Naviger robot med skosensorer, uten GPS, uten kart: 13 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Av obluobluFølg Om: oblu er en innendørs navigasjonssensor Mer om oblu »

Roboten beveger seg i en forhåndsprogrammert bane og overfører (over bluetooth) sin faktiske bevegelsesinformasjon til en telefon for sporing i sanntid. Arduino er forhåndsprogrammert med bane og oblu brukes til å registrere robotens bevegelse. oblu overfører bevegelsesinformasjon til Arduino med jevne mellomrom. Basert på det, styrer Arduino hjulenes bevegelser for å la roboten følge den forhåndsdefinerte banen.

Trinn 1: EN KORT INNLEDNING

Prosjektet handler om å få roboten til å bevege seg i en forhåndsdefinert bane med presisjon, uten å bruke GPS eller WiFi eller Bluetooth for posisjonering, ikke engang kart eller byggeplan. Og tegne den faktiske banen (til skalaen), i sanntid. Bluetooth kan brukes som en erstatning for ledning for overføring av sanntidsinformasjon.

Trinn 2: DEN INTERESSANTE BAKGRUNNHISTORIEN

Teamets viktigste agenda er å utvikle sko-monterte fotgjengernavigasjonssensorer. Imidlertid ble vi kontaktet av en akademisk forskningsgruppe med krav om å navigere i roboten innendørs og samtidig overvåke posisjonen i sanntid. De ønsket å bruke et slikt system for å kartlegge stråling i et lukket kammer eller oppdage gasslekkasje i et industrielt oppsett. Slike steder er farlige for mennesker. på jakt etter en robust løsning for innendørs navigasjon av vår Arduino -baserte robot.

Vårt åpenbare valg for enhver bevegelsessensormodul (IMU) var "oblu" (Ref ovenfor bilde). Men den vanskelige delen her var at oblus eksisterende fastvare var egnet for fotmontert innendørs fotgjenger dødsregnskap (PDR) eller fotgjengernavigasjon, i enkle ord. oblus PDR-ytelse i innendørs som fotmontert IMU er ganske imponerende. Tilgjengeligheten av Android-appen (Xoblu) for oblus sanntidssporing som skosensor, øker fordelen. Utfordringen var imidlertid å gjøre bruk av den eksisterende algoritmen som er basert på menneskelig gangmodell, for å navigere i roboten og overvåke den.

Trinn 3: EN KORT INNLEDNING I "oblu"

"oblu" er en miniatyrisert, rimelig og åpen kildekodeutviklingsplattform rettet mot bærbare bevegelsesfølende applikasjoner. Det er oppladbart Li-ion-batteri og lar USB-batteri lades ombord. Den har en innebygd Bluetooth (BLE 4.1) modul for trådløs kommunikasjon. "oblu" er vert for en 32-biters flytende punkt-mikrokontroller (Atmels AT32UC3C) som gjør det mulig å løse komplekse navigasjonsligninger om bord. Derfor utfører man all bevegelsesbehandling på selve oblu og sender bare det endelige resultatet. Dette gjør integrering av oblu med det tilknyttede systemet ekstremt enkelt. "oblu" er også vert for multi-IMU (MIMU) -array som tillater sensorfusjon og forbedrer bevegelsesfølerytelse. MIMU -tilnærming legger til det unike med "oblu".

oblus interne beregninger er basert på menneskelig gange. oblu gir ut forskyvning mellom to påfølgende trinn og endring i kurs. Hvordan - når foten kommer i kontakt med bakken, er sålens hastighet null, dvs. sålen står stille. På denne måten oppdager oblu "trinn" og korrigerer noen interne feil. Og denne hyppige korreksjonen av feil resulterer i god sporingsytelse. Så her ligger fangsten. Hva om roboten vår også går på samme måte - flytt, stopp, beveg, stopp … Faktisk kan oblu brukes til ethvert objekt hvis bevegelse har regelmessige null- og null -øyeblikk. Dermed gikk vi videre med oblu og på kort tid kunne vi sette sammen roboten vår og sporingssystemet.

Trinn 4: HVA ER NØDELIGHETEN AV "OBLU"?

Vi tilbringer nesten 70% av tiden vår innendørs. Derfor er det mange applikasjoner som krever innendørs navigering av mennesker og maskiner. Den mest brukte posisjoneringsløsningen er satellittbasert GPS/GNSS som er bra for utendørs navigasjon. Det mislykkes i innemiljø eller i urbane miljøer som ikke er tilgjengelige for den klare himmelen. Slike applikasjoner er geo-undersøkelse av slumområder eller områdene under tungt trehimmel, innendørs navigering av roboter, posisjonering av redningsagenter for brannbekjempelse, gruveulykker, bykrigføring etc.

Forgjengeren til oblu ble introdusert som en veldig kompakt skosensor (eller en PDR-sensor) for posisjonering av brannmenn, som senere ble oppgradert og modifisert som en svært konfigurerbar utviklingsplattform for produsentene som leter etter lett-nøyaktig- rimelig treghetsfølelse for innendørs navigasjon av mennesker så vel som roboter. Hittil har brukerne av oblu demonstrert sine bruksområder for sporing av fotgjengere, industriell sikkerhet og ressursstyring, taktisk politiarbeid, geo-undersøkelse av GPS-blottet område, selvnavigerende robot, hjelpende robotikk, spill, AR/VR, behandling av bevegelsesforstyrrelser, forståelse av fysikk bevegelse etc. oblu er egnet for applikasjoner med plassbegrensninger, f.eks bærbar bevegelsesføling. Den kan også brukes som en trådløs IMU, takket være innebygd Bluetooth. Tilstedeværelse av innebygd flytepunkts prosesseringsevne, sammen med fire IMU-array, gjør sensorfusjon og bevegelsesbehandling mulig i selve modulen, noe som igjen resulterer i svært nøyaktig bevegelsesføling.

Trinn 5: PROJEKTETS HISTORIE

Historien om dette prosjektet er i videoen …

Trinn 6: SYSTEMBESKRIVELSE

Roboten beveger seg i en forhåndsprogrammert bane og overfører (over bluetooth) sin faktiske bevegelsesinformasjon til en telefon for sporing i sanntid.

Arduino er forhåndsprogrammert med bane og oblu brukes til å registrere robotens bevegelse. oblu overfører bevegelsesinformasjon til Arduino med jevne mellomrom. Basert på det, styrer Arduino hjulenes bevegelser for å la roboten følge den forhåndsdefinerte banen.

Robotens bane er programmert som et sett med rette linjesegmenter. Hvert linjesegment er definert av lengden og retningen i forhold til det forrige. Robotens bevegelse holdes diskret, det vil si at den beveger seg i rett linje, men i mindre segmenter (lar det kalles 'skritt' for enkelhets skyld). På slutten av hvert skritt sender oblu skrittlengde og omfang av avvik (endring i orientering) fra rett linje, til Arduino. Arduino korrigerer justeringen av roboten ved hvert trinn på mottak av slik informasjon, hvis den finner avvik fra den forhåndsdefinerte rette linjen. Per program skal roboten alltid bevege seg i en rett linje. Den kan imidlertid avvike fra rett linje og kan gå i en bestemt vinkel eller skjev bane på grunn av ikke-idealiteter som ujevn overflate, masseubalanse i robotmontering, arkitektonisk eller elektrisk ubalanse i likestrømsmotorer eller tilfeldig orientering av fritt løpende hjul. Ta ett skritt.. korriger overskriften … gå videre. Roboten beveger seg også bakover hvis den beveger seg mer enn den programmerte lengden til det bestemte linjesegmentet. Den neste skrittlengden avhenger av den gjenværende distansen som skal tilbakelegges for det bestemte rette linjesegmentet. Roboten tar store skritt når avstanden som skal kjøres er større og tar mindre skritt i nærheten av destinasjonen (dvs. slutten av hvert rettlinjesegment). oblu overfører data til Arduino og telefon (over bluetooth) samtidig. Xoblu (Android-appen) utfører noen enkle beregninger for å konstruere banen basert på bevegelsesinformasjonen mottatt fra roboten, som brukes til sporing i sanntid på telefonen. (Banekonstruksjon ved hjelp av Xoblu er illustrert i det andre bildet).

Oppsummert registrerer oblu bevegelse og kommuniserer bevegelsesinformasjon til Arduino og telefon med jevne mellomrom. Basert på den programmerte banen og bevegelsesinformasjonen (sendt av oblu), styrer Arduino hjulenes bevegelser. Robotens bevegelse er IKKE fjernstyrt bortsett fra start/stopp -kommandoer.

For fastvare til oblu, besøk

For roboten Aurduino -kode, besøk

Trinn 7: BANEMODELLERING

Roboten kan best kontrolleres hvis den bare går i rette linjesegmenter. Derfor må banen først modelleres som et sett med rette linjesegmenter. Bildene inneholder noen eksempler på stier og deres representasjoner når det gjelder forskyvning og orientering. Slik er banen programmert i Arduino.

På samme måte kan enhver bane som er et sett med rette linjesegmenter, defineres og programmeres i Arduino.

Trinn 8: KRETSMONTERING

Systemintegrasjonsdiagrammet på øverste nivå. Arduino og oblu er en del av maskinvareenheten. UART brukes til kommunikasjon mellom Arduino og oblu. (Vær oppmerksom på tilkoblingen Rx/Tx -tilkoblingen.) Datastrømens retning er kun til referanse. Hele maskinvarenheten kommuniserer med smarttelefonen (Xoblu) ved hjelp av bluetooth.

Trinn 9: KRETSDIAGRAM

De detaljerte elektriske forbindelsene mellom Arduino, oblu, motordriver og batteripakke.

Trinn 10: KOMMUNIKASJONSPROTOKOLL:

Nedenfor ser du hvordan datakommunikasjonen foregår mellom oblu -sensoren montert på roboten og smarttelefonen, dvs. Xoblu:

Trinn 1: Xoblu sender START -kommando til oblu Trinn 2: oblu bekrefter mottakskommando ved å sende passende ACK til Xoblu Trinn 3: oblu sender DATA -pakke som inneholder forskyvning og orienteringsinformasjon for hvert skritt, i hvert trinn, til Xoblu. (trinn = når det oppdages null bevegelse eller stillstand detekteres). Trinn 4: Xoblu bekrefter å motta siste DATA -pakke ved å sende passende ACK til oblu. (Syklusen i trinn 3 og 4 gjentas til Xoblu sender STOP. Ved mottak av STOP -kommando utfører oblu trinn 5) Trinn 5: STOPP - (i) Stopp behandling i oblu (ii) Stopp alle utganger i oblu Se oblu's applikasjonsnotat for detaljer om START, ACK, DATA og STOP

Trinn 11: HVORDAN FUNGERER "oblu" IMU (valgfritt):

Vi presenterer noen referanser om oblus oversikt og grunnleggende driftsprinsipp for fotmonterte PDR-sensorer:

Den tilgjengelige kildekoden til oblu er rettet mot fotmontert navigasjon. Og det er best optimalisert for det formålet. Nedenstående video dekker dens grunnleggende driftsprinsipp:

Her er noen enkle artikler om fotmonterte PDR -sensorer: 1. Følg trinnene mine

2. Fortsett å følge trinnene mine

Du kan referere til dette dokumentet for detaljer om hvordan fotgjengere regnes med fot-sensorer.

Trinn 12: Besøk "oblu.io" (valgfritt)

Se videoen for mulige applikasjoner av "oblu":

---------------- Vennligst del din tilbakemelding, forslag og legg igjen kommentarer. Beste ønsker!

Trinn 13: KOMPONENTER

1 oblu (en opensource IMU utviklingsplattform)

1 Smart Motor Robot Car Battery Box Chassis Kit DIY Speed Encoder for Arduino

1 Loddefritt brødbrett halvstørrelse

1 stikkontakter for menn/kvinner

2 kondensator 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge motorførere L293D

1 Arduino Mega 2560 og Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH Oppladbar