Navigointi robotissa kenkäanturien kanssa, ilman GPS: ää, ilman karttaa: 13 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

By obluobluSeuraava Tietoja: oblu on sisätilojen navigointianturi Lisätietoja oblusta »

Robotti liikkuu esiohjelmoidulla reitillä ja lähettää (bluetoothin kautta) todelliset liikennetietonsa puhelimeen reaaliaikaista seurantaa varten. Arduino on esiohjelmoitu polulla ja oblu käytetään robotin liikkeen havaitsemiseen. oblu lähettää liiketietoja Arduinolle säännöllisin väliajoin. Tämän perusteella Arduino ohjaa pyörien liikkeitä, jotta robotti voi seurata ennalta määritettyä polkua.

Vaihe 1: LYHYT JOHDANTO

Projektin tarkoituksena on saada robotti liikkumaan ennalta määrätyllä reitillä tarkasti ilman GPS: n tai WiFi: n tai Bluetoothin käyttöä paikannuksessa, ei edes karttaa tai rakennuksen asettelusuunnitelmaa. Ja piirrä sen todellinen polku (asteikolle) reaaliajassa. Bluetoothia voidaan käyttää langan korvikkeena reaaliaikaisen sijaintitiedon lähettämiseen.

Vaihe 2: KIINNOSTAVA TAUSTAKERTOMUS

Tiimimme tärkein tavoite on kehittää kenkään asennetut jalankulkijoiden navigointianturit. Kuitenkin akateeminen tutkimusryhmä lähestyi meitä vaatimalla navigointia robotin sisällä ja samanaikaista seurantaa sen reaaliaikaista sijaintia. He halusivat käyttää tällaista järjestelmää säteilyn kartoittamiseen suljetussa kammiossa tai havaitsivat kaasuvuodon teollisessa järjestelmässä. Tällaiset paikat ovat vaarallisia ihmisille. etsimme kestävää ratkaisua Arduino -pohjaisen robotin sisäiseen navigointiin.

Ilmeinen valintamme mihin tahansa liiketunnistinmoduuliin (IMU) oli "oblu" (viite kuvan yläpuolella). Mutta hankala osa tässä oli se, että oblun nykyinen laiteohjelmisto soveltui yksinkertaisesti sanottuna jalkaan asennettavaan sisäkäyttöön tarkoitettuun jalankulkijoiden kuolleiden tilien laskemiseen (PDR) tai jalankulkuneuvioon. oblu: n PDR-suorituskyky sisätiloissa jalkakäyttöisenä IMU: na on varsin vaikuttava. Android-sovelluksen (Xoblu) saatavuus oblun reaaliaikaiseen seurantaan kenkäanturina lisää etuja. Haasteena oli kuitenkin käyttää olemassa olevaa algoritmia, joka perustuu ihmisen kävelymalliin, robotin navigointiin ja sen seurantaan.

Vaihe 3: LYHYT INTRO "oblu"

"oblu" on pienikokoinen, edullinen ja avoimen lähdekoodin kehitysalusta, joka on suunnattu puettaville liiketunnistussovelluksille. Se on ladattava litiumioniakku ja mahdollistaa sisäisen USB-akun lataamisen. Siinä on sisäänrakennettu Bluetooth (BLE 4.1) -moduuli langatonta viestintää varten. "oblu" sisältää 32-bittisen kelluvan pisteen mikro-ohjaimen (Atmelin AT32UC3C), joka mahdollistaa monimutkaisten navigointiyhtälöiden ratkaisemisen laivalla. Siksi suoritetaan kaikki liikkeenkäsittely itse oblulle ja lähetetään vain lopputulos. Tämä tekee oblu: n integroinnista liitännäisjärjestelmään erittäin yksinkertaisen. "oblu" isännöi myös multi-IMU (MIMU) -ryhmää, joka mahdollistaa anturin fuusion ja parantaa liiketunnistusta. MIMU -lähestymistapa lisää "oblu": n ainutlaatuisuutta.

oblun sisäiset laskelmat perustuvat ihmisten kävelyyn. oblu antaa siirtymän kahden peräkkäisen vaiheen ja otsikon muutoksen välillä. Kuinka - kun jalka koskettaa maata, pohjan nopeus on nolla, eli pohja on paikallaan. Tällä tavalla oblu havaitsee "vaiheet" ja korjaa joitain sisäisiä virheitä. Ja tämä toistuva virheiden korjaus johtaa erinomaiseen seurantaan. Joten tässä piilee saalis. Mitä jos robotti myös kävelee samalla tavalla - liikkua, pysähtyä, liikkua, pysähtyä. Siten siirryimme eteenpäin oblu: n kanssa ja pystyimme hetkessä kokoamaan robotin ja seurantajärjestelmän.

Vaihe 4: MITÄ "oblu" KÄYTTÄÄ?

Vietämme lähes 70% ajastamme sisätiloissa. Siksi on monia sovelluksia, jotka edellyttävät ihmisten ja koneiden navigointia sisätiloissa. Yleisimmin käytetty paikannusratkaisu on satelliittipohjainen GPS/GNSS, joka on hyvä ulkosuunnittelussa. Se epäonnistuu sisätiloissa tai kaupunkiympäristössä, johon ei pääse kirkkaalta taivaalta. Tällaisia sovelluksia ovat slummien tai raskaan puun kuomualueen geotutkimus, robottien navigointi sisätiloissa, pelastusaineiden sijoittaminen palontorjuntaan, kaivosonnettomuudet, kaupunkisota.

Oblu: n edeltäjä esiteltiin erittäin pienikokoisena kenkäanturina (tai PDR-anturina) palomiesten paikannusta varten, jota myöhemmin päivitettiin ja muutettiin erittäin konfiguroitavaksi kehitysalustaksi valmistajille, jotka etsivät helppoa ja tarkkaa edullinen inertia -anturiratkaisu ihmisten ja robottien sisäiseen navigointiin. Toistaiseksi oblu-käyttäjät ovat osoittaneet sovelluksiaan jalankulkijoiden seurannassa, teollisessa turvallisuudessa ja resurssienhallinnassa, taktisessa poliisitoiminnassa, GPS: n vailla olevan alueen geotutkimuksessa, itse navigoivassa robotissa, apurobotiikassa, pelaamisessa, AR/VR: ssä, liikehäiriöiden hoidossa, fysiikan ymmärtämisessä. liikkeen jne. oblu soveltuu sovelluksiin, joissa on tilaa rajoitetusti, esim puettavat liiketunnistimet. Sitä voidaan käyttää myös langattomana IMU: na sisäisen Bluetooth-yhteyden ansiosta. Sisäänrakennettu liukulukukäsittelyominaisuus sekä neljä IMU-järjestelmää mahdollistavat anturin fuusion ja liikkeen käsittelyn mahdollisen itse moduulin sisällä, mikä puolestaan johtaa erittäin tarkkaan liiketunnistukseen.

Vaihe 5: HANKKEEN TARINA

Tämän projektin tarina on videolla…

Vaihe 6: JÄRJESTELMÄN KUVAUS

Robotti liikkuu esiohjelmoidulla reitillä ja lähettää (bluetoothin kautta) todelliset liikennetietonsa puhelimeen reaaliaikaista seurantaa varten.

Arduino on esiohjelmoitu polulla ja oblu käytetään robotin liikkeen havaitsemiseen. oblu lähettää liiketietoja Arduinolle säännöllisin väliajoin. Tämän perusteella Arduino ohjaa pyörien liikkeitä, jotta robotti voi seurata ennalta määritettyä polkua.

Robotin polku on ohjelmoitu sarjaksi suoraviivaisia segmenttejä. Jokainen viivaosa määritellään sen pituuden ja suunnan mukaan edelliseen. Robotin liike pidetään huomaamattomana, eli se liikkuu suorassa linjassa, mutta pienemmissä segmenteissä (yksinkertaisuuden vuoksi kutsutaan "harppauksiksi"). Jokaisen askeleen lopussa oblu siirtää askeleen pituuden ja poikkeaman laajuuden (suunnanmuutoksen) suorasta Arduinolle. Arduino korjaa robotin kohdistuksen joka vaiheessa, kun se vastaanottaa tällaisia tietoja, jos se havaitsee poikkeaman ennalta määritetystä suorasta. Ohjelman mukaan robotin on aina tarkoitus liikkua suorassa linjassa. Se voi kuitenkin poiketa suorasta linjasta ja kulkea tietyllä kulmalla tai vinossa polussa epäideaalisuuksien, kuten epätasaisen pinnan, robotin kokoonpanon epätasapainon, tasavirtamoottorien arkkitehtonisen tai sähköisen epätasapainon tai etuvapaasti pyörivän pyörän satunnaisen asennon vuoksi. Ota yksi askel.. korjaa suunta … siirry eteenpäin. Robotti liikkuu myös taaksepäin, jos se kulkee enemmän kuin tietyn linjan segmentin ohjelmoitu pituus. Seuraava askeleen pituus riippuu jäljellä olevasta etäisyydestä, joka kyseisellä suoralla segmentillä on ajettava. Robotti ottaa suuria askeleita, kun ajettava matka on suurempi, ja pienempiä askeleita lähellä kohdetta (eli jokaisen suoran osuuden loppu). oblu lähettää tietoja Arduinolle ja puhelimelle (bluetoothin kautta) samanaikaisesti. Xoblu (Android-sovellus) suorittaa yksinkertaisen laskennan rakentaakseen polun robotilta saadun liiketiedon perusteella, jota käytetään reaaliaikaiseen seurantaan puhelimessa. (Polun rakentaminen Xoblua käyttäen on esitetty toisessa kuvassa).

Yhteenvetona, oblu havaitsee liikkeen ja välittää liiketiedot Arduinolle ja puhelimelle säännöllisin väliajoin. Arduino ohjaa pyörien liikkeitä ohjelmoidun reitin ja liiketietojen perusteella (oblu lähetti). Robotin liikettä EI ole kauko -ohjattu, paitsi käynnistys-/pysäytyskomennot.

Oblu -laiteohjelmiston löydät osoitteesta

Katso robotin Aurduino -koodi osoitteesta

Vaihe 7: PATH -MALLIT

Robotti voisi olla parhaiten hallittavissa, jos se kävelee vain suorilla linjoilla. Siksi polku on ensin mallinnettava suoraviivaisten segmenttien joukkona. Kuvat sisältävät pari esimerkkipolkua ja niiden esityksiä siirtymän ja suunnan suhteen. Näin polku on ohjelmoitu Arduinossa.

Samoin mikä tahansa polku, joka on joukko suoria osia, voidaan määrittää ja ohjelmoida Arduinossa.

Vaihe 8: PIENKOKOONPANO

Ylätason järjestelmän integrointikaavio. Arduino ja oblu ovat osa laitteistokokoonpanoa. UARTia käytetään Arduinon ja oblu: n väliseen viestintään. (Huomaa yhteys Rx/Tx -yhteys.) Tietovirran suunta on vain viitteellinen. Koko laitteisto kommunikoi älypuhelimen (Xoblu) kanssa Bluetoothin kautta.

Vaihe 9: PIIRIKAAVIO

Yksityiskohtaiset sähköliitännät Arduinon, oblu: n, moottorin ohjaimen ja akun välillä.

Vaihe 10: Viestintäprotokolla:

Alla on kuvattu, miten tiedonsiirto tapahtuu robottiin asennetun oblu -anturin ja älypuhelimen eli Xoblu:

Vaihe 1: Xoblu lähettää KÄYNNISTYS -komennon oblulle Vaihe 2: oblu kuittaa vastaanottavansa komennon lähettämällä asianmukaisen ACK: n Xoblulle Vaihe 3: oblu lähettää DATA -paketin, joka sisältää siirto- ja suuntainformaatiota jokaisesta askeleesta jokaisessa vaiheessa Xoblulle. (vaihe = aina kun havaitsee nollaliikkeen tai pysähtymisen). Vaihe 4: Xoblu vahvistaa vastaanottaneensa viimeisen DATA -paketin lähettämällä asianmukaisen ACK: n oblulle. (Vaiheiden 3 ja 4 sykli toistetaan, kunnes Xoblu lähettää STOP. Vastaanotettuaan STOP -komennon oblu suorittaa vaiheen 5) Vaihe 5: STOP - (i) Lopeta käsittely oblussa (ii) Pysäytä kaikki oblu -lähdöt. yksityiskohdat START, ACK, DATA ja STOP

Vaihe 11: MITEN "oblu" IMU TOIMII (valinnainen):

Esittelemme joitakin viitteitä oblu-yleiskatsauksesta ja jalkaan asennettujen PDR-antureiden perusperiaatteista:

Käytettävissä oleva oblu-lähdekoodi on suunnattu jalkaan asennettavaan navigointiin. Ja se on parhaiten optimoitu tähän tarkoitukseen. Alla oleva video kattaa sen perusperiaatteen:

Tässä on pari yksinkertaista artikkelia jalkaan asennetuista PDR -antureista: 1. Seuraa askeleitani

2. Jatka askeleiden seuraamista

Voit katsoa tästä asiakirjasta lisätietoja jalankulkijoiden kuolleiden laskemisesta jalka-antureiden avulla.

Vaihe 12: Siirry osoitteeseen oblu.io (valinnainen)

Katso videolta "oblu": n mahdolliset sovellukset:

---------------- Ole hyvä ja jaa palautetta, ehdotuksia ja jätä kommentteja.

Vaihe 13: KOMPONENTIT

1 oblu (avoimen lähdekoodin IMU -kehitysalusta)

1 Smart Motor Robot -auton akkurasian kotelosarja DIY -nopeuskooderi Arduinolle

1 juototon leipälauta, puolikokoinen

1 uros/naarasliitin

2 Kondensaattori 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge -moottoriajurit L293D

1 Arduino Mega 2560 ja Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH Ladattava