Användarhandledning Minröjningsbandvagn

Användarhandledning Minröjningsbandvagn Version 0.1 Utgivare: Emmeline Kemperyd Datum: 1 december 2013 Status Granskad Emmeline Kemperyd 2013-12-01 Godkänd

Projektidentitet Gruppens e-post: Hemsida: Beställare: Kund: Kursansvarig: Projektledare: Handledare: mrbv@googlegroups.com http://www.isy.liu.se/edu/projekt/reglerteknik/2013/bandvagn/ Johan Dahlin (JD), ISY, Linköpings universitet Torbjörn Crona, Saab Bofors Dynamics Daniel Axehill och David Törnqvist, ISY, Linköpings universitet Anton Pettersson (AP) Björn Johansson, Carl Nordheim, Stefan Thorstensson, Saab Bofors Dynamics, Niclas Evestedt (NE), ISY, Linköpings universitet Gruppmedlemmar Namn Ansvarsområde Telefonnummer E-post (@student.liu.se) Jesper Carlsson (JC) Informationsansvarig 076-8499764 jesca887 Jonatan Ekström (JE) Designansvarig 073-0378888 jonek364 Emmeline Kemperyd (EK) Dokumentansvarig 073-6988186 emmke921 Simon Lind (SL) Hinderansvarig 070-2565056 simli718 Johan Norén (JN) Hårdvaruansvarig 070-5314740 johno923 Anton Pettersson (AP) Projektledare 076-8900309 antpe073 Markus Rombach (MR) Testansvarig 073-5980941 marro498 Jon Tjerngren (JT) Navigationsansvarig 073-8053863 jontj362

Dokumenthistorik Version Datum Ändringar Utförda av Granskad 0.1 2013-12-01 Första utkastet MR EK

Innehåll 1 Inledning 1 1.1 Användning............................................ 1 2 Beskrivning av systemet 1 3 Att komma igång 1 4 Bandvagn 3 4.1 Att stänga av........................................... 3 4.2 Laddning............................................. 3 4.3 ARM-processor.......................................... 4 4.4 Diskret PDF för GPS-brus.................................... 4 5 Basstationen 4 5.1 Anslutningsfönster........................................ 4 5.2 Användargränssnitt....................................... 4 5.2.1 Statusrad......................................... 6 5.2.2 Inställningsvy....................................... 6 5.2.3 Kartvy........................................... 6 5.2.4 Vägpunktsvy....................................... 7 5.2.5 Regulatorparameterfönster............................... 7 5.2.6 Filterparameterfönster.................................. 7 5.2.7 Fönster för handkontrollsinställningar......................... 7 6 Körlägen 8 6.1 Manuellt via basstationen.................................... 8 6.2 Manuellt via handkontrollen................................... 8 6.3 Automatic............................................. 10 6.4 Avsökning av område...................................... 10 7 Nätverk 10 7.1 Protokoll............................................. 10 7.2 Port 1............................................... 10 7.3 Port 2............................................... 10 7.4 Internet till bandvagnen..................................... 10 7.4.1 Sladd........................................... 11 7.4.2 Wifi............................................ 11 7.5 Router............................................... 11 7.6 Lösenord.............................................. 11

Minröjningsbandvagn 1 1 Inledning Saab Bofors Dynamics vill utveckla en minröjningsbandvagn för mindetektion. Detta projekt är en fortsättning på tidigare projekt av vilka det första påbörjades våren 2009 av projektgruppen O hara s. De arbetade med utveckling av bland annat specifikationer, kontrollprogram, nätverkskommunikation och navigationstekniker. Under hösten 2009 fortsatte projektgruppen Carpe Locus arbetet och utrustade bandvagnen med fjärrstyrning samt motorreglering för framdrivning. Bandvagnen utrustades även med GPS för att göra det möjligt att följa en fördefinierad brytpunktsbana. Hösten 2010 arbetade projektgruppen 8Yare med bandvagnen. De förde bland annat över tidigare funktionalitet till en industridator och installerade en stereokamera av typen Bumblebee 2. Året därpå fortsatte projektgruppen imap utökandet av bandvagnens funktionalitet genom att med hjälp av en kamera och sensorer bygga upp en 3D-karta av ett område. Under hösten 2012 vidareutvecklades bandvagnen av projektgruppen Minenmarker. De valde att inte bygga vidare på 3D-kartans funktionalitet utan fokuserade istället på bandvagnens positionering, samt på att detektera minor. Ett av deras mål var att med hög sannolikhet kunna säkerställa att ett område var avsökt och fritt från minor. Målet med årets projekt är framförallt att vidareutveckla hinderhantering och navigering samt att koppla in en trådlös handkontroll för manuell styrning. 1.1 Användning Bandvagnen ska användas för att söka efter minor. Bandvagnen kan styras manuellt via både basstationen med hjälp av datorns piltangenter och med en handkontroll. Den senare kan användas fristående från basstationen. Bandvagnen kan också köras helt autonomt och följer då antingen en rutt planerad av bandvagnen eller en som fördefinierats av användaren. Oavsett körläge loggas all information från sensorerna i basstationen, så länge denna är ansluten. Loggdatan återfinns i mappen bin, där det färdigkompilerade programmet för basstationen ligger. 2 Beskrivning av systemet Minröjningsbandvagnen består av två huvudsystem; basstationen och bandvagnen, som i sin tur är uppdelade i mindre delsystem. Varje delsystem består av en eller flera fysiska komponenter, där vissa komponenter ingår i flera delsystem. Tanken med indelningen är att varje delsystem till så stor grad som möjlighet ska kunna konstrueras och testas individuellt. Basstationen och bandvagnen kommunicerar med varandra över ett trådlöst nätverk. Huvudsyftet med basstationen är att presentera den information som kommer från bandvagnen samt att kunna styra bandvagnen i manuellt läge. Bandvagnen ska i sin tur kunna avsöka ett av operatören definierat område helt autonomt. Figur 1 visar en överblick av minröjningsbandvagnen och dess huvud- och delsystem. Förutom detta syns även hur informationen flödar mellan de olika systemen. 3 Att komma igång Det första steget är att installera Qt SDK [2], då basstationen byggs med Qt-biblioteket och Qt Creator då körs. Version 4.8.5 av Qt-biblioteket bör användas då denna visat

Minröjningsbandvagn 2 Figur 1: Överblick av systemet sig fungera väl för att bygga basstationen; den för närvarande senaste versionen 5.1 kan dessvärre inte kompilera bandvagnens program. På Windows väljs det Qt-bibliotek som använder sig av kompilatorn MinGW. En ändring kan behöva göras så att Qt Creator använder sig av en annan version av MinGW än den som följer med vid installationen. Av denna anledning finns det i mappen installs installationsfiler för en version som bevisligen fungerar. För att ändra kompilator öppnas Qt Creator och i menyn väljs först Tools och sedan Options.... Där väljs sedan Build & Run, vari fliken Compilers väljs. I denna flik kan sedan den valda kompilatorn läggas till. Används operativsystemet Windows behöver även Cygwin [1] installeras (med ssh). Cygwin fungerar som en Linux-terminal i Windows och används för att kompilera koden till bandvagnen. Då samtliga nödvändiga program har installerats följer nedanstående steg för att komma igång med bandvagnen. 1. Dra ur ultraljudssensorernas USB-sladd. 2. Slå på strömmen till bandvagnen genom att slå på strömbrytaren på bandvagnens chassi. 3. Kontrollera att bandvagnens dator startar. Tryck annars på den svarta startknappen på datorns baksida. 4. Vänta cirka 2 minuter tills routern och bandvagnens dator är igång. 5. Anslut ultraljudssensorernas USB-sladd. 6. Anslut basstationen till nätverket med SSID Balrog. Lösenordet är bandvagn. 7. Linux: Öppna ett terminalfönster på basstationen. Windows: Kör Cygwin på basstationen. 8. Ändra sökvägen till mappen trunk med hjälp av Linux-kommandot cd. Exempel: cd cygdrive/c/users/student/documents/ostendeabscondita/trunk.

Minröjningsbandvagn 3 9. Bygg bandvagnen. Detta görs med hjälp av antingen scriptet build balrog.sh som endast bygger om modifierade filer eller rebuild balrog.sh som bygger om alla filer. För att använda scripten skrivs i terminalfönstret./build balrog.sh alternativt./rebuild balrog.sh. Detta fungerar endast om sökvägen har ändrats i enlighet med steg 8. 10. När bandvagnen är färdigbyggd kan programmet på bandvagnen startas på två olika sätt. Det rekommenderade sättet är att logga in på bandvagnen med kommandot ssh user@192.168.1.3 och lösenordet bandvagn, navigera till /bandvagn/bin/ och skriva./bandvagn. Programmet kan även startas genom att scriptet start balrog.sh. körs. 11. Kontrollera att bandvagnen startar och visar att all sensorinitering lyckats, börja annars om på steg 1. 12. När bandvagnen har startats och gryobias samlats in (syns i terminalfönstret) kan den köras med handkontrollen. För att använda basstationen: gå in i trunk och öppna basstation.pro i Qt Creator. Observera att det i basstation.pro ska finnas en mapp för basstationen och en mapp för common.[2] 13. Bygg basstation.pro. Kör sedan programmet för basstationen genom att trycka på den gröna pilen. 14. Det dyker nu upp en ruta för att ansluta till bandvagnen. Kontrollera att IP-adressen är 192.168.1.3 och klicka på Connect. 15. En anslutning till bandvagnen är nu upprättad; detta syns i statusen i övre högra hörnet. Bandvagnen kan nu köras via basstationen. 4 Bandvagn Vissa av bandvagnens källkodsfiler, de som använder diverse linuxheaders, kompilerar endast i Linux. Om ny kod för bandvagnen ska testas kan det alltså vara fördelaktigt att skriva den på en dator med Linux. Däremot går det att bygga alla andra källkodsfiler i Windows genom att högerklicka på.cpp-filen i Qt Creator och välja Build. På så sätt kan man testa att koden bygger innan den laddas upp till bandvagnen. 4.1 Att stänga av Logga in på bandvagnen med kommandot ssh user@192.168.1.3 och skriv in lösenordet bandvagn. Kör därefter kommandot sudo shutdown -h now för att stänga av bandvagnens dator. Vänta någon minut så att Ubuntu hinner stängas ner. Strömmen till bandvagnen stängs sedan av med huvudströmbrytaren. 4.2 Laddning På bandvagnens chassi sitter kontakter som används vid laddning av bandvagnen. För att påbörja laddning; kontrollera först att huvudströmbrytaren på bandvagnen är avstängd och sätt sedan i laddarens två delar i kontakterna på chassit. Se till så att rätt del hamnar i rätt kontakt i bandvagnen (rött i rött och svart i svart). Batterierna är fulladdade när lampan på laddningsadaptern lyser svagt grönt. När laddningen är slutförd slår laddaren automatiskt ifrån.

Minröjningsbandvagn 4 4.3 ARM-processor Det har under projektets gång visat sig att delar av hårdvaran inte alltid fungerar felfritt. En sådan del är ARM-processorn som ibland slår av, vilket oftast leder till att ett larvband inte reagerar på styrkommandon. Vad detta beror på är ej säkerställt men för att ARM-processorn ska börja fungera som önskat igen ska bandvagnen helst startas om. En snabbare lösning är dock att rycka ur ARM-processorns USB-sladd (grå) och sedan sätta i den igen. Iaktta försiktighet om detta alternativ används, då larvbanden kan börja röra sig okontrollerat när sladden rycks ur och sätts i igen. Det rekommenderas av denna anledning att bandvagnen lyfts upp så att larvbanden ej har kontakt med marken om detta sker. Efter denna procedur måste bandvagnsprogrammet startas om. Observera alltså att larvband som inte reagerar på styrsignaler inte nödvändigtvis innebär att batteriet är slut. Ett tecken på att batteriet faktiskt håller på att ta slut är att dioderna på routern börjar lysa svagare samt att det ej går att hitta bandvagnens nätverk. 4.4 Diskret PDF för GPS-brus I Matlab skattas en diskret PDF med hjälp av kommandot ksdensity. Då fås två vektorer; en som innehåller x-axelns värden och en som innehåller sannolikheten för motsvarande x-värde. Sannolikhetsvektorn normaliseras därefter, och vektorerna sparas i en fil. Då GPS:en ger data i både x- och y-led skattas två PDF:er; filerna de sparas i ska heta discrete pdf x respektive discrete pdf y. Exempel: x = [-1 0 1], p = [0.25 0.5 0.25] (efter normalisering). Detta sparas i en fil med namnet discrete pdf x eller discrete pdf y som texten -1,0.25,0,0.5,1,0.25,. Efter att filerna discrete pdf x och discrete pdf y skapats placeras de i mappen bandvagn/trunk/bandvagn/bin/, och därefter körs ett av byggscripten. 5 Basstationen Syftet med basstationen är att göra användandet av bandvagnen tydligt, enkelt och bekvämt. På basstionen ritas operationsområdet ut tillsammans med all nödvändig information. Dessutom går det att från basstationen justera parameterar och inställningar på bandvagnen. 5.1 Anslutningsfönster När basstationsprogrammet startas visas ett anslutningsfönster som används för anslutning till bandvagnen. IP-adressen är 192.168.1.3 och skrivs in i rutan för IP-adress om den inte redan står där. Sedan väljs Connect för att ansluta till bandvagnen. 5.2 Användargränssnitt Användargränssnittet i figur 2 är det operatören ser vid körning av bandvagnen och det är byggt i Qt [2]. Användargränssnittet är uppdelat i fyra delar med olika funktionalitet. Överst finns en statusrad som används för att visa status för bandvagn och nätverk. Under statusraden finns tre kolumner; en med knappar och inställningar, en för kartan och en för att se och ange vägpunkter. Dessa delar beskrivs mer ingående i de kommande avsnitten.

Minröjningsbandvagn 5 Figur 2: Basstationens användargränssnitt

Minröjningsbandvagn 6 De olika fönstren för konfigurering öppnas genom att i övre högra hörnet klicka på File och därefter välja önskat fönster. Även dessa fönster beskrivs mer ingående i de kommande avsnitten. 5.2.1 Statusrad Allra överst i användargränssnittet ligger en statusrad. Det första som visas där är statusen för ruttplaneraren som används i bandvagnen vid autonom avsökning. Dessutom visas status för GPS, det vill säga om den används eller inte samt om GPS:en har kontakt med satelliter eller inte. Utöver det finns även information om huruvida basstationen är ansluten till bandvagnen samt om handkontrollen är ansluten. 5.2.2 Inställningsvy Till vänster i användargränssnittet ligger inställningsvyn. Denna vy används för att konfigurera inställningar och skicka kommandon till bandvagnen. Överst i vyn finns ett antal knappar för val av körläge, samt knappar för start och reset. Mer information om olika körlägen finns i senare avsnitt av detta dokument. Under dessa knappar finns de kontroller operatören använder för att sätta origo i det lokala koordinatsystem bandvagnen kör i. Dessa koordinater anges enligt RT90-standarden. Operatören fyller även i en vinkel som anger operationsområdets rotation i förhållande till globala koordinater. Ett alternativ till att ange koordinater och vinkel manuellt är att använda data från bandvagnens GPS. Om operatören utnyttjar detta alternativ sätts origo för det lokala koordinatsystemet till bandvagnens nuvarande position och rotationen av det lokala systemet till 0. Under dessa kontroller finns en knapp för att slå på och av bandvagnens GPS samt fält för att ange storleken på bandvagnens operationsområde. Operationsområdets utbredning anges i antal meter i x- respektive y-led. Standardvärdet för operationsområdets storlek är 10 10 meter. Nedanför detta visas information om nuvarande styrkommando till vänster och höger larvband. Längst ner i inställningsvyn finns kontroller som används för att bestämma vad som visas på kartan. Med hjälp av dessa kan operatören välja om vägpunkter, hinder och estimerad position ska visas. 5.2.3 Kartvy I mitten av gränsnittet finns kartvyn som ger operatören en översikt över hur minsökningen fortlöper. Längst upp, till vänster om kartan, finns en förklaring till färgerna på det som ritas ut. Kartan är en modell av operationsområdet och visar de rutor operationsområdet delats upp i. Varje ruta har initialt en vit bakgrund som blir grönare och grönare ju större sannolikhet det är att rutan är avsökt. På kartan överlagras en bild av bandvagnen och dess skattade position tillsammans med osäkerheten i skattningen. Osäkerheten visas med lila färg runt bandvagnen. Utöver detta ritas även bandvagnens positionshistorik ut som en gul linje och sträckan mellan vägpunkter ritas ut som blå linjer. Hinder som upptäcks i någon av rutorna under körning markeras genom att denna ruta färgas svart i kartvyn. Då en mina detekteras markeras den med en bild på en mina, och positionsosäkerheten för den visas med lila färg.

Minröjningsbandvagn 7 Till höger om kartan finns även ett reglage för att ange bandvagnens hastighet vid manuell körning från basstationen. 5.2.4 Vägpunktsvy Längst till höger i användargränssnittet finns vägpunktsvyn. Vägpunktsvyn används för att presentera de vägpunkter som för närvarande används av bandvagnen samt för att manuellt lägga till och ta bort vägpunkter. De vägpunkter som visas är de bandvagnen kör efter. Då bandvagnen utför en avsökning visas i listan alltså de vägpunkter som genereras av ruttplaneringen. Operatören kan ange vägpunkter genom att specificera vägpunktens lokala koordinater eller genom att klicka i kartvyn. Det är först då operatören trycker på Upload waypoints som bandvagnen får de nya vägpunkterna. Det finns här även stöd för att läsa in vägpunkter från och spara vägpunkter till en textfil. 5.2.5 Regulatorparameterfönster Figur 3 visar fönstret som används för att ställa in regulatorparametrar för hindernavigering via användargränssnittet. Här kan till exempel parametrarna K p och K d för PD-regulatorn ställas in. Figur 3: Regulatorparameterfönstret 5.2.6 Filterparameterfönster Figur 4 visar fönstret som används för att ställa in filterparametrarna via användargränssnitt. Här kan R-matrisen för mätmodellen samt antal partiklar och skalfaktor för partikelfiltret konfigureras och önskad rörelse- och mätmodell väljas. 5.2.7 Fönster för handkontrollsinställningar Användargränssnittet innehåller även ett fönster för att konfigurera vilken knapp på handkontrollen som används för vilket kommando. Detta fönster visas i figur 5.

Minröjningsbandvagn 8 Figur 4: Filterparameterfönstret 6 Körlägen Denna del av dokumentet beskriver användandet av bandvagnens tre körlägen: manuellt, automatiskt och avsökning. Oavsett körläge kan bandvagnen stannas genom att trycka på Stop. För att börja köra igen väljs önskat läge i användargränssnittet. Nollställning av bandvagnen och basstationen görs genom att klicka på Reset ; då rensas hela användargänssnittet, bandvagnen nollställs och loggfilerna sparas ned på basstationen. Detta gör att man kan börja om från början med de körningar man vill göra. Allt detta kan även göras via handkontrollen. 6.1 Manuellt via basstationen Manuellt läge startas genom att klicka på Start manual till vänster i användargränsnittet, och därefter används reglaget till höger om kartan för att välja hastighet. Bandvagnen styrs sedan med piltangenterna. 6.2 Manuellt via handkontrollen För att köra manuellt med handkontrollen krävs endast att den är ansluten då bandvagnsprogrammet startas. För att kontrollera och konfigurera vilka knappar som används för vilka kommandon används gränssnittet för handkontrollen.

Minröjningsbandvagn 9 Figur 5: Fönster för handkontrollsinställningar

Minröjningsbandvagn 10 6.3 Automatic För att köra i automatiskt läge krävs att operatören först lägger in vägpunkter, vilket görs till höger i användargränssnittet. Observera att vägpunkterna skickas till bandvagnen först då operatören trycker på Upload waypoints. När detta är gjort behöver operatören bara klicka på Start automatic så påbörjar bandvagnen en körning utifrån vägpunkterna. 6.4 Avsökning av område För att söka av ett område kan operatören om så önskas ange storlek på operationsområdet, i annat fall sätts storleken till 10 10 meter. Storleken anges i meter i x- respektive y-led för det område för vilket avsökning önskas. Därefter anges origo, i RT90-koordinater, i de för ändamålet avsedda fälten. Detta kan göras på två olika sätt. Antingen kan operatören själv ange koordinater för vart avsökningen ska startas eller så används de koordinater som anges av GPS:en. Vinkeln anger hur mycket operationsområdet är vridet relativt globala koordinater, där vinkeln noll anger ostlig riktning. När origo är satt ställs bandvagnen så att den pekar åt höger i det operationsområde som angetts, det vill säga i ostlig riktning om vinkeln är noll. Den autonoma avsökningen startas sedan genom att trycka på knappen Start search. 7 Nätverk Idettaavsnittbeskrivshurnätverket till bandvagnen är konfigurerat på de olika portarna, samt hur routern är konfigurerad. 7.1 Protokoll Vårt protokoll bygger på att vi använder oss av funktioner som är gemensamma för basstationen och bandvagnen för att skicka meddelanden och data. Detta är anledningen till att Common byggs både i bandvagnen och basstationen. 7.2 Port 1 På port 1 kör bandvagnen en DHCP-server, vilket innebär att om en dator kopplas in på den porten med en nätverkskabel så får datorn en IP-adress. Det går sedan att ansluta till bandvagnen som på detta nätverk har IP-adressen 192.168.0.1. 7.3 Port 2 Endast en DHCP-klient används på denna port, så om den kopplas in till en router bestämmer routern bandvagnens IP-adress. Den router vi har ger tilldelar alltid bandvagnen IP-adressen 192.168.1.3. 7.4 Internet till bandvagnen För att koppla bandvagnen till internet finns två metoder.

Minröjningsbandvagn 11 7.4.1 Sladd Den enklaste metoden är att koppla en lan-sladd till port 2 på bandvagnen och sedan ansluta den till LiU:s fasta nätverk. Sedan kan förslagsvis terminalwebbläsaren Lynx användas för att logga in på LiU:s nätverk. 7.4.2 Wifi Med hjälp av en USB-sticka för wifi kan bandvagnen anslutas till ett trådlöst nätverk, exempelvis LiU:s trådlösa nätverk. Detta görs på bandvagnen genom att skriva init liu.sh. Även här kan webbläsaren Lynx användas för att logga in. 7.5 Router För inloggning på routern anges användarnamnet admin och lösenordet admin.inställningsgränssnittet nås på 192.168.1.1. Konfigureringen är gjord så att bandvagnen får en statisk IP-adress. 7.6 Lösenord För inloggning på bandvagnen används användarnamnet user och lösenordet bandvagn. Referenser [1] Cygwin, nov 2013. http://www.cygwin.com/. [2] The qt project, nov 2013. http://qt-project.org/.