Naviger robot med skosensorer, Uden GPS, Uden kort: 13 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Af obluobluFølg Om: oblu er en indendørs navigationssensor Mere om oblu »

Robotten bevæger sig i en forprogrammeret sti og sender (via bluetooth) sine faktiske bevægelsesoplysninger til en telefon til sporing i realtid. Arduino er forprogrammeret med sti og oblu bruges til at registrere robottens bevægelse. oblu overfører bevægelsesinformation til Arduino med jævne mellemrum. Baseret på det styrer Arduino hjulets bevægelser for at lade robotten følge den foruddefinerede vej.

Trin 1: EN KORT INTRODUKTION

Projektet handler om at få robotten til at bevæge sig i en foruddefineret sti med præcision, uden at gøre brug af GPS eller WiFi eller Bluetooth til positionering, ikke engang kort eller bygningslayoutplan. Og tegne dens egentlige vej (til skalaen) i realtid. Bluetooth kan bruges som en erstatning for ledning til transmission af lokalitetsinformation i realtid.

Trin 2: DEN INTERESSANTE BAGGRUNDHISTORIE

Vores teams primære dagsorden er at udvikle sko-monterede fodgængernavigationssensorer. Vi blev imidlertid kontaktet af en akademisk forskningsgruppe med krav om at navigere i robotten indendørs og samtidig overvåge dens position i realtid. De ønskede at bruge et sådant system til kortlægning af stråling i et lukket kammer eller detekteret gaslækage i et industrielt setup. Sådanne steder er farlige for mennesker. på udkig efter en robust løsning til indendørs navigation af vores Arduino -baserede robot.

Vores oplagte valg til ethvert bevægelsesfølermodul (IMU) var "oblu" (Ref. Ovenstående billede). Men den vanskelige del her var, at oblus eksisterende firmware var velegnet til fodmonteret indendørs fodgænger dødsregning (PDR) eller fodgængernavigation, i enkle ord. oblus PDR-ydelse i indendørs som en fodmonteret IMU er ganske imponerende. Tilgængeligheden af Android-app (Xoblu) til oblu's real-time tracking som sko-sensor, øger fordelen. Udfordringen var imidlertid at gøre brug af den eksisterende algoritme, der er baseret på menneskelig gangmodel, til at navigere i robotten og overvåge den.

Trin 3: EN KORT INTRO I "oblu"

"oblu" er en miniaturiseret, lavpris og opensource udviklingsplatform målrettet til bærbare bevægelsesfølende applikationer. Det er genopladeligt Li-ion-batteri, der gør det muligt at oplade USB-batteri. Det har et indbygget Bluetooth (BLE 4.1) modul til trådløs kommunikation. "oblu" er vært for en 32-bit floating point-mikrokontroller (Atmels AT32UC3C), som gør det muligt at løse komplekse navigationsligninger ombord. Derfor udfører man al bevægelsesbehandlingen på selve oblu og sender kun det endelige resultat. Dette gør integrationen af oblu med det associerede system ekstremt enkel. "oblu" er også vært for multi-IMU (MIMU) array, som tillader sensorfusion og forbedrer bevægelsesfølerens ydeevne. MIMU -tilgang tilføjer det unikke ved "oblu".

oblus interne beregninger er baseret på menneskelig gang. oblu giver forskydning mellem to på hinanden følgende trin og ændring i kurs. Hvordan - når foden kommer i kontakt med jorden, er sålens hastighed nul, dvs. sålen står stille. På denne måde registrerer oblu 'trin' og korrigerer nogle interne fejl. Og denne hyppige korrektion af fejl resulterer i stor sporingsydelse. Så her ligger fangsten. Hvad hvis vores robot også går på samme måde - flyt, stop, bevæg, stop.. Infact kunne oblu bruges til ethvert objekt, hvis bevægelse har regelmæssige nul- og nul -øjeblikke. Således gik vi videre med oblu, og på ingen tid kunne vi samle vores robot og sporingssystemet.

Trin 4: HVAD ER NYTTIGHEDEN ved "oblu"?

Vi bruger næsten 70% af vores tid indendørs. Derfor er der mange applikationer, der kræver indendørs navigation af mennesker og maskiner. Den mest anvendte positioneringsløsning er satellitbaseret GPS/GNSS, som er god til udendørs navigation. Det mislykkes i indendørs miljø eller i bymiljø, som ikke er tilgængelige for den klare himmel. Sådanne applikationer er geo-undersøgelse af slumkvarterer eller områderne under tungt træskærm, indendørs navigation af robotter, positionering af redningsagenter til brandbekæmpelse, minedriftsulykker, bykrig osv.

Forgængeren til oblu blev introduceret som en meget kompakt sko-sensor (eller en PDR-sensor) til positionering af brandmænd, som senere blev opgraderet og modificeret som en meget konfigurerbar udviklingsplatform for de producenter, der leder efter let-præcise- overkommelig inertial sensing løsning til indendørs navigation af mennesker såvel som robotter. Hidtil har oblus brugere demonstreret sine applikationer til sporing af fodgængere, industriel sikkerhed og ressourceforvaltning, taktisk politi, geo-undersøgelse af GPS-blottet område, selvnavigerende robot, hjælpende robotik, spil, AR/VR, behandling af bevægelsesforstyrrelser, forståelse af fysik bevægelse osv. oblu er velegnet til applikationer med pladsbegrænsninger, f.eks bærbar bevægelsesføling. Det kan også bruges som en trådløs IMU takket være indbygget Bluetooth. Tilstedeværelse af indbygget flydende punktbehandlingskapacitet sammen med fire IMU-array gør sensorfusion og bevægelsesbehandling mulig i selve modulet, hvilket igen resulterer i meget nøjagtig bevægelsesføling.

Trin 5: PROJEKTETS HISTORIE

Historien om dette projekt er i videoen …

Trin 6: SYSTEMBESKRIVELSE

Robotten bevæger sig i en forprogrammeret sti og sender (over bluetooth) sine faktiske bevægelsesoplysninger til en telefon til sporing i realtid.

Arduino er forprogrammeret med sti og oblu bruges til at registrere robottens bevægelse. oblu overfører bevægelsesinformation til Arduino med jævne mellemrum. Baseret på det styrer Arduino hjulets bevægelser for at lade robotten følge den foruddefinerede vej.

Robotens sti er programmeret som et sæt lige liniesegmenter. Hvert linjesegment er defineret af dets længde og retning i forhold til det foregående. Robotens bevægelse holdes diskret, dvs. den bevæger sig i lige linje, men i mindre segmenter (lader kalde 'skridt' for enkelhedens skyld). I slutningen af hvert skridt sender oblu skridtlængde og omfang af afvigelse (ændring i orientering) fra lige linje til Arduino. Arduino korrigerer tilpasningen af robotten ved hvert trin i modtagelsen af sådanne oplysninger, hvis den finder afvigelse fra den foruddefinerede lige linje. Per program skal robotten altid bevæge sig i en lige linje. Den kan dog afvige fra lige linje og kan gå i en bestemt vinkel eller skæv vej på grund af ikke-idealiteter som ujævn overflade, masseubalance i robotmontering, arkitektonisk eller elektrisk ubalance i jævnstrømsmotorer eller tilfældig orientering af det forreste løbehjul. Tag et skridt.. retter din kurs … fremad. Robotten bevæger sig også baglæns, hvis den bevæger sig mere end den programmerede længde af det pågældende linjesegment. Den næste skridtlængde afhænger af den resterende afstand, der skal tilbagelægges for det pågældende lige liniesegment. Robotten tager store skridt, når afstanden, der skal tilbagelægges, er større og tager mindre skridt tæt på destinationen (dvs. enden af hvert lige liniesegment). oblu overfører data til Arduino og telefon (over bluetooth) samtidigt. Xoblu (Android-appen) udfører nogle enkle beregninger for at konstruere stien baseret på bevægelsesinformationen modtaget fra robotten, som bruges til sporing i realtid på telefon. (Sti -konstruktion ved hjælp af Xoblu er illustreret i det andet billede).

Sammenfattende registrerer oblu bevægelse og kommunikerer bevægelsesinformation til Arduino og telefon med jævne mellemrum. Baseret på den programmerede sti og bevægelsesinformationen (sendt af oblu) styrer Arduino hjulets bevægelser. Robotens bevægelse er IKKE fjernstyret undtagen start/stop -kommandoer.

For firmware til oblu besøg

For robotens Aurduino -kode besøg

Trin 7: STI -MODELLERING

Robotten kunne bedst kontrolleres, hvis den kun går i lige liniesegmenter. Derfor skal stien først modelleres som et sæt lige liniesegmenter. Billederne indeholder et par eksempler på stier og deres repræsentationer med hensyn til forskydning og orientering. Sådan er stien programmeret i Arduino.

På samme måde kan enhver sti, der er et sæt lige liniesegmenter, defineres og programmeres i Arduino.

Trin 8: CIRCUIT MONTERING

Systemintegrationsdiagrammet på øverste niveau. Arduino og oblu er en del af hardwareenheden. UART bruges til kommunikation mellem Arduino og oblu. (Bemærk forbindelsen Rx/Tx -forbindelse.) Dataflowets retning er kun til reference. Hele hardwareenheden kommunikerer med smartphone (Xoblu) ved hjælp af bluetooth.

Trin 9: CIRCUIT DIAGRAM

De detaljerede elektriske forbindelser mellem Arduino, oblu, motor driver og batteripakke.

Trin 10: KOMMUNIKATIONSPROTOKOL:

Nedenfor er, hvordan datakommunikationen foregår mellem oblu -sensoren monteret på robotten og smartphonen, dvs. Xoblu:

Trin 1: Xoblu sender START -kommando til oblu Trin 2: oblu anerkender modtagelse af kommando ved at sende passende ACK til Xoblu Trin 3: oblu sender DATA -pakke, der indeholder forskydning og orienteringsinfomation for hvert skridt, ved hvert trin, til Xoblu. (trin = når detekterer nul bevægelse eller stilstand registreres). Trin 4: Xoblu anerkender modtagelse af sidste DATA -pakke ved at sende passende ACK til oblu. (Cyklus af trin 3 og 4 gentages, indtil Xoblu sender STOP. Ved modtagelse af STOP -kommando udfører oblu trin 5) Trin 5: STOP - (i) Stop behandling i oblu (ii) Stop alle output i oblu Se oblu's applikationsnotat for detaljer om START, ACK, DATA og STOP

Trin 11: HVORDAN VIRKER "oblu" IMU (valgfrit):

Præsentation af nogle referencer til oblus oversigt og grundlæggende funktionsprincip for fodmonterede PDR-sensorer:

Den tilgængelige kildekode for oblu er målrettet mod fodmonteret navigation. Og det er bedst optimeret til det formål. Nedenstående video dækker dens grundlæggende funktionsprincip:

Her er et par enkle artikler om fodmonterede PDR -sensorer: 1. Spor mine trin

2. Fortsæt med at spore mine trin

Du kan henvise til dette dokument for at få oplysninger om beregning af fodgængere ved hjælp af fodsensorer.

Trin 12: Besøg "oblu.io" (valgfrit)

Se videoen for de mulige applikationer af "oblu":

---------------- Del venligst din feedback, forslag og efterlad kommentarer. Bedste ønsker!

Trin 13: KOMPONENTER

1 oblu (en opensource IMU udviklingsplatform)

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

1 Loddefri brødbræt halv størrelse

1 Jumper Wire til hun/hun

2 Kondensator 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge motorførere L293D

1 Arduino Mega 2560 & Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH Genopladeligt