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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

By obluobluFollow About: oblu je senzor za unutrašnju navigaciju Više o oblu »

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

Korak 1: KRATAK UVOD

Projekt govori o tome da se robot kreće precizno unaprijed definiranom stazom, bez upotrebe GPS-a ili WiFi-a ili Bluetooth-a za pozicioniranje, čak ni karte ili plana izgleda zgrade. I nacrtajte njegovu stvarnu putanju (do skale), 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 grupa sa zahtjevom navigacije robota u zatvorenom prostoru i istovremenog praćenja njegovog položaja u stvarnom vremenu. Htjeli su koristiti takav sistem za mapiranje zračenja u zatvorenoj komori ili su otkrili curenje plina u industrijskom postrojenju. Takva mjesta su opasna za ljudska bića. u potrazi za robusnim rješenjem za unutrašnju navigaciju našeg robota zasnovanog na Arduinu.

Naš očigledan izbor za bilo koji modul senzora pokreta (IMU) bio je "oblu" (Ref iznad slike). Ali lukavi dio ovdje je bio to što je postojeći obluov firmver bio prikladan za pješačke mrtve račune (PDR) ili pješačku navigaciju, jednostavnim riječima. performanse oblu PDR-a u zatvorenom prostoru kao IMU na nozi su prilično impresivne. Dostupnost Android aplikacije (Xoblu) za obluovo praćenje u stvarnom vremenu kao senzor za cipele dodaje prednost. Međutim, izazov je bio koristiti 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 izvorom namijenjena aplikacijama za otkrivanje pokreta koje se mogu nositi. Radi sa punjivom litijum-jonskom baterijom i omogućava punjenje ugrađene USB baterije. Ima ugrađeni Bluetooth (BLE 4.1) modul za bežičnu komunikaciju. "oblu" sadrži 32-bitni mikrokontroler s pomičnim zarezom (Atmelov AT32UC3C) koji omogućava rješavanje složenih navigacijskih jednadžbi na brodu. Stoga se sva obrada pokreta izvodi na samoj oblu i prenosi samo konačni ishod. Ovo čini integraciju oblu -a sa pridruženim sistemom izuzetno jednostavnom. "oblu" također sadrži niz multi-IMU (MIMU) niz koji omogućava fuziju senzora i poboljšava performanse otkrivanja pokreta. MIMU pristup dodaje jedinstvenost "oblu".

unutrašnja izračunavanja oblua zasnovana su na hodanju ljudi. oblu daje pomak između dva uzastopna koraka i promjenu naslova. Kako - kada stopalo dođe u dodir s tlom, brzina potplata je jednaka nuli, tj. Potplat miruje. Na ovaj način oblu otkriva "korake" i ispravlja neke interne greške. A ovo često ispravljanje grešaka rezultira odličnim performansama praćenja. Tu se krije zalogaj. Šta 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 nulte momente. Tako smo krenuli s obluom i ni u kojem trenutku nismo mogli sastaviti našeg robota i sistem za praćenje.

Korak 4: KOJA JE KORISNOST "oblu"?

Gotovo 70% vremena provodimo u zatvorenom prostoru. Stoga postoje mnoge aplikacije koje zahtijevaju unutrašnju navigaciju ljudi i strojeva. Najčešće korišteno rješenje za pozicioniranje je satelitski GPS/GNSS koji je dobar za vanjsku navigaciju. Ne radi u zatvorenom ili urbanom okruženju koje nije dostupno vedrom nebu. Takve primjene su geo-pregled slamova ili područja pod teškim krošnjama drveća, navigacija robota u zatvorenom prostoru, pozicioniranje 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 unutrašnju navigaciju ljudi, ali i robota. Do sada su korisnici oblua demonstrirali njegove primjene u praćenju pješaka, industrijskoj sigurnosti i upravljanju resursima, taktičkom policijom, geografskim pregledom područja bez GPS-a, robotom za samo navigaciju, pomoćnom robotikom, igranjem igara, AR/VR, liječenjem poremećaja kretanja, razumijevanjem fizike kretanja itd. oblu je pogodan za aplikacije sa prostornim ograničenjima, npr nosivi senzor pokreta. Može se koristiti i kao bežični IMU, zahvaljujući ugrađenom Bluetooth-u. Prisutnost ugrađene mogućnosti obrade s pomičnim zarezom, zajedno s četiri niza IMU-ova, omogućuje fuziju senzora i obradu pokreta 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 SISTEMA

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

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

Putanja robota programirana je kao skup ravnih segmenata. Svaki segment linije definiran je svojom dužinom i orijentacijom u odnosu na prethodni. Kretanje robota je diskretno, tj. Kreće se u pravoj liniji, ali u manjim segmentima (zbog jednostavnosti nazivamo "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 linije. Kao i po programu, robot bi se uvijek trebao kretati u pravoj liniji. Međutim, može odstupati od ravne linije 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 kurs … krenite naprijed. Robot se također pomiče unatrag ako putuje više od programirane dužine tog određenog segmenta linije. Sljedeća dužina 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 neko jednostavno računanje kako bi konstruiralo putanju 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 šalje informacije o kretanju Arduinu i telefonu u redovnim intervalima. Na osnovu programirane putanje i informacija o kretanju (koje šalje oblu), Arduino kontroliše kretanje točkova. Kretanje robota se NE kontroliše 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 pravim segmentima. Stoga se staza mora prvo modelirati kao skup ravnih segmenata. Slike sadrže nekoliko primjera staza i njihovih prikaza u smislu pomaka i orijentacije. Ovako se staza programira u Arduinu.

Slično, bilo koja staza koja je skup segmenata ravnih linija može se definirati i programirati u Arduinu.

Korak 8: SKLOP KOLA

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

Korak 9: DIJAGRAM KRUGA

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

Korak 10: PROTOKOL KOMUNIKACIJE:

U nastavku je prikazano kako se odvija prijenos podataka između oblu senzora montiranog na robota i pametnog telefona, odnosno Xoblu:

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 orijentacijom 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. Po prijemu naredbe STOP, oblu izvršava Korak 5) Korak 5: STOP - (i) Zaustavi obradu u obluu (ii) Zaustavi sve izlaze u obluu Molimo pogledajte napomenu o aplikaciji oblu za pojedinosti o START, ACK, DATA i STOP

Korak 11: KAKO RADI "oblu" IMU (opcionalno):

Predstavljamo neke reference o obluovom pregledu i osnovnim principima rada nožnih PDR senzora:

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

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

2. Nastavite pratiti moje korake

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

Korak 12: Posjetite "oblu.io" (nije obavezno)

Pogledajte video za moguće primjene "oblu":

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

Korak 13: KOMPONENTE

1 oblu (razvojna platforma IMU otvorenog izvora)

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 punjive