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Mal ne Frage, ich möchte drei Sensoren im Raum anbringen(z.B. an der Decke), an denen sich der Roboter orientieren kann. Hier die Fragen:
Wie sollte ich die kommunikation zwischen Roboter und den Sensoren Zustande bringen.
- Wenn sichtverbindung besteht
- Am besten auch wenn keine Sichtverbindung besteht.
Der ROboter muss die Entfernung von allen drei Sensoren berechnen können...
Ich bin gespannt, was Ihr für Vorschläge habt
Wieso gerade "3 Sensoren im Raum" ?
Wie groß ist der Raum?
Welche Auflösung soll/muss es sein?
Ist Dein Projekt zeitkritisch?
Wie hoch ist die Decke?
Kann die Robi fliegen, oder bewegt er sich nur 2D auf dem Boden?
Also ich will so eine Art MINIGPS bauen, es gibt mindestens drei Sender an der Decke(ich glaube/hoffe es sollte egal sein, wie hoch die Decke ist). Drei weil man mindestens drei Punkte in einer Umgebung braucht um seine Position exakt zu bestimmen.
Der Roboter soll jetzt in der Lage sein, von diesen mindestens drei Punkten immer seinen Abstand exakt bestimmen zu können.
Erstmal einfach, wenn immer Sichtverbindung besteht. Wie würdet Ihr das machen. Achso und eine Schwierigkeit kommt hinzu, der Roboter muss wissen, welches welcher Sender ist.
Vielleicht könnte man es ja so machen, dass man zum Beispiel drei veschiene Farbklekse an der Decke hat, der Roboter sucht sie, peilt Sie an und misst... Habt ihr weitere Ideen???
Also bei JuFo habe ich das mal mit IR-Licht-Sendern gesehen!
Der Bot sendet ein Signal an alle Einheiten an der Decke ab und die senden sofort zurück.
Der Bot muss dann nur die Zeit messen und vergleichen bzw. berechnen!
Wenn Ihr mal in den Downloadbereich schaut findet Ihr dort die Daten der Sharp-Sensoren. Die nutzen genau das aus (die berechnen keine Zeiten - das geht nicht, s.u.) - allerdings haben die Teile gravierende Nachteile (z.B. den, dass die Sensoren bei Überschreitung der zugelassenen Entfernung um mehr als 200% absolut unbrauchbare Rückmeldungen geben). Weiterer Nachteil: die Teile gehen nur bis maximal 2 m.Zitat:
Zitat von Florian
Es gibt auch Ultraschallsensoren; die haben eine größere Reichweite (aber auch Nachteile).
Das GPS (so etwas scheinst Du nachbauen zu wollen) nutzt Laufzeitdifferenzen von synchronisierten Satelliten aus - das in einem Zimmer machen zu wollen kommt IMHO an die Grenze der Möglichkeiten eines ambitionierten Amateurs da die LAufzeitdifferenzen dann im Bereich von 10E-7 sekunden (bei s = 10m) liegen...
Gruß
REB
P.S. Trigonometrische Methoden wären denkbar aber wie baut man dann einen Empfänger der idealerweise nur einen Lichtstrahl und kein divergentes Bündel empfängt?
Die Laufzeiten von Licht sind, wie von REB ausgeführt so gering, dass eine Auflösung im Meter-Bereich schon eine extrem hohe Geschwindigkeit erfordert.
Trigonometriesche Methoden haben den Nachteil, dass der Roboter entweder in alle Richtungen messen oder vorher schon die Position der Sender kennen muss.
Das ließe sich mit einfachen Mitteln umsetzen, wenn der Bot ein recht langsames Signal (z.B. US) sendet und man die Laufzeit der IR-Impulse zurück vernachlässigt. Dann Sendet der Bot einen Impuls und kriegt von jedem "Sender" ein Signal(jeweils unterschiedlich moduliertes IR-Licht wäre eine Möglichkeit), sobald sein Impuls da ist(natürlich dürften die US-Sensoren der 3 Sender nur auf den ersten Impuls in einer bestimmten Zeitspanne reagieren.).Zitat:
Also bei JuFo habe ich das mal mit IR-Licht-Sendern gesehen!
Der Bot sendet ein Signal an alle Einheiten an der Decke ab und die senden sofort zurück.
Der Bot muss dann nur die Zeit messen und vergleichen bzw. berechnen!
Denkansatz:
Wenn Dein Bot wissen möchte wo er sich gerade innerhalb seiner Welt befindet, soll er doch einfach fragen!
Dazu schickt er mit Lichtgeschwindigkeit(Funk/IR) eine Anfrage an zwei/drei Informanten (Sensoren) gleichzeitig oder zeitversetzt (sequentiell). Die Informanten befinden sich an bekannten Punkten innerhalb oder außerhalb „seiner Welt“.
Die Informanten beantworten die Anfrage indem sie ein „langsames“ (z.B. Ultraschall) als Feedback zurücksenden.
Der Bot empfängt diese Signale, ordnet sie den Absendern zu und berechnet (Trigometrie / Triangulation) anhand der Laufzeit die jeweiligen Abstände zu den Sendern und ermittelt daraus seine Position im Koordinatensystem.
Wird eine sehr hohe Genauigkeit bei der Positionsbestimmung benötigt sollte man eine Referenzmessung mit einbeziehen. Dazu genügt ein weiterer Empfänger in genau vermessenen Abstand(z.B. 1 m = Referenzmaß) von einem der Sender.
Hardwareseitig sollten Funkwellen kein Problem sein (kugelförmige Ausbreitung). Entscheidet man sich für IR, ist eine Streuung durch Linsen oder über Deckenreflektion denkbar.
Wie gesagt, nur ein erster Denkansatz. Vielleicht kannst Du ja etwas damit anfangen.
@gottfreak
Ist ja der Hammer, da haben wir wohl die gleichen Gedanken gehabt. Sorry - habe Dein Posting erst gesehen, nachdem ich meines abgeschickt hatte.
Eine der Probleme bei Verwendung der Schallsensoren liegt darin, dass die Empfänger nicht zwischen direktem Signal und reflektiertem Signal unterscheiden können.
Will heißen: Wenn z.B. drei Bojen so still vergnügt drei US-Signale aussenden könnte es sein dass der Bot Signal1, Signal2, reflektiertes Signal1 und Siganl 3 in dieser Reihenfolge empfängt. Dann wäre die ganze Messung für'n A.... da dann die Laufzeiten nicht mehr stimmen.
Das leise sich zwar u.U. dadurch beseitigen, dass kontinuierliche Messungen vorgenommen werden und man gewichtete Mittelwerte nimmt; ist aber für mein dafürhalten sehr rechenzeitintensiv.
Ich würde eher der trigonometrischen Methode den Vorrang einräumen...
Gruß
REB
Irgendwo hab ich von einem Projekt gelesen das das realisiert hatte. Allerdings mit IR UND Ultraschall.Zitat:
Zitat von REB
Im Prinzip war es eine Laufzeitmessung per Ultraschall.
Es wurde aber jeweils gleichzeitig ein Ultraschallimpuls und ein IR-Impuls losgeschickt. Der IRImpuls hat die Messung des USImpuls im Empfänger gestartet.
Im Allgemeinen kann man doch aber davon ausgehen das der erste empfangene Impuls der richtige naheste ist, Reflektionen kommen ja später an.
Gruß, Sonic
@REBZitat:
Eine der Probleme bei Verwendung der Schallsensoren liegt darin, dass die Empfänger nicht zwischen direktem Signal und reflektiertem Signal unterscheiden können.
Will heißen: Wenn z.B. drei Bojen so still vergnügt drei US-Signale aussenden könnte es sein dass der Bot Signal1, Signal2, reflektiertes Signal1 und Siganl 3 in dieser Reihenfolge empfängt. Dann wäre die ganze Messung für'n A.... da dann die Laufzeiten nicht mehr stimmen.
- In einem Raum kommen Reflexionen immer später an, als das eigentliche Signal. Wie ich in meinem Beitrag bereits schrieb, können die "Heulbojen" sequentiell abgefragt werden.
Bot schickt Signal an Boje 1 und wartet dann auf die Antwort. Danach folgt 2 und 3
Die sequentielle Abfrage bietet eine Menge Vorteile und erleichtert die Lösung der Aufgabe enorm. Allerdings ist ein kleiner Zeitverlust in Kauf zu nehmen, was aber nur bei sich sehr schnell bewegenden Robies problematisch wäre.
Angenommen die Bojen wären durchschnittlich 5 Meter vom Robi entfernt, dann würde der Schall bei einer Geschwindigkeit von 333 m/s ca. 15 ms benötigen. Bei 3 Messungen also maximal 50 ms.
Während der Schall unterwegs ist, hat ein MC doch alle Zeit der Welt um Berechnungen vornehmen zu können.Zitat:
Das leise sich zwar u.U. dadurch beseitigen, dass kontinuierliche Messungen vorgenommen werden und man gewichtete Mittelwerte nimmt; ist aber für mein dafürhalten sehr rechenzeitintensiv.
Gruß Herrma
Also so in etwa hatte ich es mir auch vorgestellt.
Also müsste es doch gehen, wenn ich Boje 1 einprogrammiere zu schreien und zu blitzen, wenn der Roboter einmal Blitzt.
Bei Boje zwei wenn der Roboter innerhalb einer Zeit zweimal blitzt.
Wenn dann also eine Boje blitzt und schreit, kommt sozusagen der Blitz sofort an, der Roboter zählt und wenn dann endlich mal der Schall angelatscht kommt hört er auf.
Und dass er es nicht mit einer Reflexion zu tun hat weiß er ja aufgrund der Chauchy-Schwarzchen Ungleichung, das AC<AB+BC.
...
Mit einfach zählen ist es nicht getan. Du brauchst schon eine stabile Frequenz um exakt die Zeit messen zu können. Ein Quarzoszillator würde reichen. Dagegen sind Keramikschwinger, RC-Glieder oder gar interne Taktgeber zu instabil und würden eine exakte Messung unmöglich machen.Zitat:
Wenn dann also eine Boje blitzt und schreit, kommt sozusagen der Blitz sofort an, der Roboter zählt und wenn dann endlich mal der Schall angelatscht kommt hört er auf.
Die Frequenz würde ich der Entfernung zu den Heulbojen so anpassen, dass man stets mit 16-Bit Zählern klar kommt.
Da die Schallgeschwindigkeit in Luft Temperaturabhängig ist, solltest du Referenzmessungen vorsehen und diese mit in deine Berechnungen einbeziehen. Es würde zwar genügen eine Referenzmessung stündlich zu machen, aber programmiertechnisch wäre eine 4 Messung(Referenz) einfacher und Du hättest sozusagen eine Referenz pro Abfrage.
CU Herrma
Soll der Raum wirklich so frei von Hindernissen sein, daß eine Abschattung des direkten Signals und eine alleinige Ankunft des reflektierten Signals ausgeschlossen werden kann?Code:In einem Raum kommen Reflexionen immer später an, als das eigentliche Signal.
(Das wäre ein mathematischer Ansatz, leere Turnhalle mit sphärischen Kühen, :-k aber machbar. :-s )
Es gibt ja praktische Systeme die mit optischen Reflexionsmarken arbeiten (optische Peilung) kombiniert mit Messung des Abstandes zu Wänden mit optischer Triangulation (siehe Sharp) oder Ultraschall (Laufzeit).
Warum machen die das so? Ich nehme an, weil sie die Entfernungsmesser sowieso gerne hätten, um sich vor Kollisionen zu schützen, und Reflexmarken in charakteristischen Positionen um eine Eindutigkeit bei der Orientierung zu gewährleisten.
Manfred
@Nanf
Na klar Mann!
Der Robi bewegt sich auf einer Ebene(2D) und es besteht freie Sicht zu den Heulbojen. Die müssen aber nicht unbedingt an der Decke hängen.
Mit der optischen Peilung habe ich mich schon einmal sehr lange und intensiv beschäftigt. Fazit: Hochkompliziert und selbst mit professioneller Hardware sehr ungenau. Da kannste auch gleich mit Kanonen auf Deine sphärischen Kühe ballern.
Die Vorgabe war ziemlich eindeutig: Raum mit Sensoren an der Decke. Also gehe ich davon aus, das freie Bahn besteht und dann gilt meine Aussage: " In einem Raum kommen Reflexionen immer später an, als das eigentliche Signal." mit dem Zusatz, ",wenn keine Hindernisse im Weg sind." :-)
Oder?
Warum Sharp u.a. das SO machen, kann ich Dir nicht sagen, ist mir auch egal. Aber wahrscheinlich rechnen deren Ingenieure auch noch mit dem Abakus und wohnen in Tropfsteinhöhlen - weil schon immer SO war.
Gruß Herrma
Reflektionen können doch garnicht zum Problem werden !?
wenn die "Kommunikation" per IR läuft, besteht doch grundsätzlich immer Sichtkontakt
Momentan muss ich euch sagen habe ich noch keinen wirklich genauen Plan, wie das laufen soll, nur möchte ich eben eine Art Mini GPS bauen.
Also meine eigene Aufgabenstellung lautet, welche Möglichkeiten gibt es, dass sich ein Roboter in einem unbekannten Terrain zurechtfindet... egal wie, aber sehr genau um zum Beispiel eine Karte zu erstellen. Ich weiß das THema wurde schon häufig diskutiert, aber ich will es eben auch realisieren.
Wenn man man vom Preis Absieht, wäre es doch auch möglich eine schwenkbare KAmera zu nehmen, die nach einer farbigen Boje sucht und wenn sie die entsprechende Farbe gefunden hat dann mit einem entsprechenden Mittel (vielleicht Laser... jaja unbemannter Raum) die entfernung misst...
Das wäre aber doch nur ein Problem wenn das original Signal überhaupt nicht ankommt sondern NUR die Reflektion. Ok Das ist ein Sonderfall über den man nachdenken muss. Aber das könnte man ja durch geschicktes Plazieren der Sensoren minimieren. Dumm wirds wenn der Robbie unter einem Tisch sitzt und keinen der Sensoren sieht.Zitat:
Zitat von Manf
Grundsätzlich würden ja 2 Bojen für die Triangulation ausreichen. Bei 3 hätte man schon ein zusätzliches Kriterium um solche Fälle zu erkennen.
Alleine auf diese Methode würde ich mich auch nicht verlassen. Ich würde schon einen "Schrittzähler", in welcher Art auch immer, einbauen und beide Ergebnisse der Systeme miteinander vergleichen. Dann könnte man Fehlmessungen ausschliesen. Die Bojen würde ich als Referenzmessung nutzen. Allerdings muss man sich dann fragen, was genauer ist.
Gruß, Sonic
Also wenn ich mich nicht ganz Irre sind doch drei Bojen minimum oder? denn es gibt doch von zwei Bojen aus gesehen immer einen ganzen Schnittkreis und diesen kann man doch nur über eine dritte Boje auf einen Punkt reduzieren...?!?!
OK Schrittzähler sollte man dann auch verwenden, falls mal keine Boje sichtbar ist...
Ich merke es wird schon wieder komplizierter als ich dachte :-)
Ja, es gibt zwei mögliche Positionen. Aber wenn man die Sensoren/Bojen geschickt aufhängt, dann kann immer nur eine davon richtig sein. Die IR-Empfänger empfangen ja auch nur nach einer Seite. Wenn mein Robbie beim Schreibtisch losfährt und 10s später auf der anderen Strassenseite sein soll kann ja was nicht stimmen ;-)Zitat:
Zitat von JohnMcClane
Ich geh bei meinen Projekten davon aus das der Roboter selber immer versucht seine Position über die Bewegung zu verfolgen. Solche Bojen wären dann für eine Referenzmessung gedacht (bei mir jedenfalls). Dazu müssten die aber genauer sein als mein Schrittzähler zählt. Sonst wärs ja sinnlos.
Gruß, Sonic
Das stimmt! Wie genau bist Du denn mit Deinem Schrittzähler??
Tja, das kommt eben drauf an. Bei Schrittmotorantrieb ziemlich genau. Bei normalen kommts auf die Encoderscheibe an. Bei beiden gibts aber auch noch Schlupf, je nach Untergrund. Außerdem kommts ja dann auch noch drauf wie lange man fährt ohne zu messen...Zitat:
Zitat von JohnMcClane
gruß, sonic
Die Genauigkeit des Schrittzählers sinkt mit der Zahl der gemachten Schritte. Die Genauigkeit der Peilung ist davon unabhängig.
Manfred
also ist es eben schon unabdingbar nach einiger Zeit eine Referenzmessung zu machen... Wie macht Ihr das sonst außer mit nem Ortungssystem???
Moin moin, sehr interessantes Thema.
Also zusammen gefasst: Ein Objekt soll mit Hilfe von 3 Punkten in einem 3D-Raum seine Position bestimmen, den genauen Abstand zu jedem der drei Punkte "wissen" und auch noch jeden der drei Punkte individuell erkennen. Ist das so korrekt?
Wenn ja:
1. Man kann doch eine "Richtung der höchsten Energie" anpeilen. Bei Licht fällt mir da unser Schulprojekt "Solarfläche mit Motor zur Sonne ausrichten" ein,
2. Es ist doch möglich, eine ziemlich genaue Winkelmessung elektronisch vorzunehmen, Sensoren an Schrittmotoren zum Beispiel,
3. Kodierte Sender unterscheiden ist trivial. Ob nun Schallfrequenz, Funkfrequenz oder Information, ob Lichtfarbe/frequenz.
Also: Als Beispiel gedacht, hängst man drei verschieden farbige Lampen in diesen Raum. Das Objekt wählt rot als Bezugsrichtung. Es peilt dann grün und blau über Winkelmessung an. Das Objekt bewegt sich ein Stück im Raum fort. Dann das ganze wieder von vorn. Über die verschiedenen Winkelwerte berechnet das Objekt dann seine Position und die der Lampen.
Ich hoffe, das Bild unten trägt zur Verwirrungsminderung bei.
Bild hier
Bin ich nah dran oder wars so nicht gedacht?
Wie wärs mit Bildverarbeitung ?
Mit CCD oder CMOS Sensor.
Wenn im Raum 3 genau definierte Gegenstände sind, wie Lampen oder Vasen, was auch immer. Kann die CPU anhand der gemessenen Abstände in Pixeln, seine Position ausrechnen, wie bei GPS.
Gruß
Korthy
mhhh Ich finde die Idee mit den WInkeln nicht schlecht, nur man müsste eine wirklich hochauflösende Winkelverstellung ermöglichen, so eine Art Kompassmodul, denn wenn sich der Roboter bewegt ändern sich die WInkel ja nicht großartig...
Das Problem mit den Pixeln wird sein, dass der Gegenstand von jedem Betrachtungswinkel aus genau gleich groß sein muss! SOmit bleibt nur die Lösung Ball an der Decke. Aber keine schlechte Idee
Also 1° Auflösung ist bei Winkelgebern keine Zauberei, und reicht auch, denke ich.
Die größe der Gegenstände ist nicht so wichtig, da Du mit der Bildverarbeitung eh immer den Mittelpunkt des Gegenstands berechnest, bevor Du den Winkel ausrechnest ec.. Du lernst 2 oder 3 Referenzbilder pro Gegenstand ein, der Rechner Rechnet dann die Größen hoch oder runter usw.
Mfg
Korthy
ohhh scheint kompliziert zu sein...
Habe auch mal über ein US- GPS nachgedacht. Die Bojen u. der Robbi werden durch ein DCF 77 Signal getaktet( gleichgeschaltet), die Bojen geben einen Signal mit Textinhalt ab , ähnlich GPS . Da sind dann der Absender und die Sendezeit enthalten. Der Robbi weiß die Positionen der Bojen im Raumkoordinatensystem . Er ermittelt die Laufzeit u. kann dann rechnen. Echos kann man auschließen , da das Signal mit der gleichen Sendezeit ja schon verarbeitet wurde. Vieleicht ein Ansatz ???
Dieser Ansatz ist nicht schlecht.Zitat:
Zitat von HeJa
Was hält davon ?
Der Roboter sendet ein codiertes 433 Mhz Funksignal zu drei "Bojen" diese empfangen das Signal und werten erstmals das Signal aus (bin ich gemeint).
Anschließend sendet die Boje einen Code zurück.
Und über die Laufzeit kann man die Entfernung berechnen.
Durch das ansprechen der Boje über den Roboter hätte man den Vorteil,
dass sich die Laufzeit verdoppelt (erst hin, dann auswerten und zurück).
Der Bauteilaufwand hält sich auch noch in Grenzen, da es bereits sehr günstige Sender/Empfänger für 5-6€ gibt.
Nur was könnte man für eine Genauigkeit erreichen ?
Info: Die 433Mhz Module arbeiten mit dieser Trägerfrequenz und das eigendliche Signal wird aufmoduliert (z.B. 1Khz).
Bis bald
Grüße aus Bayern
Christian
Wie ist die Frage gemeint?Zitat:
Nur was könnte man für eine Genauigkeit erreichen ?
Mit den kHz Signalen die aufmoduliert sind könnte man immerhin unterscheiden ob der Partner gleich hier ist oder 150km weit weg. Das kann man auch am Ausbleiben der Antwort feststellen. Im Zwischenbereich ist die Lokaliserung nicht so geanu. Um auf kürzere Entfernungen zu messen, müste man dann die Taktrate entsprechend erhöhen.
Oder wie?
Manfred
Hallo Manfred,
vermutlich ist mir da ein Gedankenfehler unterlaufen,
da auch ein aufmoduliertes Signal sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.
Dieser Laufzeitunteschiede können wir sicherlich mit unseren AVR's nicht mehr messen.
Dies ist nur mit Schall möglich.
Mein Problem ist die Reichweite, es gibt für den Innenbereich bereits gute Beispiele
siehe http://www.convict.lu/Jeunes/beacon.htm
Da ich meinen Robot im Freien betreiben will, muss ich natürlich den Infrarot-Part durch
einen Funkmodul ersetzen.
Als nächstes Probelm währe noch die Reichweite der US-Sender,
diesen könnte man evtl. durch einen Piezo-Horn aus dem Hifi Bereich ersetzen.
Das ganze könnte doch klappen, oder ?
Bis bald
Grüße aus Bayern
Christian
Sicher kann man mit Ultraschall Laufzeitmessungen machen.
Es ist eine Frage der Eingangsleistung und der Signalauswertung wie weit man damit kommt. Ohne besodere Maßnahmen wohl so um die 3 Meter.
5m müssten gut machbar sein und mit ein paar Tricks sicher auch 10-15m.
Es kommt wohl darauf an welchen Aufwand man einsetzen will.
Manfred
Hallo Manfred,
mit einer Reichweite von 5-15m komme ich leider nicht ganz aus.
Für mein Rasenmäherprojekt benötige ich ca. 40-50m mit Hindernissen (Haus u. Garage).
Also komme ich mit Ultraschall wahrscheinlich nicht weiter.
Aber vieleicht kannst du mir einen Tipp geben, was es noch für Möglichkeiten gibt.
Die Genauigkeit sollte so um die 10cm liegen.
Vielen Dank
Grüße aus Bayern
Christian
Die Begrenzungsschleife scheint sich ja bewährt zu haben bei den Rasenmähern, die hier schon besprochen wurden.
Die ist ja auch schon mal eine Orientierung zu der man immer wieder findet.
Die Rasenmäher kommen wohl mit der Begrenzung und mit dem Loggen aus, also dem Nachsteuern der Positionsberechnung anhand der ausgeführten Bewegung.
Warum glaubst Du daß das nicht reicht?
Manfred
Hallo Manfred,
wenn der Rasenmäher mit System mähen soll kommt man um die Navigation nicht herum.
Die fertigen Rasenmäher arbeiten alle nach dem Zufallsprinzip.
Vermutlich nur aus Kostengründen oder vieleicht auch wg. der doch nicht so einfachen Positionsbestimmung.
Bis bald
Grüße aus Bayern
Christian
Im Freien und oberhalb der Reichweite von Ultraschall kann man sicher etwas mit Peilung machen. Optisch mit modulierten Baken, mit Richtantenen oder techinsch vielleicht mit geringstem Aufwand mit Magentdipolen.
Mit einer Ferritantenne, die man auf den jeweiligen Sender ausrichtet und die man in der Frequenz auf den gesuchten Sender abstimmt.
An Analogtechnik müsste man dazu aber schon ein bischen Spass haben dann kann man die Ausrichtung vielleicht auch elektronisch vornehmen.
Manfred