Navigujte robota so snímačmi obuvi, bez GPS, bez mapy: 13 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

By obluobluFollow about: oblu is a indoor navigation sensor More about oblu »

Robot sa pohybuje po vopred naprogramovanej dráhe a prenáša (cez bluetooth) svoje aktuálne informácie o pohybe do telefónu na sledovanie v reálnom čase. Arduino je predprogramované s dráhou a oblu slúži na snímanie pohybu robota. oblu vysiela informácie o pohybe do Arduina v pravidelných intervaloch. Na základe toho Arduino riadi pohyby kolies, aby robot mohol ísť po vopred definovanej ceste.

Krok 1: KRÁTKY ÚVOD

Cieľom projektu je, aby sa robot pohyboval vo vopred definovanej ceste s presnosťou, bez použitia GPS alebo WiFi alebo Bluetooth na určovanie polohy, dokonca ani mapy alebo plánu rozloženia budovy. A nakreslite jeho skutočnú cestu (v mierke) v reálnom čase. Bluetooth možno použiť ako náhradu za drôt na prenos informácií o polohe v reálnom čase.

Krok 2: ZAUJÍMAVÝ ZÁKLADNÝ PRÍBEH

Hlavnou agendou nášho tímu je vývoj senzorov navigácie pre chodcov namontovaných na topánkach. Oslovila nás však akademická výskumná skupina s požiadavkou navigácie v interiéroch robotov a súčasného monitorovania jeho polohy v reálnom čase. Chceli použiť taký systém na mapovanie žiarenia v uzavretej komore alebo na zistenie úniku plynu v priemyselnom zariadení. Také miesta sú pre ľudí nebezpečné. hľadá robustné riešenie pre vnútornú navigáciu nášho robota na báze Arduina.

Našou jasnou voľbou pre akýkoľvek modul snímača pohybu (IMU) bolo „oblu“(pozri obrázok vyššie). Zložité však bolo, že existujúci firmvér spoločnosti oblu bol jednoduchými slovami vhodný na použitie v interiéri pedestrian Dead Reckoning (PDR) alebo na pešiu navigáciu. Oblu výkon PDR v interiéri ako IMU namontovaný na nohe je celkom pôsobivý. Výhodou je aj dostupnosť aplikácie pre Android (Xoblu) na sledovanie oblu v reálnom čase ako senzora obuvi. Úlohou však bolo využiť existujúci algoritmus založený na modeli ľudskej chôdze na navigáciu robota a jeho monitorovanie.

Krok 3: STRUČNÝ ÚVOD DO „oblu“

"oblu" je miniaturizovaná, nízkonákladová a otvorená vývojová platforma zameraná na nositeľné aplikácie na snímanie pohybu. Je napájaný nabíjateľnou lítium-iónovou batériou a umožňuje nabíjanie zabudovanej batérie USB. Má vstavaný modul Bluetooth (BLE 4.1) pre bezdrôtovú komunikáciu. "Oblu" je hostiteľom 32-bitového mikrokontroléra s pohyblivou rádovou čiarkou (Atmel AT32UC3C), ktorý umožňuje riešenie zložitých navigačných rovníc na palube. Preto človek vykoná všetko spracovanie pohybu na samotnom oblu a pošle iba konečný výsledok. Vďaka tomu je integrácia oblu s pridruženým systémom mimoriadne jednoduchá. "Oblu" tiež hostí pole multi-IMU (MIMU), ktoré umožňuje fúziu senzorov a zvyšuje výkon snímania pohybu. Prístup MIMU zvyšuje jedinečnosť „oblu“.

Obluove vnútorné výpočty sú založené na ľudskej chôdzi. oblu dáva posun medzi dvoma po sebe nasledujúcimi krokmi a zmenou smeru. Ako - keď sa noha dotkne zeme, rýchlosť chodidla je nulová, to znamená, že chodidlo stojí. Týmto spôsobom oblu detekuje „kroky“a opraví niektoré vnútorné chyby. A táto častá oprava chýb má za následok vynikajúci výkon pri sledovaní. Takže tu je háčik. Čo keby aj náš robot chodil rovnakým spôsobom - pohyb, zastavenie, pohyb, zastavenie.. Oblu by bolo možné použiť pre akýkoľvek objekt, ktorého pohyb má pravidelné nulové a nenulové momenty. Tak sme sa pohli dopredu s oblu a za chvíľu sme mohli zostaviť nášho robota a sledovací systém.

Krok 4: AKÁ JE UŽITOČNOSŤ „oblu“?

Takmer 70% času trávime v uzavretých priestoroch. Preto existuje mnoho aplikácií, ktoré vyžadujú vnútornú navigáciu ľudí a strojov. Najbežnejšie používaným riešením určovania polohy je satelitný GPS/GNSS, ktorý je vhodný pre vonkajšiu navigáciu. Zlyhá vo vnútornom alebo mestskom prostredí, ktoré nie je prístupné jasnej oblohe. Takými aplikáciami sú geoprieskum slumov alebo oblastí pod silnými korunami stromov, navigácia robotov v interiéri, umiestnenie záchranných zložiek pri hasení požiarov, banských nehodách, mestských vojnách atď.

Predchodca oblu bol predstavený ako veľmi kompaktný snímač obuvi (alebo snímač PDR) na určovanie polohy hasičov, ktorý bol neskôr aktualizovaný a upravený ako vysoko konfigurovateľná vývojová platforma pre výrobcov, ktorí hľadajú ľahko presné- dostupné riešenie zotrvačného snímania pre vnútornú navigáciu ľudí i robotov. Používatelia spoločnosti oblu doteraz predvádzali svoje aplikácie pri sledovaní chodcov, priemyselnej bezpečnosti a riadení zdrojov, taktickej polícii, geoprieskumu oblasti bez GPS, samonavigačnom robote, asistenčnej robotike, hrách, AR/VR, liečbe pohybových porúch, porozumení fyzike pohybu atď. oblu je vhodný pre aplikácie s priestorovými obmedzeniami, napr nositeľné snímanie pohybu. Vďaka integrovanému Bluetooth môže byť tiež použitý ako bezdrôtový IMU. Prítomnosť integrovanej schopnosti spracovania s pohyblivou rádovou čiarkou spolu so štyrmi poliami IMU umožňuje fúziu senzorov a spracovanie pohybu v rámci samotného modulu, čo má za následok veľmi presné snímanie pohybu.

Krok 5: PRÍBEH PROJEKTU

Príbeh tohto projektu je vo videu…

Krok 6: POPIS SYSTÉMU

Robot sa pohybuje po vopred naprogramovanej dráhe a prenáša (cez bluetooth) svoje aktuálne informácie o pohybe do telefónu na sledovanie v reálnom čase.

Arduino je predprogramované s dráhou a oblu slúži na snímanie pohybu robota. oblu vysiela informácie o pohybe do Arduina v pravidelných intervaloch. Na základe toho Arduino riadi pohyby kolies, aby mohol robot nasledovať vopred definovanú cestu.

Dráha robota je naprogramovaná ako sada segmentov priamej čiary. Každý segment riadku je definovaný svojou dĺžkou a orientáciou vzhľadom na predchádzajúci. Pohyb robota je diskrétny, to znamená, že sa pohybuje po priamke, ale v menších segmentoch (kvôli jednoduchosti nazývame „kroky“). Na konci každého kroku oblu prenesie dĺžku kroku a rozsah odchýlky (zmena orientácie) z priamky do Arduina. Arduino opravuje zarovnanie robota v každom kroku po prijatí takýchto informácií, ak zistí odchýlku od vopred definovanej priamky. Podľa programu sa má robot vždy pohybovať v priamke. Môže sa však odchyľovať od priamky a môže chodiť v určitom uhle alebo po šikmej dráhe z dôvodu neideálností, ako je nerovný povrch, nerovnováha hmotnosti v zostave robota, architektonická alebo elektrická nerovnováha v jednosmerných motoroch alebo náhodná orientácia predného voľne bežiaceho kolesa. Urobte jeden krok.. opravte nadpis … pokračujte vpred. Robot sa pohybuje aj dozadu, ak prejde viac, ako je naprogramovaná dĺžka konkrétneho segmentu čiary. Ďalšia dĺžka kroku závisí od zostávajúcej vzdialenosti, ktorú je potrebné prejsť od tohto konkrétneho segmentu priamky. Robot robí veľké kroky, keď je prejdená vzdialenosť väčšia, a robí menšie kroky blízko cieľa (t. J. Konca každého segmentu priamky). oblu súčasne prenáša údaje do Arduina a telefónu (cez bluetooth). Xoblu (aplikácia pre Android) vykonáva niekoľko jednoduchých výpočtov na zostavenie cesty na základe informácií o pohybe prijatých od robota, ktoré sa používajú na sledovanie telefónu v reálnom čase. (Konštrukcia cesty pomocou Xoblu je znázornená na druhom obrázku).

Stručne povedané, oblu vníma pohyb a v pravidelných intervaloch komunikuje informácie o pohybe s Arduino a telefónom. Na základe naprogramovanej dráhy a informácií o pohybe (odoslaných oblu) Arduino riadi pohyby kolies. Pohyb robota NIE je diaľkovo ovládaný, s výnimkou príkazov štart/stop.

Firmvér oblu nájdete na

Aurduino kód robota nájdete na

Krok 7: MODELOVANIE CESTY

Robota možno najlepšie ovládať, ak bude kráčať iba po priamych úsekoch. Preto musí byť cesta najskôr modelovaná ako sada segmentov priamej čiary. Obrázky obsahujú niekoľko príkladov ciest a ich znázornenia z hľadiska posunu a orientácie. Takto je cesta naprogramovaná v Arduine.

Podobne je možné v Arduine definovať a naprogramovať akúkoľvek cestu, ktorá je sadou úsečkových segmentov.

Krok 8: MONTÁŽ OKRUHOV

Diagram integrácie systému najvyššej úrovne. Arduino a oblu sú súčasťou zostavy hardvéru. UART sa používa na komunikáciu medzi Arduino a oblu. (Vezmite prosím na vedomie pripojenie Rx/Tx.) Smer toku údajov je len orientačný. Celá zostava hardvéru komunikuje so smartfónom (Xoblu) pomocou bluetooth.

Krok 9: SCHÉMA OKRUHU

Podrobné elektrické prepojenie medzi Arduino, oblu, ovládačom motora a batériou.

Krok 10: KOMUNIKAČNÝ PROTOKOL:

Nasleduje spôsob, akým prebieha dátová komunikácia medzi oblu senzorom namontovaným na robote a smartfóne, t.j. Xoblu:

Krok 1: Xoblu pošle príkaz START na oblu Krok 2: oblu potvrdí prijatie príkazu odoslaním vhodného ACK na Xoblu Krok 3: oblu pošle DATA paket obsahujúci informácie o posunutí a orientácii pre každý krok, v každom kroku, do Xoblu. (krok = vždy, keď sa zistí nulový pohyb alebo sa zistí zastavenie). Krok 4: Xoblu potvrdzuje prijatie posledného DATA paketu odoslaním príslušného ACK na oblu. (Cyklus krokov 3 a 4 sa opakuje, kým Xoblu neodošle STOP. Po prijatí príkazu STOP oblu vykoná krok 5) Krok 5: STOP - (i) Zastaví spracovanie v oblu (ii) Zastaví všetky výstupy v oblu Pozrite si poznámku k aplikácii oblu pre podrobnosti o START, ACK, DATA a STOP

Krok 11: AKO FUNGUJE IMU „oblu“IMU (voliteľné):

Predstavujeme niekoľko odkazov na prehľad Oblu a základný princíp činnosti nožných PDR senzorov:

Dostupný zdrojový kód oblu je zameraný na navigáciu namontovanú na nohe. A je na to najlepšie optimalizovaný. Nasledujúce video popisuje jeho základný princíp činnosti:

Tu je niekoľko jednoduchých článkov o nožných PDR snímačoch: 1. Sledujte moje kroky

2. Pokračujte v sledovaní mojich krokov

V tomto dokumente si môžete prezrieť podrobnosti o počítaní mŕtvych chodcov pomocou nožných senzorov.

Krok 12: Navštívte „oblu.io“(voliteľné)

Pozrite sa na video o možných aplikáciách „oblu“:

---------------- Podeľte sa o svoje pripomienky, návrhy a zanechajte komentáre. Najlepšie priania!

Krok 13: KOMPONENTY

1 oblu (platforma pre vývoj IMU s otvoreným zdrojom)

1 Inteligentný motorový robot Automobilová súprava batériových boxov Rýchly kodér pre Arduino

1 nespájkovateľná Breadboard polovičnej veľkosti

1 prepojovací kábel medzi mužmi a ženami

2 kondenzátor 1 000 µF

1 Ovládače motora Dual Instruments H-Bridge Texas Instruments L293D

1 Arduino Mega 2560 a Genuino Mega 2560

4 Webové služby Amazon AA 2800 Ni-MH nabíjateľné