IR-bake

[Rabenauge]

Es geht um eine möglichst einfache Kommunikation. Bei dem von mir vorgeschlagenen Ablauf (IR-Ping Anforderung durch den RP6, adressierte Bake sendet US-Ping, dessen Laufzeit durch den Roboter gemessen wird) ist die Kommunikation minimal und besteht nur aus dem IR-Versand einer Adresse gefolgt ggf. von einem "Startsignal". Im Idealfall ist keinerlei weitere Kommunikation nötig.

Hm-so einfach wird das nicht, fürchte ich.
Stell dir das Szenario vor: der Roboter steht, umgeben von Baken, in der Bude.
In dem Moment weiss er _nicht_, wo die Baken stehen! Falls er das weiss, bist du bereits bei nem fest installierten Parcours und somit völlig unflexibel.

Das heisst: er muss zuerst in die Runde fragen, welche Baken überhaupt "da" sind (in Reichweite z.B), und dann die Richtung der Bake ermitteln, mit der er reden will. Dann erst können die beiden sich über die Entfernung unterhalten.
Ich find das auch nicht wirklich einfacher.

[Dirk]

Hi,

Stell dir das Szenario vor: der Roboter steht, umgeben von Baken, in der Bude.
In dem Moment weiss er _nicht_, wo die Baken stehen!

Ja, richtig.
Deshalb hatte ich hier auch gesagt, dass die Positionen der Baken bekannt sind oder per IR abgefragt werden können. Letzteres wäre ja auch nur einmalig in einem neuen Raum nötig und nicht bei jeder Messung.

Das heisst: er muss zuerst in die Runde fragen, welche Baken überhaupt "da" sind (in Reichweite z.B), und dann die Richtung der Bake ermitteln, mit der er reden will. Dann erst können die beiden sich über die Entfernung unterhalten.

Ja, er muss am Anfang in einem neuen Raum wirklich fragen, ob eine Bake da ist (man könnte das über eine Art "general call" machen) und die Baken könnten mit ihrer ID und ggf. ihrer Position antworten. Das Konzept wäre auch für eine Navigation über mehrere Räume denkbar.
Die Richtung, in der sich die Bake befindet, ist dann unwichtig. Man würde durch Triangulation aus den Entfernungen zu mind. 2 Baken die Position des Roboters errechnen. Ggf. gibt es davon 2, so dass man noch eine 3. Bake braucht (man kann aber die Baken so aufstellen, dass es keine 2 identischen Positionen gibt).

[inka]

Hallo,
mein vorschlag wäre, dass wir die drei punkte um die es hier geht -
- reichweite
- US senden von der bake oder roboter
- stromverbrauch bake und roboter

so lösen, dass hardwaremäsig jeweils beide optionen möglich sind (einmaliger aufwand auf der leiterplatte) und softwaremäsig als option in der library zu- bzw. abschaltbar sind. Wir stochern ja momentan ohne ausnahmen m.e. nach im dunkeln, müssten eigentlich beide versionen testen. Zu hardware - und software wären wir hier bestens aufgestellt: rp6 - Dirk, RolfD und bake-seite (arduino) Rabenauge. Wäre das ein vorschlag?

[Dirk]

Hi,
guter Vorschlag. Weil ...
- Reichweite: Da können wir uns -denke ich- an erhältliche US-Module anpassen (z.B. HC-SR04), ohne eine 10m oder 5m Vorgabe.
- US Senden von der Bake oder Roboter: Hardwaremäßig können wir auf beiden Seiten (RP6 und Baken) die hc-sr04 vorsehen,- welche Richtung wir dann nehmen, können wir (nach Vorliegen der konkreten Hardware) ausführlich testen.
- Stromverbrauch: Ist eher ein Randthema und auch kaum noch von Bedeutung, wenn wir beide US-Senderichtungen eh einplanen.

Das Modul hc-sr04 habe ich mir nochmal genauer angesehen:
Erst hat mich der effektive Messwinkel von 15° irritiert (Datenblatt bei Elec Freaks). Das ist natürlich eigentlich toll,- ein sehr kleiner Messwinkel ist eigentlich gut.
Andererseits bräuchte man für eine "Rundumsicht" (zumindest für den Empfänger) dann 24 Module.
In einem anderen Datenblatt (ITead Studio) ist aber von 30° die Rede, in denen man gut messen kann.
Dann bräuchten wir theoretisch 12 Module im Kreis angeordnet.
Die müßte man dann senkrecht nebeneinander oder in 2 Ebenen waagerecht übereinander (um 30° versetzt) einbauen, damit der Kreis auf dem Roboter nicht zu groß wird.
Das selbe Thema entsteht auf der Bake:
Für Winkel von 90..180° (d.h. eine Bake steht immer am Rand und nie in der Mitte des Raums) bräuchten wir dann ja auch 3 oder 6 Module.

Sehe ich das richtig?

[inka]

Hi,Erst hat mich der effektive Messwinkel von 15° irritiert (Datenblatt bei Elec Freaks). Das ist natürlich eigentlich toll,- ein sehr kleiner Messwinkel ist eigentlich gut.
Andererseits bräuchte man für eine "Rundumsicht" (zumindest für den Empfänger) dann 24 Module.
In einem anderen Datenblatt (ITead Studio) ist aber von 30° die Rede, in denen man gut messen kann.
Dann bräuchten wir theoretisch 12 Module im Kreis angeordnet.
Die müßte man dann senkrecht nebeneinander oder in 2 Ebenen waagerecht übereinander (um 30° versetzt) einbauen, damit der Kreis auf dem Roboter nicht zu groß wird.
Das selbe Thema entsteht auf der Bake:
Für Winkel von 90..180° (d.h. eine Bake steht immer am Rand und nie in der Mitte des Raums) bräuchten wir dann ja auch 3 oder 6 Module.

Sehe ich das richtig?

ich glaube schon, allerdings würde ich dann 2 hc-sr04 (back to back) auf einem sich hin und her drehendem servo haben wollen. Die 12 module ist ja horror, von 24 ganz zu schweigen...

übrigens kenne ich SRF04 - ist es das gleiche?

[Rabenauge]

Deswegen war ich von Anfang an gegen die Richtungsbestimmung per Ultraschall...die Dinger haben irgendwas zwischen 15 und 30 Grad würd ich sagen.

Zugegeben: nen Dutzend der Teile kosten nur nen Zehner aber trotzdem ist das zu viel und-grad aufm RP-wohl auch bisschen gross.
Da ist doch ein Ring aus IR-Dioden entschieden handlicher?
Mit denen kann der Roboter bestimmen, aus welcher Richtung die gewünschte Bake sendet, und dann wahlweise den _einen_ US-Sensor dorthin richten (per Servo, oder wie mans möchte) oder sich im Ganzen drehn.
Auch sind IR-Dioden recht einfach optisch abzuschirmen, dass jede wirklich nur ihren Vektor abbekommt .

Damit _das_ nicht zu viele sind, würd ich z.B. sechs Stück vorschlagen. Wenn sich die Empfangsbereiche nen bisschen überlappen (ideal wären 15 Grad zur jeweils benachbarten, das ergibt praktisch die doppelte Auflösung), kann man damit schon ausreichend genau die Richtung feststellen, denke ich.

Nein, die SRF sind nicht die selben. Die hc-sr04 sind mit 4m angegeben, schaffen aber bis zu 5m, und kosten echt pro Stück 1.20 oder so.
Ich hab neulich von denen zehn Stück in China geordert für rund acht €.
Von der Handhabung her aber wohl identisch.

[Dirk]

@inka:

allerdings würde ich dann 2 hc-sr04 (back to back) auf einem sich hin und her drehendem servo haben wollen. Die 12 module ist ja horror, von 24 ganz zu schweigen...

Ja, das wären schon recht viele Module und man sollte eine Alternative überlegen. Vielleicht wäre es eine Option, einen Sender/Empfänger nach oben gerichtet einzubauen mit einem 120° Reflektor-Kegel darüber. Dafür gibt's ja im Netz auch Bauvorschläge.
Die "Drehlösung" finde ich nicht sooo gut, weil eine Ausrichtung viel Zeit braucht und problematisch ist, wenn man mehrere Baken anvisieren will (s.u.).

@Rabenauge:

Da ist doch ein Ring aus IR-Dioden entschieden handlicher?
Mit denen kann der Roboter bestimmen, aus welcher Richtung die gewünschte Bake sendet, und dann wahlweise den _einen_ US-Sensor dorthin richten (per Servo, oder wie mans möchte) oder sich im Ganzen drehn.
Auch sind IR-Dioden recht einfach optisch abzuschirmen, dass jede wirklich nur ihren Vektor abbekommt .

Das scheint das ja auf den ersten Blick eine Möglichkeit zu sein. In der konkreten Umsetzung habe ich da so meine Probleme:
Von einem fahrenden Roboter aus sollen Baken per IR geortet werden, um dann den US-Sender oder Empfänger auf dem Roboter in Richtung einer Bake zu drehen und dann per US die Distanz zu dieser Bake zu messen.
Das ist sehr schwer zuverlässig umzusetzen: Bei mehreren Baken ist der Bot ständig mit der "Sensor-Dreherei" beschäftigt. Die IR-Ortung ist wegen der Reflexionen im Raum sehr unzuverlässig. Die Baken müßten das IR-Licht auch gezielter in den Raum strahlen, damit eine Ortung möglich ist. Das würde aber die Nutzung von IR zur allg. Kommunikation unmöglich machen. Wenn man zudem die Baken addressiert anspricht, müßte jeder (der z.B. 6) Sektor-IR-Empfänger diese Adressen auch getrennt dekodieren können und ggf. eine Drehung des US-Sensors zur richtigen Bake veranlassen. Das System wird dann hoch fehlerträchtig und schwer zuverlässig zu programmieren.

[Rabenauge]

Hm ja, drinnen....könnt ihr die Robbis nicht bissle grösser machen und dann draussen...?

Was die Ortung bzw. die Identifikation angeht-da seh ich keine ernsthaften Probleme: wenn _einer_ der IR-Sensoren Signal hat, les ich den eben aus und lass die anderen in Ruhe.
Zudem: nen kurzer Stopp wird wohl drin sein, wenn du aus der Bewegung raus orientieren willst, hast du spätestens bei der US-Entfernungsmessung eh Probleme.

Im Grunde dachte ich daran, die IR-Sensoren einfach ringsum abzufragen, das geht allemal schnell genug (oder nich, aufm RP6?) das kann man ggf. permanent machen, wenn man eine Bake sucht, dann _müssen_ die eben länger als ne Millisekunde blinken.
Und wenn ich mal weiss, wo die gesuchte Bake steht-also nen Sensor per Servo schwenken dauert Sekundenbruchteile....
Wenn ich mehrere Baken empfange (per IR) und grob weiss, als welchen Richtungen, kann ich sogar während der Fahrt, völlig ohne Ultraschall, halbwegs triangulieren.
Aber stimmt: das Problem mit den Reflexionen bleibt. Bei Ultraschall übrigens auch, dort eher noch schlimmer.

[Besserwessi]

Der Stromverbrauch ist bei den US-Kapseln sehr gering, zum einen ist die Leistung gering (eher unter 100 mW) und dann sind auch die Pulse relativ kurz (z.B. 1-5 ms) und selten, weil man relativ lange Warten sollte bis die Echos verklungen sind. Für die Abstandsmessung sind die Refelxionen eigentlichnicht so das große Problem, solange die direkte Verbindung da ist. Es wird ja nur das Erste Signal ausgeweret, und alles was mehr als etwa 1 ms ( ca. 33 cm Umweg ) zu spät kommt kann verworfen werden. Am ehesten hat man da noch das Signal was am Boden Reflektiert wird - entpsrechend sollten die US Transducher wohl nicht zu tief hängen (zumindest die an den Baken, am Bot hat man da halt Limits).

Die Reichweite beim Ultraschall sollte nicht so das Problem sein. Im Gegensatz zur Abstandsmessung gibt es hier keine Refelxion, sonder den direkten Strahl. Wenn es in Reflexion bis 4 m geht, dann sind direkt Sender zum Empfänger deultich mehr als 10 m drin. Wie Empfindlich das ganze wird hängt aber auch stark von der Auswertung des US Signals ab - da gibt es schon einiges zu beachten. Es ist dabei auch sehr von Vorteil wenn vor dem US Puls per IR ein Startsignal gesendet wird (egal welche Richtung), damit der Empfänger die Verstärkung dynamisch anpassen kann. Vermutlich wird auch der US Empfänger (mit Auswertschaltung) mehr Strom brauchen als der Sender.

Das US Signal vom Bot zu den Baken zu schicken hat einfach den Vorteil, dass ein Puls ggf. von mehreren Baken Aufgefangen werden kann. Man muss also nicht nacheinander die Baken senden lassen, sondern kann ggf. mehr als eine Bake ansprechen.

Der Nachteil der der US Kaseln ist halt, dass sie gerichtet sind, man hat halt nur einen begrenzten Empfangswinkel. Und anders als bei IR kann man nicht einfach mehr Sender gleichzeitig für verschiedene Richtungen Senden lassen. Das müsste man schon nacheinnder machen. Auch Empfangen bräuchte ein mehr oder weniger komplette Empfangsschaltung je Sensor. Auch die Minimalversion hier aus dem Wissensbereich (einfach, aber nicht besonders genau) ist da schon relativ aufwendig um sie an jeder Bake 3 -6 mal zu haben.

Wenn es sein muss, könnte man bei Ulraschall die Richtung mit einem Empfänger mit 2 Transduchern feststellen, so als eine Art Richtungshöhren. Sonst ist US für die Richtung nicht so toll. Ein gerichter Strah geht als besser mit IR.

[Rabenauge]

Hm, direkte Reichweite=doppelte, ohne Reflexion, klar. Sehr schön. Hätte man selber drauf kommen können.

Die von dir angesprochene "komplette Empfangsschaltung" ist bei den hc-sr04 bereits eingebaut!
Die Dinger sind betriebsfertig: ein Pin löst das Signal aus, und der zweite wartet, was ankommt. Das kann man direkt mit nem Controller einlesen.
Ganz ehrlich: bei nem Stückpreis von 80pf (das komplette Modul!) denk ich über nen eigenbau gar nicht erst nach. Da land ich alleine vom Porto her beim fünffachen.

Stromverbrauch: die Dinger sind mit 50mA (andere Quellen sagen 40) angegeben-erträglich, da das Ding ja nicht pausenlos rumtröten muss.