Navigacija robotom sa senzorima za cipele, bez GPS -a, bez karte: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

By obluobluFollow About: oblu je unutarnji navigacijski senzor Više o oblu »

Robot se kreće unaprijed programiranom putanjom i prenosi (preko bluetootha) svoje stvarne podatke o kretanju na telefon za praćenje u stvarnom vremenu. Arduino je unaprijed programiran s putanjom, a oblu se koristi za osjet kretanja robota. oblu u redovitim intervalima prenosi informacije o kretanju na Arduino. Na temelju toga, Arduino kontrolira kretanje kotača kako bi omogućio robotu da slijedi unaprijed definirani put.

Korak 1: KRATAK UVOD

Projekt govori o tome da se robot kreće precizno unaprijed definiranom stazom, bez upotrebe GPS-a ili WiFi-a ili Bluetootha za pozicioniranje, čak ni karte ili plana izgleda zgrade. I nacrtajte njegovu stvarnu putanju (do ljestvice) u stvarnom vremenu. Bluetooth se može koristiti kao zamjena za žicu, za prijenos informacija o lokaciji u stvarnom vremenu.

Korak 2: ZANIMLJIVA PRIČA

Naš glavni cilj je razvoj pješačkih navigacijskih senzora montiranih na cipele. Međutim, obratila nam se akademska istraživačka skupina sa zahtjevom navigacije robota u zatvorenom prostoru i istovremenog praćenja njegovog položaja u stvarnom vremenu. Htjeli su koristiti takav sustav za mapiranje zračenja u zatvorenoj komori ili su otkrili curenje plina u industrijskom postrojenju. Takva su mjesta opasna za ljudska bića. u potrazi za robusnim rješenjem za unutarnju navigaciju našeg robota zasnovanog na Arduinu.

Naš očigledan izbor za bilo koji modul senzora kretanja (IMU) bio je "oblu" (Ref iznad slike). No, lukavi dio ovdje bio je to što je postojeći obluov firmware bio prikladan za pješačke mrtve račune (PDR) ili pješačku navigaciju, jednostavnim riječima. oblu-ove performanse PDR-a u zatvorenom prostoru kao IMU na nozi prilično su impresivne. Dostupnost Android aplikacije (Xoblu) za obluovo praćenje u stvarnom vremenu kao senzora za cipele dodaje prednost. Međutim, izazov je bio iskoristiti postojeći algoritam zasnovan na modelu ljudskog hodanja, za navigaciju robotom i njegovo praćenje.

Korak 3: KRATAK UVOD U "oblu"

"oblu" je minijaturizirana, niska cijena i razvojna platforma s otvorenim izvorima namijenjena aplikacijama za otkrivanje pokreta koje se mogu nositi. Radi s punjivom Li-ion baterijom i omogućuje punjenje USB baterije na ploči. Ima ugrađeni Bluetooth (BLE 4.1) modul za bežičnu komunikaciju. "oblu" ima 32-bitni mikrokontroler s pomičnim zarezom (Atmelov AT32UC3C) koji omogućuje rješavanje složenih navigacijskih jednadžbi na brodu. Stoga se sva obrada pokreta izvodi na samoj oblu i prenosi samo konačni ishod. Zbog toga je integracija oblua sa pridruženim sustavom krajnje jednostavna. "oblu" također sadrži niz multi-IMU (MIMU) niz koji omogućuje fuziju senzora i poboljšava performanse otkrivanja pokreta. MIMU pristup dodaje jedinstvenost "oblu".

unutarnji proračuni oblu temelje se na ljudskom hodu. oblu daje pomak između dva uzastopna koraka i promjenu naslova. Kako - kada stopalo dođe u dodir s tlom, brzina potplata je nula, tj. Potplat miruje. Na ovaj način oblu otkriva "korake" i ispravlja neke unutarnje pogreške. I ovo često ispravljanje pogrešaka rezultira izvrsnim performansama praćenja. Dakle, tu leži kvaka. Što ako i naš robot hoda na isti način - kretanje, zaustavljanje, kretanje, zaustavljanje.. U stvari, oblu bi se mogao koristiti za bilo koji objekt čije kretanje ima regularne nulte i ne -nula trenutke. Tako smo krenuli s obluom i ni u kojem trenutku nismo mogli sastaviti našeg robota i sustav za praćenje.

Korak 4: KOJA JE KORISNOST "oblu"?

Gotovo 70% svog vremena provodimo u zatvorenom prostoru. Stoga postoje mnoge primjene koje zahtijevaju unutarnju navigaciju ljudi i strojeva. Najčešće korišteno rješenje za pozicioniranje je satelitski GPS/GNSS koji je dobar za vanjsku navigaciju. Ne uspijeva u zatvorenom ili urbanom okruženju koje nije dostupno vedrom nebu. Takve primjene su geo-pregled slamova ili područja pod teškim krošnjama drveća, unutarnja navigacija robota, postavljanje spasilačkih agenata za gašenje požara, rudarske nesreće, urbano ratovanje itd.

Prethodnik oblu predstavljen je kao vrlo kompaktan senzor za cipele (ili PDR senzor) za pozicioniranje vatrogasaca, koji je kasnije nadograđen i modificiran kao visoko konfigurabilna razvojna platforma za proizvođače koji traže jednostavno i precizno pristupačno rješenje za inercijsko otkrivanje za unutarnju navigaciju ljudi, ali i robota. Dosad su korisnici oblua demonstrirali njegove primjene u praćenju pješaka, industrijskoj sigurnosti i upravljanju resursima, taktičkom nadzoru, geo-pregledu GPS-a, robotu za samostalnu navigaciju, pomoćnoj robotici, igranju igara, AR/VR, liječenju poremećaja kretanja, razumijevanju fizike kretanja itd. oblu je prikladan za primjene s prostornim ograničenjima, npr nosivi osjet kretanja. Također se može koristiti kao bežični IMU, zahvaljujući ugrađenom Bluetooth-u. Prisutnost ugrađene mogućnosti obrade s pomičnim zarezom, zajedno s četiri niza IMU-ova, omogućuje fuziju i obradu pokreta senzora unutar samog modula, što zauzvrat rezultira vrlo preciznim otkrivanjem pokreta.

Korak 5: PRIČA O PROJEKTU

Priča o ovom projektu nalazi se u videu …

Korak 6: OPIS SUSTAVA

Robot se kreće unaprijed programiranom putanjom i prenosi (preko bluetootha) svoje stvarne podatke o kretanju na telefon za praćenje u stvarnom vremenu.

Arduino je unaprijed programiran s putanjom, a oblu se koristi za osjet kretanja robota. oblu u redovitim intervalima prenosi informacije o kretanju na Arduino. Na temelju toga, Arduino kontrolira kretanje kotača kako bi omogućio robotu da slijedi unaprijed definirani put.

Robotova staza programirana je kao skup ravnih segmenata. Svaki segment linije definiran je svojom duljinom i orijentacijom u odnosu na prethodni. Kretanje robota je diskretno, tj. Kreće se u ravnoj liniji, ali u manjim segmentima (dopuštamo da se radi jednostavnosti nazovu 'iskoraci'). Na kraju svakog koraka, oblu prenosi duljinu koraka i opseg odstupanja (promjena orijentacije) od ravne linije do Arduina. Arduino ispravlja poravnanje robota na svakom koraku pri primanju takvih informacija, ako pronađe odstupanje od unaprijed definirane ravne crte. Kao i po programu, robot bi se uvijek trebao kretati u ravnoj liniji. Međutim, može odstupati od ravne crte i hodati pod određenim kutom ili iskrivljenom stazom zbog neidealnosti poput neravne površine, neravnoteže mase u sklopu robota, arhitektonske ili električne neravnoteže u istosmjernim motorima ili nasumične orijentacije prednjeg slobodnog kotača. Napravite jedan korak.. ispravite smjer … krenite naprijed. Robot se također pomiče unatrag ako putuje više od programirane duljine tog određenog segmenta linije. Sljedeća duljina koraka ovisi o preostaloj udaljenosti koju treba preći od tog određenog segmenta ravne linije. Robot čini velike korake kada je udaljenost koju treba prijeći veća i čini manje korake blizu odredišta (tj. Kraja svakog segmenta ravne linije). oblu prenosi podatke na Arduino i telefon (preko bluetootha) istovremeno. Xoblu (aplikacija za Android) izvodi neke jednostavne proračune kako bi konstruirao put na temelju informacija o kretanju primljenih od robota, koje se koriste za praćenje u stvarnom vremenu na telefonu. (Konstrukcija puta pomoću Xoblu -a prikazana je na drugoj slici).

Ukratko, oblu osjeća gibanje i u redovitim intervalima prenosi informacije o kretanju Arduinu i telefonu. Na temelju programirane putanje i informacija o kretanju (poslanih od strane oblu), Arduino kontrolira kretanje kotača. Kretanje robota se NE kontrolira daljinski, osim naredbi start/stop.

Za firmver oblu posjetite

Za Aurduino kôd robota posjetite

Korak 7: MODELIRANJE PUTA

Robotom bi se moglo najbolje upravljati ako hoda samo u segmentima ravne crte. Stoga se put mora prvo modelirati kao skup ravnih segmenata. Slike sadrže nekoliko primjera putova i njihove prikaze u smislu pomaka i orijentacije. Ovako je put programiran u Arduinu.

Slično, svaki put koji je skup segmenata ravnih linija, može se definirati i programirati u Arduinu.

Korak 8: MONTIRANJE KOLA

Dijagram integracije sustava najviše razine. Arduino i oblu dio su hardverskog sklopa. UART se koristi za komunikaciju između Arduina i oblua. (Imajte na umu vezu Rx/Tx veza.) Smjer protoka podataka služi samo za referencu. Cijeli sklop hardvera komunicira sa pametnim telefonom (Xoblu) pomoću Bluetootha.

Korak 9: DIJAGRAM KRUGA

Detaljne električne veze između Arduina, oblu, upravljačkog programa motora i baterije.

10. korak: PROTOKOL KOMUNIKACIJE:

U nastavku se prikazuje kako se podatkovna komunikacija odvija između oblu senzora montiranog na robota i pametnog telefona, odnosno Xoblua:

Korak 1: Xoblu šalje naredbu START obluu Korak 2: oblu potvrđuje primanje naredbe slanjem odgovarajućeg ACK -a Xoblu -u Korak 3: oblu šalje paket podataka s promjenama i podacima o orijentaciji za svaki korak, na svakom koraku, Xoblu -u. (korak = kad god se otkrije nulto kretanje ili se otkrije zastoj). Korak 4: Xoblu potvrđuje primanje posljednjeg DATA paketa slanjem odgovarajućeg ACK -a oblu -u. (Ciklus koraka 3 i 4 ponavlja se sve dok Xoblu ne pošalje STOP. Nakon primanja naredbe STOP, oblu izvršava Korak 5) Korak 5: STOP - (i) Zaustavi obradu u obluu (ii) Zaustavi sve izlaze u obluu Molimo pogledajte napomenu aplikacije Oblu za pojedinosti o START, ACK, DATA i STOP

11. korak: KAKO RADI "oblu" IMU (izborno):

Predstavljajući neke reference o obluovom pregledu i osnovnim principima rada PDR senzora postavljenih na nogu:

Dostupni izvorni kod oblua usmjeren je na navigaciju postavljenu na nogama. I najbolje je optimizirati u tu svrhu. Video ispod pokriva njegove osnovne principe rada:

Evo nekoliko jednostavnih članaka o PDR senzorima postavljenim na nogu: 1. Pratite moje korake

2. Nastavi pratiti moje korake

Ovaj dokument možete pogledati za detalje o obračunu mrtvih pješaka pomoću senzora za stopala.

Korak 12: Posjetite "oblu.io" (izborno)

U videu pogledajte moguće primjene "oblu":

---------------- Molimo podijelite svoje povratne informacije, prijedloge i ostavite komentare. Najbolje želje!

Korak 13: KOMPONENTE

1 oblu (IMU razvojna platforma s otvorenim izvorom)

1 Pametni motorni robot Automobilska kutija za bateriju Komplet šasije DIY koder brzine za Arduino

1 Oplata za lemljenje pola veličine

1 muške/ženske kratkospojne žice

2 Kondenzator 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge motori L293D

1 Arduino Mega 2560 i Genuino Mega 2560

4 Amazon web usluge AA 2800 Ni-MH koje se mogu puniti