Navigēt robotā ar apavu sensoriem, bez GPS, bez kartes: 13 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Pēc obluobluFollow Par: oblu ir iekštelpu navigācijas sensors Vairāk par oblu »

Robots pārvietojas iepriekš ieprogrammētā ceļā un pārraida (izmantojot Bluetooth) savu faktisko kustību informāciju uz tālruni, lai to varētu izsekot reāllaikā. Arduino ir ieprogrammēts ar ceļu, un oblu tiek izmantots robota kustības uztveršanai. oblu regulāri pārraida kustību informāciju Arduino. Pamatojoties uz to, Arduino kontrolē riteņu kustības, lai ļautu robotam iet pa iepriekš noteikto ceļu.

1. darbība. ĪSS IEVADS

Projekta mērķis ir likt robotam precīzi pārvietoties pa iepriekš noteiktu ceļu, pozicionēšanai neizmantojot GPS vai WiFi vai Bluetooth, pat ne karti vai ēkas izkārtojuma plānu. Un uzzīmējiet tā faktisko ceļu (līdz mērogam) reāllaikā. Bluetooth var izmantot kā vadu aizstājēju, lai pārraidītu reāllaika atrašanās vietas informāciju.

2. solis: INTERESANTAIS PAMATOJUMS

Mūsu komandas galvenā darba kārtība ir izstrādāt apaviem uzstādītus gājēju navigācijas sensorus. Tomēr pie mums vērsās akadēmiskā pētnieku grupa ar prasību pārvietoties robotā iekštelpās un vienlaicīgi uzraudzīt tā reāllaika stāvokli. Viņi vēlējās izmantot šādu sistēmu radiācijas kartēšanai slēgtā kamerā vai atklāja gāzes noplūdi rūpnieciskā iekārtā. Šādas vietas ir bīstamas cilvēkiem. meklējam stabilu risinājumu mūsu Arduino bāzes robota navigācijai iekštelpās.

Mūsu acīmredzamā izvēle jebkuram kustības sensora modulim (IMU) bija "oblu" (atsauce virs attēla). Bet sarežģītā daļa šeit bija tāda, ka oblu esošā programmaparatūra bija vienkārša vārdiem piemērota iekštelpu gājēju mirušo aprēķināšanai (PDR) vai gājēju navigācijai. oblu PDR veiktspēja iekštelpās kā uz kājas uzstādīts IMU ir diezgan iespaidīgs. Priekšrocību papildina Android lietotnes (Xoblu) pieejamība oblu reāllaika izsekošanai kā apavu sensors. Tomēr izaicinājums bija izmantot esošo algoritmu, kas balstīts uz cilvēka staigāšanas modeli, lai pārvietotos robotā un to uzraudzītu.

3. darbība. ĪSS IEVADS “oblu”

"oblu" ir miniaturizēta, zemu izmaksu un atvērtā avota izstrādes platforma, kas paredzēta valkājamām kustību uztveršanas lietojumprogrammām. Tas ir uzlādējams litija jonu akumulators un ļauj uzlādēt USB akumulatoru. Tam ir iebūvēts Bluetooth (BLE 4.1) modulis bezvadu sakariem. "oblu" ir 32 bitu peldošā komata mikrokontrolleris (Atmel's AT32UC3C), kas ļauj atrisināt sarežģītus navigācijas vienādojumus. Tāpēc visu kustību apstrādi veic pats oblu un nosūta tikai gala rezultātu. Tas padara oblu integrāciju ar asociēto sistēmu ārkārtīgi vienkāršu. "oblu" ir arī vairāku IMU (MIMU) masīvs, kas ļauj saplūst sensoram un uzlabo kustības noteikšanas veiktspēju. MIMU pieeja papildina "oblu" unikalitāti.

oblu iekšējie aprēķini ir balstīti uz cilvēku staigāšanu. oblu norāda nobīdi starp diviem secīgiem soļiem un pozīcijas maiņu. Kā - kad pēda saskaras ar zemi, zoles ātrums ir nulle, t.i., zole ir apstājusies. Tādā veidā oblu nosaka “soļus” un izlabo dažas iekšējās kļūdas. Un šī biežā kļūdu labošana nodrošina lielisku izsekošanas veiktspēju. Tātad šeit ir nozveja. Kā būtu, ja arī mūsu robots staigātu tādā pašā veidā - kustētos, apstātos, kustētos, apstātos … Patiesībā oblu varētu izmantot jebkuram objektam, kura kustībai ir regulāri nulles un nulles brīži. Tā mēs gājām uz priekšu ar oblu un īsā laikā mēs nevarējām salikt savu robotu un izsekošanas sistēmu.

4. solis: KĀDA ir “oblu” NODERĪGUMS?

Gandrīz 70% sava laika mēs pavadām telpās. Tāpēc ir daudzas lietojumprogrammas, kurām nepieciešama cilvēku un mašīnu navigācija iekštelpās. Visbiežāk izmantotais pozicionēšanas risinājums ir satelītu GPS/GNSS, kas ir labs navigācijai ārpus telpām. Tas neizdodas iekštelpu vidē vai pilsētvidē, kas nav pieejama skaidrām debesīm. Šādi pielietojumi ir graustu vai teritoriju zem smaga koku lapotnes ģeogrāfiskā izpēte, robotu navigācija iekštelpās, glābšanas aģentu izvietošana ugunsgrēku dzēšanai, ieguves negadījumi, karadarbība pilsētās utt.

Oblu priekštecis tika ieviests kā ļoti kompakts apavu sensors (vai PDR sensors) ugunsdzēsēju pozicionēšanai, kas vēlāk tika modernizēts un pārveidots kā ļoti konfigurējama izstrādes platforma ražotājiem, kuri meklē viegli un precīzi. pieejamu inerces noteikšanas risinājumu cilvēku, kā arī robotu navigācijai telpās. Līdz šim oblu lietotāji ir demonstrējuši savu pielietojumu gājēju izsekošanā, rūpnieciskajā drošībā un resursu pārvaldībā, taktiskajā policijā, GPS trūkstošās teritorijas ģeo-apsekošanā, pašnavigācijas robotā, palīgrobotikā, spēlēs, AR/VR, kustību traucējumu ārstēšanā, fizikas izpratnē. kustību utt. oblu ir piemērots lietojumiem ar vietas ierobežojumiem, piem valkājamas kustības noteikšana. Pateicoties iebūvētajam Bluetooth, to var izmantot arī kā bezvadu IMU. Borta peldošā komata apstrādes iespēja kopā ar četriem IMU blokiem ļauj sensoru saplūšanu un kustības apstrādi veikt pašā modulī, kas savukārt nodrošina ļoti precīzu kustības uztveršanu.

5. solis: PROJEKTA STĀSTS

Šī projekta stāsts ir video…

6. darbība: SISTĒMAS APRAKSTS

Robots pārvietojas iepriekš ieprogrammētā ceļā un pārraida (pa Bluetooth) savu faktisko kustību informāciju uz tālruni, lai to varētu izsekot reāllaikā.

Arduino ir iepriekš ieprogrammēts ar ceļu, un oblu tiek izmantots robota kustības uztveršanai. oblu regulāri pārraida kustību informāciju Arduino. Pamatojoties uz to, Arduino kontrolē riteņu kustības, lai ļautu robotam iet pa iepriekš noteikto ceļu.

Robota ceļš ir ieprogrammēts kā taisnu līniju segmentu kopums. Katru līnijas segmentu nosaka tā garums un orientācija attiecībā pret iepriekšējo. Robota kustība tiek saglabāta diskrēta, t.i., tā pārvietojas taisnā līnijā, bet mazākos segmentos (vienkāršības labad to sauc par “soļiem”). Katra soļa beigās oblu pārraida soļa garumu un novirzes (orientācijas izmaiņas) apjomu no taisnas uz Arduino. Arduino katrā informācijas saņemšanas posmā labo robota izlīdzināšanu, ja konstatē novirzi no iepriekš noteiktās taisnes. Saskaņā ar programmu robotam vienmēr ir jāpārvietojas taisnā līnijā. Tomēr tas var novirzīties no taisnes un iet noteiktā leņķī vai slīpā ceļā tādu neideālu apstākļu dēļ kā nelīdzena virsma, masas nelīdzsvarotība robotu montāžā, arhitektūras vai elektriskā nelīdzsvarotība līdzstrāvas motoros vai priekšējā brīva riteņa nejauša orientācija. Sper vienu soli.. izlabo savu virzienu … ej uz priekšu. Robots arī pārvietojas atpakaļ, ja tas nobrauc vairāk par konkrētā līnijas segmenta ieprogrammēto garumu. Nākamais soļa garums ir atkarīgs no atlikušā attāluma, kas jāpārvar konkrētajā taisnajā segmentā. Robots sper lielus soļus, ja nobraucamais attālums ir lielāks, un veic mazākus soļus tuvu galamērķim (t.i., katra taisnas līnijas segmenta beigām). oblu vienlaikus pārsūta datus uz Arduino un tālruni (izmantojot Bluetooth). Xoblu (Android lietotne) veic vienkāršu aprēķinu, lai izveidotu ceļu, pamatojoties uz no robota saņemto kustības informāciju, kas tiek izmantota reāllaika izsekošanai tālrunī. (Ceļa uzbūve, izmantojot Xoblu, ir parādīta otrajā attēlā).

Rezumējot, oblu uztver kustību un regulāri paziņo kustības informāciju Arduino un tālrunim. Pamatojoties uz ieprogrammēto ceļu un informāciju par kustībām (nosūtīja oblu), Arduino kontrolē riteņu kustības. Robota kustība NAV attālināti kontrolēta, izņemot start/stop komandas.

Lai iegūtu oblu programmaparatūru, apmeklējiet vietni

Lai iegūtu robota Aurduino kodu, apmeklējiet vietni

7. solis: PATH MODELING

Robotu vislabāk varētu vadīt, ja tas staigātu tikai taisnas līnijas segmentos. Tāpēc ceļš vispirms ir jāmodelē kā taisnu līniju segmentu kopa. Attēlos ir pāris ceļu piemēri un to attēlojumi pārvietojuma un orientācijas ziņā. Šādi ceļš ir ieprogrammēts Arduino.

Tāpat Arduino var definēt un ieprogrammēt jebkuru ceļu, kas ir taisnu līniju segmentu kopums.

8. darbība: Ķēdes montāža

Augstākā līmeņa sistēmas integrācijas shēma. Arduino un oblu ir daļa no aparatūras montāžas. UART tiek izmantots saziņai starp Arduino un oblu. (Lūdzu, ņemiet vērā savienojuma Rx/Tx savienojumu.) Datu plūsmas virziens ir tikai atsaucei. Viss aparatūras komplekts sazinās ar viedtālruni (Xoblu), izmantojot Bluetooth.

9. darbība: ĶĒDES DIAGRAMMA

Detalizēti elektriskie savienojumi starp Arduino, oblu, motora draiveri un akumulatoru.

10. darbība: KOMUNIKĀCIJAS PROTOKOLS:

Tālāk ir norādīts, kā notiek datu saziņa starp robotā uzstādīto oblu sensoru un viedtālruni, t.i., Xoblu:

1. solis: Xoblu nosūta komandu START uz oblu 2. solis: oblu apstiprina saņemto komandu, nosūtot Xoblu atbilstošu ACK. 3. solis: oblu nosūta DATA paketi, kas satur pārvietošanas un orientācijas informāciju par katru soli, katrā solī, uz Xoblu. (solis = ikreiz, kad tiek konstatēta kustība bez nulles vai apstāšanās). 4. solis: Xoblu apstiprina pēdējās DATA paketes saņemšanu, nosūtot oblu atbilstošu ACK. (3. un 4. soļa cikls tiek atkārtots, līdz Xoblu nosūta STOP. Saņemot STOP komandu, oblu izpilda 5. soli) 5. solis: STOP - (i) Pārtrauciet apstrādi oblu (ii) Pārtrauciet visus oblu izvadus. Lūdzu, skatiet oblu lietojumprogrammas piezīmi informācija par START, ACK, DATA un STOP

11. darbība: KĀ DARBOjas “oblu” IMU (pēc izvēles):

Sniedzot dažas atsauces uz oblu pārskatu un uz kājām uzstādīto PDR sensoru darbības pamatprincipiem:

Pieejamais oblu avota kods ir paredzēts navigācijai ar kājām. Un to vislabāk optimizēt šim nolūkam. Zemāk esošajā videoklipā ir aprakstīts tā darbības princips:

Šeit ir daži vienkārši raksti par PDR sensoriem, kas uzstādīti uz kājām: 1. Izsekot maniem soļiem

2. Turpiniet sekot maniem soļiem

Jūs varat skatīt šo dokumentu, lai iegūtu sīkāku informāciju par gājēju mirušo aprēķināšanu, izmantojot pēdas sensorus.

12. darbība. Apmeklējiet vietni oblu.io (neobligāti)

Noskatieties videoklipu par "oblu" iespējamām lietojumprogrammām:

---------------- Lūdzu, kopīgojiet savas atsauksmes, ieteikumus un atstājiet komentārus. Labākie novēlējumi!

13. darbība: SASTĀVDAĻAS

1 oblu (atvērtā avota IMU izstrādes platforma)

1 viedā motora robotu automašīnas akumulatora kastes šasijas komplekts DIY ātruma kodētājs Arduino

1 bez lodēšanas maizes dēļa pusizmērs

1 vīriešu/sieviešu džemperu vadi

2 Kondensators 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge motoru draiveri L293D

1 Arduino Mega 2560 un Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH atkārtoti uzlādējams