Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Navigation über Sonnenstand ?
Hallo Zusammen,
nachdem ich gerade einen Artikel in der Zeitschrift "Gehirn und Geist" Nr.2 2006 über die Intelligenz von Bienen und deren Navigationmethoden gelesen habe, frage ich mich, ob es nicht möglich wäre einen Roboter zu bauen, der seine Position über den Sonnensstand bestimmt.
Hat das jemand schon mal probiert ?
Gruss,
stochri
Nun, im Grunde ist das ja die Orientierung nach einem Baken.
Nun, im Grunde ist das ja die Orientierung nach einem Baken.
Ja, simpel gesprochen. Nur das man den Baken nicht extra aufstellen muss und das ist mit Sicherheit ein entscheidender Vorteil.
Die Sehfahrt nutzt diese Art der Navigation ja schon seit Jahrhunderten. Deshalb frage ich mich, ob es nicht auch bei Robotern ginge.
Gruss,
Stochri
Die Sehfahrt nutzt diese Art der Navigation ja schon seit Jahrhunderten.
Meinst Du die Sehfahrt speziell bei guter Sicht? oder die Seefahrt ganz allgemein?
Manfred
Dann bräuchte man doch nur noch ne Uhr, der Lichtsensor und ein Kompass, oder?
Willst du dem AVR die Ephemeriden (http://de.wikipedia.org/wiki/Ephemeriden) für die nächsten Jahre gleich mitgeben, oder soll er die selber berechnen ?
http://www.bruckner.7to.de/nautic/ephemeriden.htm
Also,
hier noch mal eine Erklärung, wieso ich das Thema interessant finde:
Im oben genannten Artikel über Bienen ist beschrieben, dass Bienen nur eine relativ kleine Anzahl von Neuronen ( ca. 100.000 ) haben.
Man kann eine Biene in einen dunklen Schuhkarton packen und irgendwo hin transprotieren. Sie findet immer zu ihrem Bienenstock zurück.
Die These in dem Artikel ist, dass Bienen das Bild ihrer Umgebung kennen und eine gespeicherte Umgebungskarte zur Navigation benutzen. Ausserdem Benutzen sie den Sonnenstand sowie die Polaristaion des Himmelslichtes zur Navigation. Ausserdem haben sie eine sehr genaue innere Uhr.
Aus der Seefahrt ist die Positionsbestimmung über die Lage der Himmelskörper bekannt. Allerdings erreicht man nur eine Genauigkeit im Kilometerbereich.
Da Bienen nur so wenige Neuronen haben, glaube ich nicht, dass sie sich wirklich eine exakte Karte ihrer Umgebung merken können.
Mein These: Sie können schlichtweg viel genauer auf Grund des Sonnnestandes navigieren.
Das könnte z.B. sein, wenn ihre Physiologie irgendwelche Effekte aufweist, z.B. eine sehr genaue Sonnenstandsbestimming über eine Besonderheit ihrer Augen.
Und es wäre sehr interessant diesen Effekt zu finden.
Gruss,
stochri
Eine Besonderheit der Augen ist wohl, das sie polarisiertes Licht erkennen können, ein Parameter mehr.
Ich glaube sie sind auch etwas weiter zu UV hin orientiert.
Nahrungspflanzen werden sie auch am Duft erkennen. Sie werden auch sicher noch mehr mit Duftorientierung machen.
Manfred
Hallo Manfred,
Nahrungspflanzen werden sie auch am Duft erkennen. Sie werden auch sicher noch mehr mit Duftorientierung machen.
Für die Suche nach den Blüten kann das ja gut sein, aber wie ist es mit dem Bienenstock ? Riechen die den auch und was machen Sie, wenn beim Rückflug zum Bienenstock Rückenwind herrscht ? Dann können Sie den Geruchssinn nicht benutzen.
Gruss,
stochri
Für die Suche nach den Blüten kann das ja gut sein, aber wie ist es mit dem Bienenstock ? Riechen die den auch und was machen Sie, wenn beim Rückflug zum Bienenstock Rückenwind herrscht ? Dann können Sie den Geruchssinn nicht benutzen.
Ab 50.000 Neuronen könnte man das höchstwahrscheinlich wie folgt lösen:
Man trägt schließlich das was gut riecht nach Hause und wenn man das zu Hause nicht mehr riechen kann, dann muß es in Windrichtung liegen. O:)
Bienen haben aber, wie oben stand, doppelt so viele Neuronen und kommen sicher noch auf weitere Lösungen.
Manfred
Dann kannst ja auch gleich den Roboter den "Bienen-Tanz" beibringen :p. Wär mal eine alternative Kommunikationsmethode.
Die Bienen haben auch einen sehr genauen Kompass. Als Norden die Sonne. Sie können sehr hoch auflösen.
Jetzt verstehe ich auch wieso einige humanoide Laufroboter so herumzappeln, es muss sich auch um eine Art von Bienentanz handeln.
So blöd es auch klingt, daran gedacht habe ich auch schon mal ob man die Sonne nicht zumindest mit einbeziehen kann in die Navigation meines (leider immer noch in Planung befindlichen) Mähroboters. Blöd nur bei bedecktem Wetter.
Ich weiss ausserdem nicht was meine Nachbarn sagen würden, wenn der Robby plötzlich in der Abenddämmerung stoppt, seinen Sextanten rausholt und aus seinem kleinen Lautsprecher ein gequäcktes " Jupiter Nuuuuull" kommt O:)
FrankyD80
20.04.2006, 19:04
Das Problem bei der Sonnennavigation ist wohl eher das störende Umgebungslicht, was die meisten Sensoren nicht so ohne weiteres herausfiltern. Auch ist eine Bestimmung des Längen und Breitengrades nötig, denn auf der Nordhalbkugel der Erde steht die Sonne leicht anders, als auf der Südhalbkugel zur gleichen Zeit, oder irre ich mich da?
Im Grunde ist es aber schon möglich aus der Zeit (Nacht mal ausgeschlossen)
und der intensivsten Lichtquelle die Himmelsrichtungen zu bestimmen.
Das Problem mit dem Ungebungslicht stellt sich hier ganz deutlich in einem Raum, denn dann ist die hellste Stelle, wenn Lampen aus sind, nämlich das Fenster, was nicht zwingend die Sonne sein muss :(
Kann sein, dass ich mich die geografischen Aspekte bezüglich vollkommen irre, aber wenn man die Parameter
- nur unter freiem Himmel
- störende Lichtquellen entfernen
- definierter geographischer Einsatz
festlegt, ist eine Navigation schon möglich. (Die Bienen schaffen es ja auch)
Es stellt sich mir noch die Frage, was einem Navigation bringt, wenn man den Aktionsradius geografisch begrenzen muss.
Da dies die Chinesen schon im 11. Jahrhundert nach Christi erkannten, nutzen Sie das Magnetfeld der Erde, was sich hier doch viel besser anbietet oder?
Ich denke hier an Magnetfeldsenoren oder gleich GPS.
... Mähroboters. Blöd nur bei bedecktem Wetter.
Vielleicht ist es ganz gut für den Rasen, wenn man nur bei schönem Wetter mäht O:)
Das Problem bei der Sonnennavigation ist wohl eher das störende Umgebungslicht..
Versuch mal bei schönem Wetter in die Sonne zu schauen :-& Ganz schön hell, oder ? Die meisten künstlichen Lichtquellen dürften deutlich dunkler sein, daher kann ich mir nicht vorstellen, dass Störlichtquellen ein Probelm darstellen.
Da dies die Chinesen schon im 11. Jahrhundert nach Christi erkannten, nutzen Sie das Magnetfeld der Erde, was sich hier doch viel besser anbietet oder?
Mit Hilfe der Urzeit ist es relativ einfachm die Himmelsrichtung zu bestimmen. Das sollte ein Roboter locker schaffen.
Viel kompliezierter ist es, den eigenen Längen und Breitengrad aus dem Sonnenstand zu bestimmten, geht aber auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Astronomische_Navigation
Ich denke hier an Magnetfeldsenoren ...
Viel Metall am Roboter ....
Gruss,
stochri
[/quote]
FrankyD80
20.04.2006, 22:22
Sicher und möglich ist vieles.
Aber genauso, wie sich die störenden Lichtquellen abgleichen lassen, läßt sich ein einmal justierter Magnetfeldsensor recht gut nutzen.
Würde mich ja brennend interessieren, wie man mit einem einfachen Lichtempfindlichen Sensor und einer Uhr die Längen und Breitengrade ermitteln soll. Aber ich lass mich immer gerne aufklären.
Die Idee ist aber super. ;)
Stören die Metallteile und insbesondere die E-Motoren eines Robbys mit ihren Magnetfeldern nicht so einen Magnetfeldsensor ?
Dann bräuchte man doch nur noch ne Uhr, der Lichtsensor und ein Kompass, oder?
Eine Echtzeituhr und der Sonnensensor reichen zusammen mit dem Längen- und BReitengrad aus, die Koordinaten kann man dem Bot ja verraten ;-).
Ein Kompass ist nicht erforderlich.
1. Azimuth und Himmelsrichtung aus Datum, Uhrzeit, Länge und Breite berechnen
2. Sensor (z.B. Fotodiode mit kleiner aktiver Fläche und Optik, vertikale Schlitzblende und ggf. Filter mittels Servo horizontal rotieren, bis die Sonne ins Bild kommt --> Fahrtrichtung des Robots
evtl. 3. von unten ein Blech vor der Schlitzblende hochschieben (Servo), bis die Sonne weg ist, dann hat man auch den Höhenwinkel. Diesen kann man noch mit dem berechneten vergleichen, und so eine Neigung des Fahrzeugs in dieser Richtung erkennen..
Alternativ mit Kamera und Fish-Eye Objektiv und Bildverarbeitung die Sonne finden.
Welche (messbare) Strahlung der Sonne geht eigentlich durch Wolken?
IR, UV?
Sigo
Oder so, dann weiß man eigentlich wo man ist, es fehlt nur noch an genauigkeit, und die wird mit dem Sonnenstand berechnet. Ich finde das ganze hoch interessant, aber die Umsetzung in den AVR ist bei mir noch Wunschgedanke :(
FrankyD80
21.04.2006, 09:28
meistens sind ja Kunststoffe oder Leichtmetall wie Alu verbaut, die das Magnetfeld nicht erheblich beeinträchtigen. Ich muss aber zugeben, dass ein Magnet in der Nähe die kleinen Magnetfeldsensoren schon erheblich stören würden.
Reines Metall (im moderaten Maße) lässt sich jedoch, da die Störung ja permanent in der selben Stärke vorliegt "herauseichen", also abgleichen.
Wenn ich weiss, dass ne Uhr 5 Minuten vorgeht, weiss ich auch, wie spät es wirklich ist. Ok, ich bin kein Erklärbär, aber ich hoffe, dass rübergekommen ist, was ich sagen wollte.
Der Magnetfeldsensor ist natürlich die einfachste Lösung. Aber die mit mehr Spass und Gehirnschmalz ist schon die Lichtausrichtung und Asimutbestimmung. Wie oben beschrieben sind aber optimale Verhältnisse nötig. Würde gerne Erfolgsmeldungen hören.
-Zum Rasenmäher noch:
wäre nicht so toll, wenn ne Fensterscheibe blendet und der Bot den Goldfischen im Gartenteich vom Nachbarn die Algen abmäht ;)
Eine Echtzeituhr und der Sonnensensor reichen zusammen mit dem Längen- und BReitengrad aus, die Koordinaten kann man dem Bot ja verraten Zwinkern.
Ähm, ich dachte, wir wollen den eigenen Längen und Breittengrad aus dem Sonnenstand bestimmen. Nur die Richtung aus dem Sonnenstand zu bestimmen, lernt man ja schon in der Schule: http://home.arcor.de/m.panitzki/html/navigation/kompass.htm, hier der Punkt 3.4.1.2. Tageszeit
Will man einen Roboter bauen, der aus dem Sonnestand die Himmelsrichtung bestimmt, könnte man einfach einen Schattenstab verwenden. In der Nähe des Stabes plaziert man einen Lichtsensor und dreht den Roboter so lange, bis der Sensor im Schatten steht. Mit Hilfe der Uhrzeit läst sich die Richtungsbestimmung korrigieren ( siehe obiger Artikel ).
Bei der Schiffsnavigation wird ja der Längen und Breitengrad, d.h. die eigene Position bestimmtn. Allerdings werden dort eher die Sternenbilder als der Sonnenstand verwendet.
Es ist alles eine Frage der Genauigkeit. Bei Schiffen liegt Genauigkeit der Bestimmung der eingenen Position im Kilometerbereich. Am interessantesten wäre meiner Meinung nach die Frage, was der limitierende Faktor für die Genauigkeit ist.Kennt jemand einen Kapitän, oder hat jemand den Segelschein ? Dann müsste er das ja eigentlich wissen.
Gruss,
stochri
meistens sind ja Kunststoffe oder Leichtmetall wie Alu verbaut, die das Magnetfeld nicht erheblich beeinträchtigen. Ich muss aber zugeben, dass ein Magnet in der Nähe die kleinen Magnetfeldsensoren schon erheblich stören würden.
Reines Metall (im moderaten Maße) lässt sich jedoch, da die Störung ja permanent in der selben Stärke vorliegt "herauseichen", also abgleichen.
Ursprünglich dachte ich auch, Magnetismus wäre eine super Idee.
Ich habe festgestellt, das wen man einen Neodyn-Magnten an ein Schnur hängt, dies einen erstaunlich empfindlichen und schnellen Komapass ergibt.
Daher habe ich einen dieser Magneten in einen Schwimmkörper eingegossen und in ein kleines Wasseröhrchen gepackt. Das ganze habe ich dann auf meinen Roboter gestellt. Ich musste allerdings feststellen, dass sich der Magnet auf das Metall der Motoren ausrichtet.
Gruss,
stochri
Ich hatte auch mal gedacht, mit einem Kompass dem Bot bei zu bringen, einen geraden Kurs zu fahren. In der Wohnung oder im Garten einer Wohnsiedlung ist das Erdmagnetfeld leider so stark gestört, das der Bot die tollsten Schlangenlinien fährt.
Eine Echtzeituhr und der Sonnensensor reichen zusammen mit dem Längen- und BReitengrad aus, die Koordinaten kann man dem Bot ja verraten Zwinkern.
Ähm, ich dachte, wir wollen den eigenen Längen und Breittengrad aus dem Sonnenstand bestimmen. Nur die Richtung aus dem Sonnenstand zu bestimmen, lernt man ja schon in der Schule: http://home.arcor.de/m.panitzki/html/navigation/kompass.htm, hier der Punkt 3.4.1.2. Tageszeit
[...]
Gruss,
stochri
Aber das bekommt man nicht so genau hin, wie du bereits sagtest, kommt man auf ein paar km, und was soll man damit anfangen?
Die Bienen interessiert ja auch nur die Richtung und Bahnverfolgung zurück zum Stock. Die ermitteln auch keine Längen- und Breitengrade sondern die Richtung..
Mit Fassettenaugen dürfte es ja nicht so schwer sein, wenn nur wenige Augen die Sonne sehen... das ließe sich ja mit nem Fish-Eye + CCD-Chip nachbilden..
FrankyD80
21.04.2006, 16:44
@ Vogon
Vielleicht wars auch der Chip für künstliche Intelligenz und das Ding wollte einfach nur weg ?? ](*,)
Mich würde mal interessieren, inwieweit ein Piezokreisel oder was es da so gibt, den Bot zum gerade fahren bewegen könnte. Hat da jemand Erfahrungen ? Wie gerade wird so eine kreiselüberwachte Fahrt ?
Aber das bekommt man nicht so genau hin, wie du bereits sagtest, kommt man auf ein paar km, und was soll man damit anfangen?
Die Anfangsfrage dieses Threads war ja auch, kann eine Biene ihre Position genauer bestimmten, als es die Schifffahrt kann. Und kann man einen Roboter bauen, der das auch kann.
Die Bienen interessiert ja auch nur die Richtung und Bahnverfolgung zurück zum Stock. Die ermitteln auch keine Längen- und Breitengrade sondern die Richtung..
Und genau das stimmt so nicht. Das zeigt eben das Experiment mit der Biene in der Schachtel, die man irgendwohin transportiert und dann frei läßt. Sie kann dan auf direktem Weg zu ihrem Stock zurückfliegen. Und die richtige Richtung zum Stock kann sie nur berechnen, wenn Sie ihre eigene Position kennt. Würde Sie nur nach Himmelsrichtung fliegen, würde sie bei einem seitlichen Versetzen der Schachtel am Bienenstock vorbei fliegen.
Mitlerweile weis ich aber schon sehr viel mehr und zwar durch die Facharbeit eines Gymnasiasten http://www.quantumholism.com/downloads/Facharbeit98.pdf . Das sollte sich übrigens jeder mal anschauen. Wenn das die Meßlatte für Facharbeiten an Gymnasien ist, dann hängt die Meßlate mitlerweile ziemlich hoch. Es ist übrigens eine sehr interessante Arbeit, die einige Ideen zur Robternavigation beinhalten, die sich vielleicht umsetzen lassen.
Die Facharbeit handelt zwar von der Navigation von Ameisen, viele Eigenschaften dürften aber auch bei den Bienen zu finden sein.
Es gibt auch schon seit längerer Zeit einen Roboter, der diese Prinzipien umsetzt:
http://www.ifi.unizh.ch/ailab/robots/pictures/8-sahabot2_side.jpg
Sahabot2
.... Das sollte sich übrigens jeder mal anschauen...
Hab es durchgelesen. Du hast Recht, die Arbeit finde ich wirklich "Sehr Gut"
Dabei habe ich mir mal Gedanken zu meinem eigenen Navigations-Verhalten gemacht. Die beschriebene Vektor-Navigation benutze ich anscheinend auch. Ob mit dem Auto im Grosstadt-Dschungel, irgendwo in der Prairie, oder zu Fuß im Wald, ich hab immer eine relativ kurzen Heimweg gefunden. :-k
Hallo,
es gibt Roboter, die genau das machen. Eines der Projekte hier an der Uni names Zoe verwendet einen sog. "Sonnentracker", um seine Position zu bestimmen.
Hier ein Link auf die Projektwebseite:
http://www.frc.ri.cmu.edu/atacama/info_html
und hier einer zu weiteren Infos/Paper des Trackers:
http://www.ri.cmu.edu/pubs/pub_5129.html
Lg,
Jomaii
und hier einer zu weiteren Infos/Paper des Trackers:
http://www.ri.cmu.edu/pubs/pub_5129.html
Sehr interessant. Wenn ich es richtig verstanden habe, liegt die Standartabweichung des Winkels mit dem größten Fehler bei 0.4° ( zumindest kurzfristig). Langfristig geben die 2° an. ( Ich hoffe, ich habe das richtig verstanden, vielleicht kann mich ja jemand korrigieren )
Damit müsste sich also auf der Erde eine Positonsgenauigkeit von
40000KM/360°*0.4°=44km ergeben
Das ist um einiges genauer, als das was in der Schiffahrt mit manuellen Methoden erreicht wird.
Will man es für einen Rasenmäher-Roboter verwenden, braucht man wohl ein ziemlich großes Grundstück.
Gruss,
stochri
FrankyD80
23.04.2006, 01:01
Schade eigentlich, dass es so ungenau ist.
Aber gerade beim Thema Rasenmäher ist doch eine Begrenzung der Fläche sinnvoller, als dem Bot die Arbeit zu überlassen zu navigieren, oder?
Ich denke an Lichtschranken oder Induktionsschleifen, um "Spielfeldgrenzen" oder ebend die zu mähende Fläche zu gebrenzen.
Wo ich das mit dem Aufbau der Augen von Insekten im gelesen habe, kam mir die Idee über eine Funkverbindung und eine Senderbarke die Position und Entfernung zu selbiger herauszufinden.
2 Empfänger am Bot, um über die Laufzeitunterschiede die Richtung heraus zu bekommen, und die Laufzeitmessung im Allgemeinen zur Entfernungsbestimmung.
Sicher sehr aufwändig, aber vielleicht hat jemand Erfahrung in diesem Bereich? Dopplerradar und ähnliches arbeiten mit ähnlichem Schema, komplexer und genauer, aber für eine Navigation im mittleren Sinne doch vorstellbar?
Aber gerade beim Thema Rasenmäher ist doch eine Begrenzung der Fläche sinnvoller, als dem Bot die Arbeit zu überlassen zu navigieren, oder?
Naja es spricht schon einiges dafür, das der Mäher seine Position genau kennt und genau navigieren kann.
So könnte er dann systematisch in geordneten Bahnen den Rasen mähen, ähnlich wie es auch ein Mensch machen würde. Das würde zum einen Energie sparen, da das Mähen der gesamten Fläche dann viel schneller erledigt wäre als beim ziellosen "umherirren" auf der Fläche. Natürlich würde es nicht nur Energie also Stromkosten sparen, sondern der Robby nutzt sich mechanisch auch viel weniger ab, Antrieb, Messer etc. Ganz nebenbei würde die gemähte Fläche auch einen schöneren Eindruck machen, Stichwort Fahrspuren.
FrankyD80
23.04.2006, 14:45
Da gebe ich dir vollkommen Recht.
Doch das der Nutzen nicht im Verhältnis zum Aufwand steht, dürfte doch klar sein, oder?
Kennst du dich mit Algorithmen aus, die den Bot vielleicht auch ohne Navigation dazu befähigen würden, systematisch und sparsam alleine durch die Randbegrenzung zu arbeiten?
Ich denke da an das Prinzip: - Rand entlang mähen und Parameter einlesen, dann die optimale Routenverteilung ermitteln und loslegen.
Zugegeben, hier ist nicht berücksichtigt, dass sich in der Fläche "arbeitslose" Teilflächen befinden können. Aber es sind ja die Ausnahmen, die aus a=b eine kompliziertere Formel werden lassen ;)
Mach dir halt deine eigene Sonne im Garten. Einen (modulierten) IR-Strahler auf die Nordseite, wo die Sonne eher nicht scheint.
sigo
Also ne Bake, die statisch ist, das hat dann aber nix mehr mit Sonnenstand zum tun!
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