2. Übungszettel: Simulation und Realität

Ausgabe: 13. November 2002
Abgabe: 27. November 2002

1. Laser-Scanner für Arme... (30%)

Der Aibo verfügt mit dem Entfernungssensor und der Fähigkeit, dessen Messrichtung durch Kopfbewegungen zu ändern, über alle Voraussetzungen, um einen Laser-Scanner zu realisieren.

Teilaufgabe 1. Schreibt ein Programm, mit dem der Aibo 180°-Scans aus Entfernungsdaten aufnimmt. Bringt dazu den Kopf in eine horizontale Lage (s. 1. Übungsblatt) und dreht den Kopf ganz langsam von links nach rechts und wieder zurück. Zeichnet die Messwerte des PSD-Sensors auf und stellt sie in der Spielfeldansicht dar.  Ignoriert alle Scanpunkte, die die maximal messbare Entfernung wiedergeben. Welchen Sensormesswert sollte man zusätzlich aufzeichnen (und nutzen), wenn euer Programm nicht ganz synchron zu den Kopfbewegungen läuft?

Teilaufgabe 2. Ein Algorithmus, der aus nach Aufnahmewinkeln sortierten Entfernungsdaten (in kartesischen Koordinaten) Strecken segmentiert, sieht folgendermaßen aus:

1. Bestimme den Scanpunkt p, der am weitesten von der vom ersten und letzten Scanpunkt aufgespannten Geraden entfernt ist.
2. Ist diese Entfernung größer als ein bestimmter Schwellenwert, teile den Scan bei p und wende den Algorithmus auf die beiden Teile an.
3. Ansonsten füge die Strecke vom Anfangs- zum Endpunkt zur Liste der gefundenen Strecken hinzu.

Implementiert den Algorithmus für die vom Aibo gelieferten Scans und stellt die segmentierten Geraden in der Spielfeldansicht dar.

Teilaufgabe 3. Es ist nicht immer korrekt, benachbarte Scanpunkte zu verbinden. Warum nicht? Führt ein Kriterium ein, nach dem ihr den Scan bereits vor der Segmentierung in einzelne, zusammenhängende Teile zerlegt.

2. Was man nicht hat, kann man ja simulieren (25%)

In früheren Praktika wurden Lego Mindstorms Baukästen verwendet. Aus ihnen kann man Roboter mit zwei Motoren, zwei Tastsensoren und einem Helligkeitssensor bauen. Um diese zu steuern, werden Programme im sog. Lego RCX-Code auf den Roboter geladen und dort ausgeführt. Da ihr euch ja nun mit den Aibos zufrieden geben müsst, wäre es natürlich schön, wenn ihr wenigstens einen Simulator für ein solches System hättet, der es euch erlaubt, Programme auch ohne einen realen Roboter zu testen.

Teilaufgabe 1. Beschreibt die Komponenten, aus denen ein solcher Simulator bestehen müsste.

Teilaufgabe 2. Welche Modelle würdet ihr für den physikalischen Teil der Simulation verwenden?

Teilaufgabe 3. Welche Größen müssten vom realen Roboter erfasst werden, damit die Simulation einigermaßen realistisch wird?

3. Simulation in der Simulation (30%)

AiboControl ist ja etwas langsam. Dies liegt zum Teil daran, dass es sich dabei um einen 3D-Simulator handelt. Würde man sich auf zwei Dimensionen beschränken, wäre alles viel einfacher.

Teilaufgabe 1. Schreibt einen kleinen Simulator für einen Roboter, der sich, ähnlich wie der Aibo, in drei Richtungen bewegen kann (x, y, Rotation). Der simulierte Roboter soll Hindernisse nicht durchdringen können. Die Umwelt soll als Liste beliebiger Strecken modelliert werden. Implementiert den Simulator einfach in MyController und nutzt die Feldansicht zur Visualisierung.

Teilaufgabe 2. Stattet den simulierten Roboter mit mindestens einem Infrarotsensor aus, mit dem er Entfernungen zu Hindernissen messen kann. Markiert die Punkte der Umgebung, die gerade gemessen werden.

Teilaufgabe 3. Schreibt ein einfaches Robotersteuerprogramm, das euren simulierten Roboter in Bewegung hält.

4. Simulation und virtuelle Realität (15%)

Teilaufgabe 1. Diskutiert den Unterschied zwischen Simulation und virtueller Realität. Warum gibt es eigentlich keine virtuelle Realität für Roboter?

Teilaufgabe 2. Der Aibo hat ja eine sehr begrenzte Anzahl von Sensoren. Wie könnte ein System zur Erschaffung einer virtuellen Realität für den Aibo aussehen? Gibt es da Probleme?