotokoll och användarhandledning samt ett föredrag där det visas att kraven i kravspecifikationen är uppfyllda skall levereras v.9 Krav nr 65 Original BP6: Teknisk rapport, efterstudie med uppföljning av resultat och använt tid, poster, hemsida som beskriver projektet och en film skall levereras v.2 TSRT7 Sida 6

17 Dokumentation Krav nr 66 Original Vid varje möte ska mötesprotokoll föras. Krav nr 67 Original Tidrapportering sker per person och vecka. Projektledaren sammanställer tidrapporten och förmedlar sammanställningen till beställare måndag eftermiddag. Krav nr 68 Original Projektledaren sammanställer en statusrapport och skickar in till beställare måndag eftermiddag i samband med tidrapporteringen. Krav nr 69 Original Samtliga moduler och delsystem ska dokumenteras så att Saab Bofors Dynamics kan använda sig av framtagna och konstruktioner och resultat. Krav nr 70 Original Vi ska ta fram specifikationer för kommunikationsinterfacet mellan: masterenheten scoutenheten GPS sensorenheten IMU sensormodulen kamera sensormodulen hjulodometer sensormodulen användare masterenheten motorer mobilitetsmodulen För varje interface ska vi specificera: vad ska skickas generellt format på meddelandet specifik implementering TSRT7 Sida 7

18 Krav nr 7 Original Följande dokument ska produceras: kravspecifikation systemskiss projektplan tidplan testplan designspecifikation testprotokoll användarhandledning teknisk dokumentation efterstudie med uppföljning av resultat och använd tid Krav nr 72 Original Krav på dokumentering utöver dokumenten ovan poster muntlig presentation där genomförande och resultat beskrivs hemsida som beskriver projektet film att publicera på Youtube 9 Appendix A Banan går ut på att roboten ska förflytta sig i en cirkel med 5 meters radie (± 0.5 m) i en utomhusmiljö (Trädgårdsföreningen). Inga hinder får förekomma på banan TSRT7 Sida 8

19 Appendix B Banan går ut på att roboten ska förflytta sig i en utomhusmiljö (Trädgårdsföreningen) 30 meter (± m) rakt fram relativt sin startposition och tillbaks. Roboten ska stanna inom en meters radie från startpositionen. Inga hinder får förekomma på banan Appendix C Roboten ska, då GPS:en inte fungerar, använda landmärken i omgivningen för att hålla reda på sin position Då roboten, efter ett avbrott, får kontakt med GPS:en ska positionen på de landmärken som upptäckts under avbrottet korrigeras efter positionsdata från GPS:en Landmärken som upptäcks ska kartläggas och återupptäckas då roboten kommer tillbaka till samma position 2 Appendix D Banan går ut på att hitta ett lättupptäckt mål och bestämma dess position. Målet kan t.ex. vara en röd kub (en kartong) med kända mått I omgivningen finns lättupptäckta landmärken som t.ex. vita kuber (en kartong) med kända mått Det måste finnas en väg från robotens startposition till målet där roboten alltid ser minst två landmärken inom xx meter Målet måste vara inom xx meter från robotens startposition Inga andra hinder än landmärkena får finnas på banan Referenser [] LIPS Version.3 Tomas Svensson och Christian Krysander. Kompendium,, TSRT7 Sida 9