Krmarite po robotu s senzorji za čevlje, brez GPS, brez zemljevida: 13 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Avtor obluobluFollow About: oblu je notranji navigacijski senzor Več o oblu »

Robot se premika po vnaprej programirani poti in posreduje (preko bluetootha) svoje dejanske podatke o gibanju na telefon za sledenje v realnem času. Arduino je vnaprej programiran s potjo, oblu pa se uporablja za zaznavanje gibanja robota. oblu v rednih časovnih presledkih prenaša informacije o gibanju v Arduino. Na podlagi tega Arduino nadzoruje premike koles, da robotu omogoči, da sledi vnaprej določeni poti.

1. korak: Kratek uvod

Pri projektu gre za to, da se robot natančno premika po vnaprej določeni poti, ne da bi za pozicioniranje uporabil GPS ali WiFi ali Bluetooth, niti zemljevida ali načrta postavitve stavbe. In v realnem času narišite njegovo dejansko pot (do lestvice). Bluetooth lahko uporabite kot nadomestek žice za prenos informacij o lokaciji v realnem času.

2. korak: ZANIMIVA ZGODBA OZADJA

Glavni cilj naše ekipe je razvoj senzorjev za navigacijo pešcev, nameščenih na čevljih. Vendar pa se nas je obrnila akademska raziskovalna skupina z zahtevo po krmarjenju robota v zaprtih prostorih in hkratnem spremljanju njegovega položaja v realnem času. Tak sistem so želeli uporabiti za kartiranje sevanja v zaprti komori ali pa zaznali uhajanje plina v industrijskem obratu. Taki kraji so nevarni za ljudi. išče robustno rešitev za notranjo navigacijo našega robota na osnovi Arduina.

Naša očitna izbira za kateri koli modul senzorja gibanja (IMU) je bila "oblu" (Ref. Zgornja slika). Toda težaven del tukaj je bil, da je obstoječa vdelana programska oprema oblu primerna za notranje notranje pešce mrtve obračune (PDR) ali navigacijo za pešce, z enostavnimi besedami. Oblu je PDR zmogljivost v zaprtih prostorih kot nožna enota IMU precej impresivna. Razpoložljivost aplikacije za Android (Xoblu) za sledenje oblu v realnem času kot senzorja čevljev povečuje prednost. Izziv pa je bil uporabiti navigacijo po robotu in njegovo spremljanje obstoječega algoritma, ki temelji na modelu človeške hoje.

3. korak: Kratek uvod v "oblu"

"oblu" je miniaturna, poceni in odprtokodna razvojna platforma, namenjena nosljivim aplikacijam za zaznavanje gibanja. Deluje z litij-ionsko baterijo za polnjenje in omogoča polnjenje vgrajene baterije USB. Ima vgrajen modul Bluetooth (BLE 4.1) za brezžično komunikacijo. "oblu" gosti 32-bitni mikrokrmilnik s plavajočo vejico (Atmelov AT32UC3C), ki omogoča reševanje kompleksnih navigacijskih enačb na krovu. Zato ena sama obdelava gibanja izvede na samem oblu in posreduje le končni rezultat. Zaradi tega je integracija obluja s pridruženim sistemom izjemno preprosta. "oblu" gosti tudi matriko z več IMU (MIMU), ki omogoča zlitje senzorjev in izboljšuje zaznavanje gibanja. Pristop MIMU prispeva k edinstvenosti "oblu".

notranji izračuni oblu temeljijo na človeški hoji. oblu daje premik med dvema zaporednima korakoma in spremembo naslova. Kako - ko noga pride v stik s tlemi, je hitrost podplata enaka nič, torej podplat miruje. Na ta način oblu zazna 'korake' in popravi nekatere notranje napake. To pogosto odpravljanje napak ima za posledico odlično zmogljivost sledenja. Tu se skriva ulov. Kaj pa, če tudi naš robot hodi na enak način - premakni se, ustavi, premakni, ustavi … V bistvu bi oblu lahko uporabili za kateri koli predmet, katerega gibanje ima običajne ničelne in ničelne trenutke. Tako smo napredovali z oblu in v kratkem času nismo mogli sestaviti našega robota in sistema za sledenje.

4. korak: KAJ JE UPORABNOST "oblu"?

Skoraj 70% svojega časa preživimo v zaprtih prostorih. Zato obstaja veliko aplikacij, ki zahtevajo notranjo uporabo ljudi in strojev. Najpogosteje uporabljena rešitev za določanje položaja je satelitski GPS/GNSS, ki je dober za navigacijo na prostem. Ne uspe v zaprtih prostorih ali v mestnem okolju, ki ni dostopno jasnemu nebu. Takšne aplikacije so geo-raziskovanje slumov ali območij pod težkimi krošnjami dreves, navigacija robotov v zaprtih prostorih, namestitev reševalcev za gašenje požara, rudarske nesreče, mestno vojskovanje itd.

Predhodnik oblu je bil predstavljen kot zelo kompakten senzor čevljev (ali senzor PDR) za pozicioniranje gasilcev, ki je bil pozneje nadgrajen in spremenjen kot visoko nastavljiva razvojna platforma za izdelovalce, ki iščejo enostavno natančne cenovno ugodna inercialna zaznavna rešitev za notranjo navigacijo ljudi in robotov. Doslej so uporabniki obluja prikazali njegove aplikacije pri sledenju pešcem, industrijski varnosti in upravljanju virov, taktični policiji, geo-pregledu območja brez GPS-a, robotu za samo navigacijo, pomožni robotiki, igranju iger, AR/VR, zdravljenju motenj gibanja, razumevanju fizike gibanja itd. oblu je primeren za aplikacije s prostorskimi omejitvami, npr nosljivo zaznavanje gibanja. Zaradi vgrajenega Bluetootha se lahko uporablja tudi kot brezžični IMU. Prisotnost vgrajene zmogljivosti obdelave s plavajočo vejico skupaj s štirimi nizi IMU omogoča fuzijo senzorjev in obdelavo gibanja v samem modulu, kar posledično povzroči zelo natančno zaznavanje gibanja.

5. korak: ZGODBA PROJEKTA

Zgodba o tem projektu je v videu …

6. korak: OPIS SISTEMA

Robot se premika po vnaprej programirani poti in posreduje (preko bluetootha) svoje dejanske podatke o gibanju na telefon za sledenje v realnem času.

Arduino je vnaprej programiran s potjo, oblu pa se uporablja za zaznavanje gibanja robota. oblu v rednih časovnih presledkih prenaša informacije o gibanju v Arduino. Na podlagi tega Arduino nadzoruje premike koles, da robotu omogoči, da sledi vnaprej določeni poti.

Robotova pot je programirana kot niz segmentov ravne črte. Vsak odsek črte je določen glede na dolžino in usmerjenost glede na prejšnjega. Gibanje robota je diskretno, to pomeni, da se premika po ravni črti, vendar v manjših segmentih (za preprostost pokličemo "koraki"). Oblu na koncu vsakega koraka prenaša dolžino in obseg odstopanja (sprememba orientacije) od ravne črte do Arduina. Arduino popravi poravnavo robota na vsakem koraku ob prejemu takšnih informacij, če ugotovi odstopanje od vnaprej določene ravne črte. Kot program se mora robot vedno premikati v ravni črti. Lahko pa odstopa od ravne črte in lahko hodi pod določenim kotom ali poševno potjo zaradi neidealnosti, kot so neenakomerna površina, neravnovesje mase v sestavi robota, arhitekturno ali električno neravnovesje v enosmernih motorjih ali naključna usmeritev sprednjega prostega kolesa. Naredite en korak … popravite smer … pojdite naprej. Robot se premika tudi nazaj, če potuje več od programirane dolžine tega določenega odseka črte. Naslednja dolžina koraka je odvisna od preostale razdalje, ki jo je treba premagati do določenega odseka ravne črte. Robot naredi velike korake, ko je prevožena razdalja večja, in naredi manjše korake blizu cilja (t.j. konec vsakega odseka ravne črte). oblu prenaša podatke na Arduino in telefon (prek bluetootha) hkrati. Xoblu (aplikacija za Android) izvede nekaj preprostih izračunov za izdelavo poti na podlagi informacij o gibanju, prejetih od robota, ki se uporabljajo za sledenje v realnem času po telefonu. (Gradnja poti z uporabo Xoblu je prikazana na drugi sliki).

Če povzamemo, oblu zazna gibanje in v rednih časovnih presledkih sporoča informacije o gibanju Arduinu in telefonu. Na podlagi programirane poti in informacij o gibanju (poslanih s strani oblu) Arduino nadzoruje gibanje koles. Gibanje robota NI daljinsko nadzorovano, razen ukazov start/stop.

Za vdelano programsko opremo oblu obiščite

Za kodo robota Aurduino obiščite

7. korak: MODELIRANJE POTI

Robota bi bilo najbolje nadzorovati, če bi hodil samo po ravnih odsekih. Zato je treba pot najprej modelirati kot niz ravnih odsekov. Slike vsebujejo nekaj primerov poti in njihove predstavitve glede na premik in orientacijo. Tako je pot programirana v Arduinu.

Podobno lahko v Arduinu definiramo in programiramo katero koli pot, ki je niz segmentov ravne črte.

8. korak: SKLOP VOZILA

Diagram sistemske integracije na najvišji ravni. Arduino in oblu sta del sklopa strojne opreme. UART se uporablja za komunikacijo med Arduinom in oblu. (Upoštevajte povezavo Rx/Tx.) Smer pretoka podatkov je samo za referenco. Celoten sklop strojne opreme komunicira s pametnim telefonom (Xoblu) prek Bluetootha.

9. korak: DIAGRAM VOZILA

Podrobne električne povezave med Arduinom, oblu, gonilnikom motorja in akumulatorjem.

10. korak: PROTOKOL KOMUNIKACIJE:

Spodaj je opisano, kako poteka podatkovna komunikacija med senzorjem oblu, nameščenim na robotu, in pametnim telefonom, torej Xoblu:

Korak 1: Xoblu pošlje ukaz START oblu 2. korak: oblu potrdi sprejemni ukaz tako, da Xoblu pošlje ustrezen ACK Korak 3: oblu pošlje paket DATA, ki vsebuje podatke o premiku in orientaciji za vsak korak, na vsakem koraku, Xoblu. (korak = kadar zaznamo ničelno gibanje ali zaznamo mirovanje). 4. korak: Xoblu potrjuje prejem zadnjega paketa DATA s pošiljanjem ustreznega ACK oblu. (Cikel korakov 3 in 4 se ponavlja, dokler Xoblu ne pošlje STOP. Ob prejemu ukaza STOP oblu izvede 5. korak) Korak 5: STOP - (i) Ustavitev obdelave v oblu (ii) Ustavitev vseh izhodov v oblu. podrobnosti o START, ACK, DATA in STOP

11. korak: KAKO DELUJE "oblu" IMU (neobvezno):

Predstavljamo nekaj referenc o oblujevem pregledu in osnovnih načelih delovanja nožnih PDR senzorjev:

Razpoložljiva izvorna koda oblu je namenjena navigaciji na nogi. In v ta namen je najbolje optimizirati. Spodnji video zajema njegovo osnovno načelo delovanja:

Tu je nekaj preprostih člankov o senzorjih PDR, nameščenih na nogi: 1. Sledite mojim korakom

2. Nadaljuj s sledenjem mojim korakom

Za podrobnosti o štetju mrtvih pešcev s pomočjo nožnih senzorjev si lahko ogledate ta dokument.

12. korak: Obiščite »oblu.io« (izbirno)

Oglejte si videoposnetek o možnih aplikacijah "oblu":

---------------- Prosimo, delite svoje povratne informacije, predloge in pustite komentarje. Najlepše želje!

13. korak: SESTAVINE

1 oblu (odprtokodna razvojna platforma IMU)

1 Pametni motorni avtomobilski avtomobilski akumulatorski škatli Komplet ohišja DIY kodirnik hitrosti za Arduino

1 polovice velikosti brez spajkanja

1 moška/ženska žica

2 Kondenzator 1000 µF

1 Gonilniki motorjev Texas Instruments Dual H-Bridge L293D

1 Arduino Mega 2560 in Genuino Mega 2560

4 Amazonove spletne storitve AA 2800 Ni-MH za ponovno polnjenje