721997 DIN A5 - Festo Didactic · NorthstarTM Sensor die Position von mobilen Projektoren. Der Sensor ... Einstellung entnehmen Sie bitte der Tabellen 3 und 4 des Handbuchs

721997 DE/EN

Robotino®

Handbuch/Manual

NorthstarTM Sensor

Stand: 10/2007

Autoren: Ralph-Christoph Weber

Grafik: Doris Schwarzenberger

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2007

Internet: www.festo-didactic.com

E-Mail: [email protected]

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© Festo Didactic GmbH & Co. KG • NorthstarTM Sensor 3

Bestimmungsgemäße Verwendung _____________________________ 4

Lieferumfang _______________________________________________ 5

Funktion ___________________________________________________ 6

Montage __________________________________________________ 13

Einstellungen ______________________________________________ 16

Inbetriebnahme ____________________________________________ 19

C++ Programmierung ________________________________________ 22

Intended use ______________________________________________ 23

Scope of delivery ___________________________________________ 24

Function _______________________________________________ 25

Installation _______________________________________________ 32

Settings _______________________________________________ 35

Commissioning ____________________________________________ 38

C++ programming __________________________________________ 41

Inhalt/Contents

Deutsch

English

4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • NorthstarTM Sensor

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.

Bestimmungsgemäße Verwendung


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

Lieferumfang


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 Infrarot-

Lichtquellen 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.

Funktion

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 Raum-

Koordinatensystems, 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.

Funktion


Projektor

Northstar Sensor

Lichtpunkte

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.

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.

Funktion


Northstar Sensor

LED

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

Frequenz-ID und Raum-ID

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 50Hz-

Netz.

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.

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.

Beide Tabellen befinden sich auf Seite 17 des Handbuchs "NorthstarTM

Projector Kit User Guide.

Hinweis


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.

Montage

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.

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.


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.

ProjectorPendingRobotics

NorthstarDeveloper

0

Einstellungen

Einstellungen


Stellen Sie den Drehschalter des zweiten Projektors auf die Position 8.

ProjectorPendingRobotics

NorthstarDeveloper 8

Diese Einstellungen entsprechen den Standardfrequenzen ID 0 und ID 8.

Diese Konfiguration dieser Frequenzen wird vom NorthstarTM Sensor

automatisch als Raum 0 erkannt.

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.

Funktionsprüfung

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.


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.

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.

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

Inbetriebnahme

Kalibrierung

Hinweis

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.

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 Raum-

Koordinatensystems 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.


Zum Update Ihrer API-Schnittstelle öffnen Sie die Web Seite

openrobotino.org und laden sich die aktuelle API auf Ihren PC.

C++ Programmierung


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.

Intended use


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

Scope of delivery


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.

Function

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.

Function


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.

Projector

Northstar sensor

Light spots

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.

Function


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

Frequency and room ID

Northstar sensor

LED

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 so-

called 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.

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.

Both tables are included on page 17 of the NorthstarTM Projector Kit

User Guide.

Note


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.

Installation

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.

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.


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.

Settings

ProjectorPendin

g Robotic

s

NorthstarDevelope

r 0

Settings


Set the rotary switch at the second projector to position 8.

These settings correspond to standard frequency IDs 0 and 8. The

frequency configuration is automatically recognised by the NorthstarTM

sensor as room 0.

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.

Function Test

Project

or Pendin

g Robotic

s

Northst

ar Develope

r

8

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.


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.

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.

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

Commissioning

Calibration

Note

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 right-

hand 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.

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.


In order to update your API interface, go to the website

openrobotino.org and download the current API to your PC.

C++ programming


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721997 DIN A5 - Festo Didactic · NorthstarTM Sensor die Position von mobilen Projektoren. Der Sensor ... Einstellung entnehmen Sie bitte der Tabellen 3 und 4 des Handbuchs