Navigujte robota se senzory obuvi, bez GPS, bez mapy: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

By obluobluSledujte O: oblu je vnitřní navigační senzor Více o oblu »

Robot se pohybuje po předem naprogramované dráze a přenáší (přes bluetooth) své aktuální informace o pohybu do telefonu pro sledování v reálném čase. Arduino je předprogramováno s cestou a oblu slouží k snímání pohybu robota. oblu v pravidelných intervalech přenáší informace o pohybu do Arduina. Na základě toho Arduino ovládá pohyby kol, aby robot mohl sledovat předem definovanou cestu.

Krok 1: KRÁTKÝ ÚVOD

Projekt je o tom, aby se robot pohyboval s předem definovanou cestou s přesností, bez použití GPS nebo WiFi nebo Bluetooth pro určování polohy, dokonce ani mapy nebo plánu rozložení budovy. A nakreslete jeho skutečnou cestu (v měřítku) v reálném čase. Bluetooth lze použít jako náhradu drátu pro přenos informací o poloze v reálném čase.

Krok 2: ZAJÍMAVÁ PŘÍBĚHOVÁ SOUVISLOST

Hlavní agendou našeho týmu je vyvinout senzory pro pěší navigaci na noze. Oslovila nás však akademická výzkumná skupina s požadavkem navigace uvnitř robota a současného monitorování jeho polohy v reálném čase. Chtěli použít takový systém pro mapování radiace v uzavřené komoře nebo detekovat únik plynu v průmyslovém zařízení. Taková místa jsou pro člověka nebezpečná. hledáme robustní řešení pro vnitřní navigaci našeho robota na bázi Arduina.

Naše zřejmá volba pro jakýkoli modul pohybového senzoru (IMU) byla „oblu“(viz obrázek výše). Ale ošemetná část zde byla, že stávající firmware oblu byl vhodný pro jednoduše umístěná chodidla s vnitřním chodcem (PDR) nebo pro pěší navigaci. Oblu PDR výkon v interiéru jako IMU namontovaný na patě je docela působivý. Výhodou je dostupnost aplikace pro Android (Xoblu) pro sledování oblu v reálném čase jako senzor obuvi. Úkolem však bylo využít stávající algoritmus, který je založen na modelu lidské chůze, pro navigaci robota a jeho monitorování.

Krok 3: STRUČNÝ ÚVOD K „oblu“

"oblu" je miniaturizovaná, levná a open source vývojová platforma zaměřená na nositelné aplikace pro snímání pohybu. Je napájen dobíjecí baterií Li-ion a umožňuje vestavěné nabíjení baterie USB. Má integrovaný modul Bluetooth (BLE 4.1) pro bezdrátovou komunikaci. „Oblu“je hostitelem 32bitového mikrokontroléru s plovoucí desetinnou čárkou (Atmel AT32UC3C), který umožňuje řešení složitých navigačních rovnic na palubě. Proto člověk provede veškeré zpracování pohybu na samotném oblu a vysílá jen konečný výsledek. Díky tomu je integrace oblu s přidruženým systémem extrémně jednoduchá. "Oblu" také hostí pole multi-IMU (MIMU), které umožňuje fúzi senzorů a zvyšuje výkon snímání pohybu. Přístup MIMU přispívá k jedinečnosti „oblu“.

interní výpočty oblu jsou založeny na lidské chůzi. oblu rozdává posun mezi dvěma po sobě následujícími kroky a změnou kurzu. Jak - když se noha dotkne země, rychlost podešve je nulová, tj. Podešev stojí. Tímto způsobem oblu detekuje „kroky“a opraví některé interní chyby. A tato častá oprava chyb má za následek skvělý výkon sledování. Tady je tedy háček. Co když náš robot také chodí stejným způsobem - pohyb, zastavení, pohyb, zastavení.. Infact, oblu lze použít pro jakýkoli objekt, jehož pohyb má pravidelné nulové a nenulové momenty. Tak jsme se posunuli vpřed s oblu a během chvilky jsme mohli sestavit našeho robota a sledovací systém.

Krok 4: CO JE UŽITEČNOST „oblu“?

Téměř 70% času trávíme uvnitř. Proto existuje mnoho aplikací, které vyžadují vnitřní navigaci lidí a strojů. Nejčastěji používaným řešením určování polohy je satelitní GPS/GNSS, který je vhodný pro venkovní navigaci. Selhává ve vnitřním prostředí nebo v městském prostředí, které není přístupné jasné obloze. Takovými aplikacemi jsou geologický průzkum slumů nebo oblastí pod těžkými korunami stromů, vnitřní navigace robotů, umístění záchranných agentů pro hašení požárů, těžební nehody, městské války atd.

Předchůdce oblu byl představen jako velmi kompaktní snímač obuvi (nebo snímač PDR) pro určování polohy hasičů, který byl později aktualizován a upraven jako vysoce konfigurovatelná vývojová platforma pro výrobce, kteří hledají snadno přesné- dostupné řešení setrvačného snímání pro vnitřní navigaci lidí i robotů. Uživatelé oblu zatím předváděli jeho aplikace při sledování chodců, průmyslové bezpečnosti a správě zdrojů, taktické policii, geoměření oblasti bez GPS, samonaváděcí robot, asistenční robotika, hraní her, AR/VR, léčba pohybových poruch, porozumění fyzice pohybu atd. oblu je vhodný pro aplikace s omezeným prostorem, např nositelné snímání pohybu. Díky integrovanému Bluetooth může být také použit jako bezdrátová IMU. Přítomnost integrované schopnosti zpracování s plovoucí desetinnou čárkou spolu se čtyřmi poli IMU umožňuje fúzi senzorů a zpracování pohybu v samotném modulu, což má za následek velmi přesné snímání pohybu.

Krok 5: PŘÍBĚH PROJEKTU

Příběh tohoto projektu je ve videu…

Krok 6: POPIS SYSTÉMU

Robot se pohybuje po předem naprogramované dráze a přenáší (přes bluetooth) své skutečné informace o pohybu do telefonu pro sledování v reálném čase.

Arduino je předprogramováno s cestou a oblu slouží k snímání pohybu robota. oblu v pravidelných intervalech přenáší informace o pohybu do Arduina. Na základě toho Arduino ovládá pohyby kol, aby robot mohl sledovat předem definovanou cestu.

Dráha robota je naprogramována jako sada přímých segmentů. Každý segment čáry je definován svou délkou a orientací vzhledem k předchozímu. Pohyb robota je udržován diskrétně, tj. Pohybuje se po přímce, ale v menších segmentech (pro jednoduchost můžeme volat „kroky“). Na konci každého kroku oblu přenáší délku kroku a rozsah odchylky (změna orientace) z přímky do Arduina. Arduino po obdržení takové informace opraví zarovnání robota v každém kroku, pokud zjistí odchylku od předem definované přímky. Podle programu se má robot vždy pohybovat po přímce. Může se však odchylovat od přímky a může chodit v určitém úhlu nebo šikmé dráze kvůli neideálnostem, jako je nerovný povrch, nerovnováha hmotnosti v sestavě robota, architektonická nebo elektrická nerovnováha v stejnosměrných motorech nebo náhodná orientace předního volně běžícího kola. Udělejte jeden krok.. opravte nadpis … jděte kupředu. Robot se také pohybuje zpět, pokud cestuje více, než je naprogramovaná délka konkrétního segmentu čáry. Další délka kroku závisí na zbývající vzdálenosti, kterou je třeba urazit v tomto konkrétním úseku přímky. Robot dělá velké kroky, když je vzdálenost, kterou je třeba urazit, větší a menší kroky dělá blízko cíle (tj. Konec každého přímého segmentu). oblu přenáší data do Arduina a telefonu (přes bluetooth) současně. Xoblu (aplikace pro Android) provádí několik jednoduchých výpočtů k vytvoření cesty na základě informací o pohybu přijatých od robota, které se používají pro sledování v reálném čase na telefonu. (Konstrukce cesty pomocí Xoblu je znázorněna na druhém obrázku).

Stručně řečeno, oblu snímá pohyb a v pravidelných intervalech sděluje informace o pohybu Arduinu a telefonu. Na základě naprogramované dráhy a informací o pohybu (odeslané oblu) Arduino ovládá pohyby kol. Pohyb robota NENÍ dálkově řízen, kromě příkazů start/stop.

Firmware oblu najdete na

Aurduino kód robota najdete na

Krok 7: PATH MODELING

Robota lze nejlépe ovládat, pokud kráčí pouze v přímých segmentech. Proto musí být cesta nejprve modelována jako sada přímých segmentů. Obrázky obsahují několik příkladů cest a jejich reprezentace z hlediska posunutí a orientace. Takto je cesta naprogramována v Arduinu.

Podobně lze v Arduinu definovat a naprogramovat jakoukoli cestu, která je sadou přímých segmentů.

Krok 8: MONTÁŽ OKRUHŮ

Diagram integrace nejvyšší úrovně systému. Arduino a oblu jsou součástí sestavy hardwaru. UART se používá pro komunikaci mezi Arduino a oblu. (Všimněte si připojení Rx/Tx připojení.) Směr toku dat je pouze orientační. Celá sestava hardwaru komunikuje se smartphonem (Xoblu) pomocí bluetooth.

Krok 9: SCHÉMA OBVODU

Podrobná elektrická spojení mezi Arduino, oblu, ovladačem motoru a baterií.

Krok 10: KOMUNIKAČNÍ PROTOKOL:

Níže je uvedeno, jak probíhá datová komunikace mezi senzorem oblu namontovaným na robotu a smartphonu, tj. Xoblu:

Krok 1: Xoblu odešle příkaz START oblu Krok 2: oblu potvrdí přijetí příkazu odesláním příslušného ACK na Xoblu Krok 3: oblu odešle DATA paket obsahující informace o posunu a orientaci pro každý krok, v každém kroku, do Xoblu. (krok = kdykoli detekuje nulový pohyb nebo je detekován klid). Krok 4: Xoblu potvrzuje přijetí posledního DATA paketu odesláním příslušného ACK na oblu. (Cyklus kroků 3 a 4 se opakuje, dokud Xoblu nevysílá STOP. Po přijetí příkazu STOP oblu provede krok 5) Krok 5: STOP - (i) Zastaví zpracování v oblu (ii) Zastaví všechny výstupy v oblu Viz Aplikační poznámka oblu pro podrobnosti o START, ACK, DATA a STOP

Krok 11: JAK FUNGUJE IMU „oblu“IMU (volitelně):

Prezentujeme několik odkazů na přehled oblu a základní principy provozu nožních snímačů PDR:

Dostupný zdrojový kód oblu je zaměřen na navigaci umístěnou na nohou. A je to pro tento účel nejlépe optimalizováno. Níže uvedené video popisuje jeho základní princip fungování:

Zde je několik jednoduchých článků o snímačích PDR namontovaných na nohou: 1. Sledujte mé kroky

2. Pokračujte ve sledování mých kroků

V tomto dokumentu si můžete přečíst podrobnosti o počítání mrtvých chodců pomocí nožních senzorů.

Krok 12: Navštivte „oblu.io“(volitelně)

Podívejte se na video o možných aplikacích „oblu“:

---------------- Podělte se o své názory, návrhy a zanechte komentáře. Nejlepší přání!

Krok 13: KOMPONENTY

1 oblu (open source IMU vývojová platforma)

1 Inteligentní motorový robot Automobilová baterie Box podvozek Kit DIY Speed Encoder pro Arduino

1 pájecí prkénko poloviční velikosti

1 propojovací vodiče pro muže/ženy

2 Kondenzátor 1000 µF

1 Ovladače motoru Texas Instruments Dual H-Bridge L293D

1 Arduino Mega 2560 a Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH dobíjecí