Navigera robot med skosensorer, utan GPS, utan karta: 13 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Av obluobluFölj Om: oblu är en inomhusnavigeringssensor Mer om oblu »

Roboten rör sig i en förprogrammerad väg och överför (via bluetooth) sin faktiska rörelseinformation till en telefon för spårning i realtid. Arduino är förprogrammerad med sökväg och oblu används för att känna av robotens rörelse. oblu överför rörelseinformation till Arduino med jämna mellanrum. Baserat på det styr Arduino hjulens rörelser för att låta roboten följa den fördefinierade vägen.

Steg 1: EN KORT INLEDNING

Projektet handlar om att få roboten att röra sig i en fördefinierad bana med precision, utan att använda GPS eller WiFi eller Bluetooth för positionering, inte ens karta eller bygga layoutplan. Och rita den verkliga vägen (till skalan) i realtid. Bluetooth kan användas som ett substitut för tråd för överföring av platsinformation i realtid.

Steg 2: Den intressanta bakgrundshistorien

Vårt teams främsta agenda är att utveckla sko-monterade fotgängare navigationssensorer. Vi blev dock kontaktade av en akademisk forskargrupp med kravet på att navigera inom robot inomhus och samtidigt övervaka dess position i realtid. De ville använda ett sådant system för att kartlägga strålning i en sluten kammare eller upptäcka gasläckage i en industriell installation. Sådana platser är farliga för människor. letar efter en robust lösning för inomhusnavigering av vår Arduino -baserade robot.

Vårt självklara val för någon rörelsesensormodul (IMU) var "oblu" (Ref ovan bild). Men den knepiga delen här var att oblus befintliga firmware var lämplig för fotmonterade inomhus fotgängare Dead Reckoning (PDR) eller Pedestrian Navigation, i enkla ord. oblus PDR-prestanda inomhus som fotmonterad IMU är ganska imponerande. Tillgänglighet för Android-appen (Xoblu) för oblus spårning i realtid som skosensor, ökar fördelen. Utmaningen var dock att använda sin befintliga algoritm som är baserad på en mänsklig gångmodell, för att navigera i robot och övervaka den.

Steg 3: EN KORT INLEDNING I "oblu"

"oblu" är en miniatyriserad plattform med låg kostnad och opensource -utveckling som är inriktad på bärbara rörelsedetekteringsapplikationer. Det är uppladdningsbart litiumjonbatteri som kan laddas ombord. Den har en inbyggd Bluetooth -modul (BLE 4.1) för trådlös kommunikation. "oblu" är värd för en 32-bitars floating point-mikrokontroller (Atmels AT32UC3C) som gör det möjligt att lösa komplexa navigationsekvationer ombord. Därför utför man all rörelsebehandling på sig själv och sänder bara det slutliga resultatet. Detta gör integrationen av oblu med det associerade systemet extremt enkel. "oblu" är också värd för multi-IMU (MIMU) array som möjliggör sensorfusion och förbättrar rörelsedetekteringsprestanda. MIMU -tillvägagångssätt ökar det unika med "oblu".

oblus interna beräkningar är baserade på mänsklig gång. oblu ger ut förskjutning mellan två på varandra följande steg och ändring av kurs. Hur - när foten kommer i kontakt med marken är sulans hastighet noll, dvs sulan står stilla. På så sätt upptäcker oblu "steg" och korrigerar några interna fel. Och denna frekventa korrigering av fel resulterar i bra spårningsprestanda. Så här ligger fångsten. Tänk om vår robot också går på samma sätt - flytta, stoppa, flytta, stoppa.. Infact skulle kunna användas för alla föremål vars rörelse har regelbundna noll- och nollpunktsstunder. Således gick vi framåt med oblu och på nolltid kunde vi montera vår robot och spårningssystemet.

Steg 4: VAD ÄR Nyttigt med "oblu"?

Vi tillbringar nästan 70% av vår tid inomhus. Därför finns det många applikationer som kräver inomhusnavigering av människor och maskiner. Den vanligaste positioneringslösningen är satellitbaserad GPS/GNSS som är bra för utomhusnavigering. Det misslyckas i inomhusmiljö eller i stadsmiljö som inte är tillgängliga för den klara himlen. Sådana tillämpningar är geo-undersökning av slumområden eller områden under tunga trädkronor, inomhusnavigering av robotar, positionering av räddningsagenter för brandbekämpning, gruvolyckor, urbana krigföring etc.

Föregångaren till oblu introducerades som en mycket kompakt skosensor (eller en PDR-sensor) för positionering av brandmän, som senare uppgraderades och modifierades som en mycket konfigurerbar utvecklingsplattform för de tillverkare som letar efter lätt-exakta prisvärd lösning för tröghetsavkänning för inomhusnavigering av människor såväl som robotar. Hittills har oblus användare visat sina applikationer för spårning av fotgängare, industriell säkerhet och resurshantering, taktisk polisarbete, geo-undersökning av GPS-blottat område, självnavigerande robot, hjälprobotik, spel, AR/VR, behandling av rörelsestörningar, förståelse av fysik rörelse etc. oblu är lämplig för applikationer med begränsade utrymmen, t.ex. bärbar rörelsedetektion. Det kan också användas som en trådlös IMU, tack vare inbyggd Bluetooth. Närvaron av inbyggd bearbetningskapacitet för flytande punkter, tillsammans med fyra IMU-grupper, gör sensorfusion och rörelsebehandling möjlig inom själva modulen, vilket i sin tur resulterar i mycket exakt rörelsedetektering.

Steg 5: PROJEKTETS BERÄTTELSE

Berättelsen om detta projekt finns i videon …

Steg 6: SYSTEMBESKRIVNING

Roboten rör sig i en förprogrammerad väg och överför (via bluetooth) sin faktiska rörelseinformation till en telefon för spårning i realtid.

Arduino är förprogrammerad med sökväg och oblu används för att känna av robotens rörelse. oblu överför rörelseinformation till Arduino med jämna mellanrum. Baserat på det styr Arduino hjulens rörelser för att låta roboten följa den fördefinierade vägen.

Robotens väg är programmerad som en uppsättning raka linjesegment. Varje linjesegment definieras av dess längd och orientering i förhållande till det föregående. Robotens rörelse hålls diskret, det vill säga den rör sig i rak linje, men i mindre segment (låter kallas "steg" för enkelhetens skull). I slutet av varje steg överför oblu steglängden och avvikelsens omfattning (förändring i orientering) från rak linje till Arduino. Arduino korrigerar robotens inriktning vid varje steg när den tar emot sådan information, om den finner avvikelse från den fördefinierade raka linjen. Per program ska roboten alltid röra sig i en rak linje. Den kan dock avvika från rak linje och kan gå i en viss vinkel eller sned väg på grund av icke-idealiteter som ojämn yta, massobalans i robotmontering, arkitektonisk eller elektrisk obalans i likströmsmotorer eller slumpmässig orientering av det främre frilöpande hjulet. Ta ett steg.. rätta din rubrik … gå vidare. Roboten rör sig också bakåt om den färdas mer än den programmerade längden för det specifika linjesegmentet. Nästa steglängd beror på det återstående avståndet för det specifika raka linjesegmentet. Roboten tar stora steg när avståndet som ska färdas är större och tar mindre steg nära destinationen (dvs. slutet på varje rakt linjesegment). oblu överför data till Arduino och telefon (via bluetooth) samtidigt. Xoblu (Android-appen) utför en enkel beräkning för att konstruera sökvägen baserat på rörelseinformation som tas emot från roboten, som används för spårning i realtid på telefonen. (Bankonstruktion med Xoblu illustreras i den andra bilden).

Sammanfattningsvis känner oblu rörelse och kommunicerar rörelseinformation till Arduino och telefon med jämna mellanrum. Baserat på den programmerade vägen och rörelseinformationen (skickad av oblu) styr Arduino hjulens rörelser. Robotens rörelse styrs INTE på distans förutom start/stopp -kommandon.

För firmware för oblu besök

För robotens Aurduino -kod besök

Steg 7: VÄGMODELLERING

Roboten kan bäst kontrolleras om den bara går i raka linjesegment. Därför måste sökvägen först modelleras som en uppsättning raka linjesegment. Bilderna innehåller några exempelvägar och deras representationer när det gäller förskjutning och orientering. Så här är vägen programmerad i Arduino.

På samma sätt kan alla banor som är en uppsättning raka linjesegment definieras och programmeras i Arduino.

Steg 8: CIRCUIT MONTERING

Systemintegrationsdiagrammet på högsta nivå. Arduino och oblu är en del av hårdvaruaggregatet. UART används för kommunikation mellan Arduino och oblu. (Observera anslutningen Rx/Tx -anslutning.) Dataflödets riktning är endast för referens. Hela hårdvaruaggregatet kommunicerar med smartphone (Xoblu) med bluetooth.

Steg 9: CIRCUIT DIAGRAM

De detaljerade elektriska anslutningarna mellan Arduino, oblu, motorförare och batteripaket.

Steg 10: KOMMUNIKATIONSPROTOKOLL:

Nedan följer hur datakommunikationen sker mellan oblu -sensorn monterad på roboten och smarttelefonen, dvs Xoblu:

Steg 1: Xoblu skickar START -kommandot till oblu Steg 2: oblu bekräftar mottagande kommando genom att skicka lämplig ACK till Xoblu Steg 3: oblu skickar DATA -paket som innehåller förskjutning och orienteringsinfomation för varje steg, vid varje steg, till Xoblu. (steg = när detekterar noll rörelse eller stillastående detekteras). Steg 4: Xoblu bekräftar mottagandet av det senaste DATA -paketet genom att skicka lämplig ACK till oblu. (Cykeln i steg 3 och 4 upprepas tills Xoblu skickar STOPP. Vid mottagande av STOP -kommandot utför oblu Steg 5) Steg 5: STOPP - (i) Stoppa bearbetningen i oblu (ii) Stoppa alla utgångar i oblu Se oblu: s applikationsanmärkning för detaljer om START, ACK, DATA och STOP

Steg 11: HUR FUNGERAR "OBLU" IMU (valfritt):

Presenterar några referenser till oblus översikt och grundläggande princip för driften av en fotmonterad PDR-sensor:

Den tillgängliga källkoden för oblu är riktad mot fotmonterad navigering. Och det är bäst optimerat för det ändamålet. Nedanstående video täcker dess grundläggande princip:

Här är några enkla artiklar om fotmonterade PDR -sensorer: 1. Spåra mina steg

2. Fortsätt spåra mina steg

Du kan hänvisa till det här dokumentet för information om hur man räknar fotgängare med hjälp av fotsensorer.

Steg 12: Besök "oblu.io" (valfritt)

Titta på videon för de möjliga tillämpningarna av "oblu":

---------------- Vänligen dela din feedback, förslag och lämna kommentarer. Bästa önskningar!

Steg 13: KOMPONENTER

1 oblu (en open source IMU -utvecklingsplattform)

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

1 Halvstor lödfri brödbräda

1 Jumper Wires

2 Kondensator 1000 µF

1 Texas Instruments Dual H-Bridge motorförare L293D

1 Arduino Mega 2560 & Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH uppladdningsbart