Geplanter selbstnavigierender Roboter (Outdoor, Wanderwege)

[nflatjor555]

Liebes Roboternetz,

ich moechte euch meinen Idee zu einem selbstnavigierenden Roboter vorstellen und hoeren was fuer Einspiele ihr habt und ob jemanden Erfahrungen mit aehnlichen Themen gesammelt hat. Kurz zu meinem Hintergrund: ich arbeite seit fast 4 Jahre als Entwicklungsingenieur fuer HW und SW (teils Embedded-systeme, teils auf PC-basis).

Da ich seit wenigen Monaten in eine Siedlung wohne wo es sehr schoene Wanderwege gibt (Asphalt oder Sand mit Wald und Wiese an den Seiten), ist mir der langjaehrige Wunsch wieder aufgeweckt worden, einen selbstnavigierenden Roboter zu bauen.

Die Positionsbestimmung soll anhand von einer Fusion mehreren Navigationssysteme erfolgen:
- GPS (ja, es ist mir voellig klar das der etwa 15m Genauigkeit hat und von Bewaldung negativ beeinflusst wird)
- Kompass der die Heading ermittelt (Fehler durch Neigung wird herausgerechnet oder das Kompass wird aktiv mittels 2 Servos waagerecht gehalten)
- Radencoder um die gefahrene Strecke zu ermitteln
- Eine bearbeitete, vorgefertigte Karte der Umgebung (Wegraende eingezeichnet, Terrain-neigung extra registriert)
- Wegranddetektion mittels Sharp IR-distanzsensoren (etwa 20 Grad unter Horizontal gestellt), Kamera und/oder Farbsensor (Wanderweg ist meist ein Grauton, Strassenrand braun, gruen oder bunt (Blumen))

Der Roboter wird erstmals immer an einer auf wenigen Zentimetern genau bekannter Ort gestartet. Beim Fahren wird der neue Position in 10-20Hz Takt berechnet aus dem zurueckgelegten Weg (gefahrene Strecke in Kompassrichtung). Sobald neue Positionsdaten vom GPS vorhanden sind wird ein neuer fusionierter Position berechnet (z.B. aus 10% GPS und 90% Radencoder+Kompass). Spaeter wird ggf. diese Fusion in einem Kalmanfilter gemacht (ich habe ein Paar Kollegen die darin fit sind).
Mittels Wegranddetektion, Kompassrichtung und Neigung wird auch einen Vergleich zu der Karte gemacht (Partikelfilter?) und der Position nochmals verbessert, ggf. auch im Kalmanfilter hineinfusioniert. Bei markanten Features (Wegkreuzungen, Mauern etc.) kann dann der Position auf wenigen Zentimetern ermittelt werden.

Geplanter Basis:
- R/C Auto (Ackerman steering)
- Drehender Sensorkopf (Servo) vorne mit IR Distanzsensor, Farbsensor und ggf. Ultraschallsensor
- uC's fuer Motor-PWM, Sensoren einlesen etc. (ATMega, AVR32, STM32 o.Ae.)
- Die Rechnerei verlaeuft entweder auf einem Beagleboard (Haken: ich habe KEINE Ahnung von Linux) oder auf einem Netbook (Overkill bzgl. Gewicht aber fuer mich momentan leichter zum Programmieren)

Ich bin gespannt auf euren Einspielen, im Voraus vielen Dank!

[PICture]

Hallo nflatjor555!

Dein Vorhaben ist für mich sehr interessant, anspruchsvol und ziemlich komplex, was sich wegen noch nicht vorsehbaren Problemen, sicher nicht schnell realisieren lässt.

Ich bin in Roboterbau erst ein Anfänger, der alles möglichst einfach realisieren möchte. Vielleicht kannst du dir diesen Tread anschauen, wo ich ausreichend genauen für mich Kompass bauen möchte und dort Anregungen findest.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...51014&start=44

Ich wünsche dir viel Erfolg bei Umsetzung deiner Pläne !

MfG

[mwoidt]

Hört sich gut an. Eine amerkung wäre noch: Einen Kompass senkrecht zu halten, halte ich für schwachsinn. Die benutzung des oft vorgestellten kompassmoduls wird allerdings auch nicht zum Ziel führen. Du musst ein Kompassmodul mit 3. Magnetfeldsensoren bauen, ich hab sowas mal geplant und werde es damnächst auch realisieren, an sich ist da nicht viel drann. Im datenblatt vieler kompass-magnetfeldsensoren sind Formeln angegeben, wie man die himmelsrichtung ausrechnet unter Vorgabe der 2 Drehwinkel, die auftreten können. Das eigentliche Problem eines kompanten ist die Lagebestimmung. bei stehendem Auto wäre eine einfache Messung des schwerefelds der Erde am zielführensten. Beschleunigungssensoren sind ja nicht so teuer. Wenn du während der fahrt, besonders in Kurven, einen Kompas nutzen wilsst wirst du um den Aufbau einer Trägheitsnavigationsplattform nicht herumkommen. Ist sowieso zu empfehlen, da man damit sehr gut bei fehlendem GPS-Signal weiternavigieren kann, ein Radencoder kann zusätzlich mit einbezogen werden, halte ich allein als ergänzung zum GPS als unzureichend. Macht jedes gute Autonavigationssytem genau so (naja die Handhelds halt nicht) (z.b. in Tunneln und Wäldern). Der Kostenaufwand so einer Plattform ist aber nicht gering, da gyroskope teuer sind. Ist aber gut erprobt und von Quadrocopter-Projekten klaubar

[nflatjor555]

Hallo Kollegen,

erstmals vielen Dank fuer euren Antworten, ich hatte angefangen zu denken das ueberhaupt niemanden sich fuer mein Projekt interessiert...

@PICture:
Ja du hast schon recht, das wird ne' Weile dauern bis ich alles hinbekomme. Aber der Weg ist ja manchmal das Ziel... Danke fuer die Erfolgwuensche und den Link zum Thread, ich habe bereits ein Paar Mal reingeschaut...

@mwoidt
Meine Beweggruende dafuer das Kompass aktiv waagerecht halten zu wollen, sind wie folgt:
1. Ich habe bereits einen CMPS03 vorhanden und will den erstmals benutzen (Kosten sparen). Dieser kommt aber mit Neigung nicht klar
2. Das ausrichten des Kompasses waere erstmals eine schoene Uebung in Regelungstechnik und ein Test fuer Servoansteuerung, ein erster Schritt so zu sagen

Auf Sicht ist ganz klar die rechnerische Neigungskompensation besser, ich habe aber erstmals keine geeignete HW. Vielleicht hole ich mich mal das 3DMag+Acc von mikrokopter.de, kostet "nur" 80€...

Einen Gyrosensor habe ich bereits vorhanden, muesste "nur" dafuer eine Platine machen. Ich hoffe aber dass ich wenn ich meine Richtungsvorgabe (Servoansteuerung) sowie die Kompassrichtung (vielleicht etwas verspaetert) habe und nicht zu schnell fahre, schon einen guten Wert fuer die Fahrtrichtung herausrechnen kann.

Bei Traegheitsnavigation muss man Drehrate und Beschleunigung aufintegrieren um auf Kompassrichtung und Geschwindigkeit zu kommen, ich wuerde die beiden Werte direkt messen und den Integrationsfehler durch Drift vermeiden. Meines Wissens nach benutzen die Autonavigationssysteme genau Gyro und Radencoder als komplementaeren Sensoren zu GPS weil diese Sensoren eben wegen ABS, ESP usw. bereits im System vorhanden sind, also nichts extra kosten.

Ich bin der Meinung das ich in der Teorie mit Kompass, Radencoder und Kartenabgleich recht genau fahren koennen werde wenn der GPS ausfaellt. Aber die Praxis wird mich schon graue Haare zuteilen falls ich falsch liege...

[kellerkind]

Hi,
als Main-unit könntest Du dieses Board einsetzen.
http://robosavvy.com/store/product_i...26da79aefab843

Ich habe ähnliches vor wie Du. Allerdings nicht mit diesem Naviaufwand und Suche daher auch ein Board.
Das Board hat den Vorteil, daß du bereits alle Steuerungen mit drauf hast (PWM, GPIO,I2C,SPI,A/D ...). Außerdem kannst Du auf dem Board neben Linux auch WinXP laufen lassen.
Eine komplette Embedded Umgebung mit 1GHz CPU und allem was man braucht.
Hinsichtlich des Strombedarfs ist das Board der Hammer mit 400mA @5V!

Einziges Manko (jedenfalls für mich) ist der Preis.

Hier findest Du alle Details:
http://robosavvy.com/site/index.php?...183&Itemid=135
http://www.roboard.com/download_ml.htm

Andere Alternative wäre ein ITX Brett zu nehmen mit einem Intel ATOM. Ist günstiger, allerdings frisst das Board auch mindestens 18W...

Hoffe geholfen zu haben

[nflatjor555]

Hi kellerkind,

WOW, das Board ist interessant! 24x PWM und ADC und I2C und und und mit einem 1GHz CPU und das mit nur 2W! Einzigste Haken wie du sagst der Preis, fuer den Preis kann man auch ein Netbook kaufen und damit noch was "normales" machen...
Laeuft denn XP gut mit nur 256MB RAM?

Danke fuer die Links, sehr interessanter Shop. Sag mal Bescheid falls du das Board kaufst, einen Erfahrungsbericht waere da sehr interessant!

[kellerkind]

...ich bin schon am Kohle zusammenkratzen.
Hab noch nen Laden gefunden und habe auch schon mal nen Komplettpreis angefragt.
http://www.robotshop.ca/Single-Board-Computers-1.html

Ab wievel Warenwert muss man eigentlich Zoll zahlen?

Wie gut das Board mit WinXP läuft kann ich noch nicht sagen. Allerdings wird nur die Minimal-Config raufgespielt. Im übrigen gibts dafür auch nen WinXP Embedded

[UlrichC]

Hallo

ab einem Warengesamtwert (Ware + Versand) von 22 Euro musst du (19%) Zoll bezahlen.
(mal so pauschal geraten)

Genaueres natürlich beim Zoll direkt:
http://www.zoll.de/faq/postverkehr/i...del/index.html

Viele Grüße
Christian...

[nflatjor555]

WinXP Embedded:

siehe
http://msdn.microsoft.com/en-us/wind.../aa731327.aspx

Es gibt "free evaluation downloads", die nach 120 Tage auslaufen. Vollsystemkost ist "nur" 995$. Ich weiss aber nicht sicher WAS tatsaechlich ablaeuft.
- Ob man ein OS-Image erstellt der nach 120 Tage aufhoert zu funktionieren (waere bloed, kann man die Uhr zurueckstellen?)
- Oder ob man keine neue Images erstellen kann, aber die bereits erstellten weiter verwenden kann (koennte gehen...)

[Hessibaby]

Die embedded XP free eva fällt am 121 Tag hintenrüber. Soll heißen nichts geht mehr. Normale XP-Keys funzen definitiv nicht. Mit der Datumsmanipulation das haben wir nicht getestet, wenn Du jedoch die CF-Karte oder den USB-Stick writeprotectest startet EXP nicht. Ich denke mal das die die Startuptime eintragen ( Wie der LOG im normalen XP) Das Developersystem kostet inkl. 10 Kopierlizenzen ( kleinere Packs gibt es nicht ) 998 Euro + MwSt.

Vertrag mit Microsoft Deutschland. Kaufen bei AVNET oder Spoerle

Gruß Hartmut