RC-Auto ohne RC-Monstertruck autonom

[Rabenauge]

Hallöle.
Habs ja hier und dort schon angedeutet- ich bastele schon seit nem Weilchen an einem UGV- oder einfach nem autonomen Fahrzeug.
Basis ist ein 1:10er RC-Monstertruck von Tamiya. So einer: https://www.youtube.com/watch?v=8QagfbtszZw
Meiner ist ein bisschen modifiziert (Kugellager komplett sowieso, sämtliche Lager mit Messinglagern versehen, etwas höher gelegt, bessere Stossdämpfer mit progressiven Federn), aber ansonsten noch ziemlich original.
Das Auto gibts immernoch neu-heisst jetzt Double Blaze, glaub ich (hat nur ne andere Felgenfarbe und andere Karosserie).
Antrieb über zwei komplett getrennte Antriebseinheiten, jeweils nen 540er Bürstenmotor und Getriebe- das hintere Differential hab ich teilgesperrt.

Das _Auto ist grade gross genug, um auf weniger guten Wegen noch zurecht zu kommen, aber per RC wars dann doch mit der Zeit etwas langweilig- nun hab ich ihn zu Höherem auserkoren. Regler und Lenkservo sind drin geblieben, Empfänger raus, Antenne runter, dafür wurde eine Sperrholzplatte aufs Chassis montiert, der Schaumstoffstreifen dichtet sie ringsum zur Karosserie hin ab. Die Platte ist nur auf die originalen Karosseriehalter aufgesteckt- nehm ich vordere und hintere Sensorenplatte ab, kann ich das ganze Auto problemlos wieder in den Ursprungszustand versetzen, brauch dann nur Empfänger und Antenne wieder einbauen, am Auto selber ist _nix_ verändert worden.

Auf der Trägerplatte befinden sich:
-Arduino Mega 2560
-Ublox Neo-6M GPS samt Keramikantenne
-Stepdown-Regler für stabile 5V-Stromversorgung (das BEC des Reglers wird für die Servos zusätzlich genutzt)
- ein 16x2 LCD mit I2C-Adapter
-ein HMC5883L-Kompass
-ein MPU 6050, kombinierter 3Achs-Beschleunigungs-und Gyroskopsensor
-ein Daumenjoystick (der Stick schaut nach unten raus, damit ich ihn auch bei aufgesetzter Karosserie bedienen kann)
- ein ehemaliges 1.8" TFT- das TFT ist mal kaputtgegangen, aber hinten drauf war ein Micro-SD-Kartenslot, der funktioniert noch
Seitlich unter der Platte (aber auch an ihr befestigt) sitzen auf jeder Seite ein hc-sr04 Ultraschallsensor, die rechtwinklig nach den Seiten schauen, vorn vor der Dämpferplatte ist eine weitere Platte mit zwei HC-Sr-04 montiert. die etwas schräg nach vorn sehen, und am Heck befindet sich ebenfalls ne Trägerplatte, an der ein Miniservo mit nem Sharp GPYirgendwas Infrarot-Sensor sitzt. Der ist somit schwenkbar.
Stromversorgt wird alles, wie original, aus nem 7.2V Racingpack (noch gute NC-Zellen, inzwischen echte Schätzchen).

Da ich heute ein, für mich wichtiges Zwischenziel erreicht hab, stellt ich das Auto hier mal vor....
Wie gesagt: der Plan ist es, das Auto so autonom wie möglich draussen herumfahren zu haben. Da das Ding soo langsam auch nicht ist, sind theoretisch einige Km Reichweite möglich, evtl. spendiere ich noch irgendwann nen LiPo- da geht noch mehr dann.
Viele Teile der Software laufen bereits, genutzt wird aber noch nirgends alles zusammen, dennoch:
Inzwischen ist das Fahrzeug in der Lage, ein wenig autonom zu navigieren.

Konkret: ich Suche mir einen beliebigen Punkt, stelle das Auto dort ab und speichere die GPS-Koordinaten (die werden auf die SD-Karte geschrieben).
Nun gehe ich mit dem Auto "irgendwo" anders hin, rufe den entsprechenden Fahrmodus (ich hab ihn GPS2Home genannt) auf, und das Auto fährt "alleine" wieder zum ersten Punkt zurück!
Hab ich heute nach dem Mittag etwas über ne Stunde probiert, mit verschiedenen "Home-Punkten", aus allen möglichen Richtungen- es klappt mit einer Genauigkeit von ungefähr 4m.

Warum steht das "alleine" in Anführungszeichen? Ganz einfach: komplett alleine gehts noch nicht: erstens habe ich ne Sicherheitsfunktion eingebaut, die das Auto nach ner Minute stoppt. Das verhindert, dass ich mir die Lunge ausm Hals renne, wenn irgendwas schief geht. Ich spaziere also gemütlich hinterher, drücke kurz auf den Joystick-und weiter gehts.
Zweitens ist die Umweltsensorik zwar an Bord, auch bereits in der Software vorhanden, wird aber in diesem Fahrmodus überhaupt nicht genutzt. Der Grund dafür: ich wollt nicht zu viele mögliche Fehlerquellen auf einmal am Start haben.
Erstmal sollte die Zielfindung laufen-sie tuts nun, wenn auch noch etwas verbesserungswürdig.
Somit funktioniert das Ganze momentan nur bei einer möglichen direkten Fahrverbindung zwischen Start und Ziel.
Dafür aber theoretisch schon auf beliebige Entfernungen-ich habs auf mehr als 100m auch probiert- klappt mit der genannten Präzision.
Warum nicht genauer?
Zum einen bringt das GPS _nur_ mit SBAS-Signal (ob SBAS empfangen wurd, weiss ich nicht) richtige Genauigkeiten (PPP kann das 6M leider nicht), somit haben wir bereits beim Home-Punkt ~2m Toleranz.
Zum zweiten habe ich den Fahrmodus so programmiert, dass eine Entfernung von 2m ans Ziel als "Ziel erreicht" ausgelegt wird-um endloses Rumgekurve nahe am Ziel zu vermeiden.
Das macht dann schon bis zu 4m- da sind wir also im Geschäft!
Es wird einfach vor dem Start der Zielpunkt von der Karte gelesen, dann die aktuelle GPS-Position ermittelt, Kurs und Entfernung berechnet und ab gehts- während der Fahrt wird laufend mittels Kompass (das GPS hat auch ne Kompass-Funktion, aber die funktioniert lausig) und GPS (das lese ich mit 5Hz aus, hab also 5x pro Sekunde frische Positionsdaten) kontrolliert, ob die Fahrtrichtung noch korrekt ist, und die Entfernung zum ziel noch grösser als 2m.

Auf dem Display werden übrigens eine ganze Menge Daten ausgegeben (derzeit auch während der Fahrt, das schalt ich irgendwann aber ab), z.B. Akku-Füllstand, GPS-Status (Fix aktuell, kein Fix vorhanden, Fix bereits älter), Zielpunkt erfolgreich auf der SD-Karte gefunden (das sagt mir auch, wenn ein neuer Zielpunkt korrekt abgespeichert wurde), Entfernung zum Zielpunkt, aktuellen Kompasskurs (dank dem HMC5883l auch im Stand), und zu debug-Zwecken auch noch ob der Truck eher links-oder eher rechtsherum (oder auch gradeaus natürlich) zum Ziel fahren sollte.
All das wird selbständig "live" berechnet, die Kompassdaten werden kalibriert aufbereitet usw.
Bei Bedarf kann ich auch Sensor-Entfernungen oder ähnliches ausgeben.

Als kleine Spielerei ist ne Art elektronischer Schlüssel eingebaut: ohne die _richtige_ SD-Karte rührt sich gar nix.
Auf der Karte ist eine spezielle Datei mit nem bestimmten Inhalt, und nur wenn _die_ _so_ auch vorhanden ist, kann das Auto aktiviert werden.
Relativ sinnlos-ich weiss, aber der Spieltrieb halt...

Zusätzlich zum GPS2Home-Modus kann ein manueller Modus gewählt werden, indem man das Auto mit dem Joystick etwas herumfahren kann- der hatte sich ergeben, weil ich die Ansteuerung des Fahrtreglers testen musste (es ist ein CAR-Regler, der über eine Bremsfunktion verfügt)-auch der ist weitgehend sinnlos inzwischen, da der Stick unterhalb der Karosserie fast hinterm Vorderrad sitzt.

Der Modus GPS2Home soll später ausgebaut werden: dann will ich auf der SD-Karte einzelne Dateien anlegen, die jeweils eine GPS-Route enthalten, und möchte dann von unterwegs eine dieser Routen auswählen können, die das Auto dann abzufahren hat- und ggf. Hindernisse umfahren soll dabei. Wer jetzt noch folgen kann, dem wird klar sein, dass diese Optionen noch weit mehr Möglichkeiten zulassen-im Grunde ist alles, was ein komplettes Navi braucht, vorhanden. Soigar die Möglichkeit, vorhandene Routen zu verfeinern, ist gegeben (das Schreiben auf der Karte hab ich ansatzweise auch schon in Griff, beim Zielpunkt klappts ja einwandfrei).
Ob ich das, was mir da so vorschwebt, hinkriegen werd- sehn wir, wenns soweit ist.

Anbei nen paar Bilder von dem Ungetüm-nen aktuelles mit Karosserie hab ich nicht, da hänge ich eins an, von der ersten Elektronikplatte (die musste runter, weil mir da alles zu dreckig wurd, die war nicht dicht nach unten hin)- man sieht von der ganzen Technik lediglich die vorderen seitlichen und den hinteren Sensor- die müssen nunmal rausgucken.
Naja: und durch die Frontscheibe kann man bequem das Display ablesen. Vorhin hab ich noch nen Hauptschalter für die Elektronik eingebaut, der ist auf den Bildern noch nicht drauf, aber nen Schalter haben wohl die meisten schonmal gesehn.

[HeXPloreR]

Hallo Sly,

sehr schönes Projekt.

So etwas ähnliches habe ich fürs nächste halbe Jahr mit meinem Bullet ST Flux auch vor, allerdings wollte ich auch den Empfänger drin lassen und quasi mit der RC-Steuerung die Kontrolle jederzeit übernehmen.

Viel Erfolg weiterhin und Gruß
Jörg

[Rabenauge]

Besorg dir besser nen Summit. Der dürfte, nach meinen jetztigen Erfahrungen, am geeignetsten sein.
Warum?
-er kann _auch_ vernünftig langsam fahren. Meiner leider nicht wirklich-momentan habe ich das Tempo auf zügiges Schrittempo gesetzt, damit hat er im Gras schon seine liebe Mühe.
Das wäre nen Argument, nen RC-Empfänger draufzubauen, wenigstens als Notstopp- ich wollts erst auch tun, aber es geht auch ohne.
Viele nehmen auch Crawler- geht natürlich auch, aber die Dinger sind halt absolut streckenuntauglich, durch die extreme Untersetzung kommen die einfach nicht voran.
Aber das langsame Tempo vereinfacht so einiges....
Mein GPS z.B. läuft deutlich nach (2-3 Sekunden ungefähr), das ergibt momentan das Phänomen, dass der Truck erstmal meistens am Ziel vorbeifährt, nen paar Meter später merkt ers und dreht um. Da muss ich noch mal in die GPS-Einstellungen schauen, kann mir nicht vorstellen, dass UBlox das nicht besser hinkriegt.
Würde nen Crawler nicht merken, weil der nur nen halben Meter pro Sekunde fährt oder sowas- im Summit könnt man einfach herunterschalten.
Leider ist das Ding deutlich ausserhalb meines Budgets (und als RC-Modell will ich das Ding gar nicht haben, ist halt weder Fisch noch Fleisch und sieht- für meinen Geschmack-scheusslich aus).
Aber hier wärs wohl das ideale Fahrzeug.

[robosapiens]

îch habe dein Projekt ebenfalls mal angefangen umzusetzen (Fahrzeug - GPS - Ultraschallsensor).
So als Tipp vielleicht, habe damals ein Serielles GPS Modul von Navilock bei Conrad gekauft, welches sehr schnell und Präzise arbeitet. Könnte ein Ersatz zu deinem Ublox Modul sein. http://www.conrad.de/ce/de/product/3...f=searchDetail

Als Chassis habe ich damals ein altes Tamiya Panzerchassis verwendet. War sehr zufrieden mit meiner Wahl, da der Roboter über fast alles drüber kam und dazu recht zügig unterwegs war.

[piggituX]

Hi,

ah nun auch endlich hier . habe das im Arduino-Forum schon verfolgt. Ich baue derzeit auch genau an so einer Lösung. Mein Chassis ist aktuelle ein altes Nikko RC, geht nur schleppend voran, da mich mein Sohn auf Trab hält. Bin derzeit bei Hindernis-Erkennung dran, aber ich habe ja Zeit

Wünsch Dir viel Erfolg und ich verfolge das mal weiter

pig

[Rabenauge]

@robosapiens: das Navilock-Mäuschen, was du da verlinkt hast, verliert in jeder Kategorie (die dabeisteht) haushoch gegen das Ublox.
Und das für den vierfachen Preis....
Ich bin mir sicher, dasss ich nur noch nicht die optimalen Einstellungen gefunden habe, vermutlich hängt es mit dem eigebauten "Odometer" zusammen, das kann man auf etliche Arten konfigurieren (und alles mögliche und unmögliche sonst auch am Ublox).
Nen Panzerchassis wollte ich erst auch verwenden, aber ich hab solche Dinger und weiss: so ohne weiteres sind die 1:16er auch nicht wirklich Wildnistauglich, es geht, aber nicht so gut wie ich es will (früher oder später werd ich mir, wohl auf Basis dieser Panzer, mal ein _richtiges_ Chassis bauen, wenn man nicht auf die Vorbildtreue angewiesen ist, geht da was).

@pig: hatte ich ja auch so angefangen, mit nem Spielzeug-Buggy. Den hab ich aber ausgemustert, weil er für outdoor soo tauglich auch wieder nicht ist- der Monstertruck schafft Bordsteine auch noch aufwärts. Und da ich mir nicht sicher war (und es noch immer nicht bin) wie genau es mit GPS _wirklich_ zu schaffen ist, rechne ich nicht damit, immer guten Untergrund zu haben. Unter "Laborbedingungen" geht vieles weit einfacher, aber genau davon wollte ich eben weg.

[Rabenauge]

Sodele.
Bisschenwas ist heute auch geworden (weniger als geplant, aber das ist ja irgendwie normal): ich hab noch nen Stück Hardware verbaut.
Neee-natürlich nix wichtiges- eine Hupe.
Genaugenommen nur ein chinesischer Buzzer (mit jämmerlichster Klangqualität, wenn mir mal was besseres in die Finger kommt, wird das Elend ausgetauscht), aber den wollte ich so ziemlich zu Anfang schon haben. Damit er ein bisschen Sinn macht ("Spieltrieb" klingt immer irgendwie komisch, wenn mans nem Fremden erklärt), darf er gewisse Dinge auspiepsen.
Beispielsweise wird nun, ehe die Antriebe aktiviert werden, dreimal gepiepst- das ist echt praktisch, so kann man noch die Finger vom Vorderrad wegbekommen ehe die Kiste los marschiert. Wenn man will, kann man alles "sinnvoll" reden, oder?

Aber was gescheits ist auch geworden (genaugenommen sitze ich noch dran): die vorderen US-Sensoren laufen nun im GPS2Home-Programm mit.
Somit ist immerhin der Grundstein für eine erfolgreiche Hinderniserkennung schonmal gelegt.
Allerdings gibts ein Problem: bei 15 km/h (das dürfte in etwa Höchstgeschwindigkeit sein, ich hab die kürzere Untersetzung drin, glaub ich ) haben wir etwas über 4m/s- und vier Meter schaffen die US-Sensoren grade noch sicher. Manche auch fünf-aber da verlasse ich mich besser wohl nicht drauf. Ausweichen wird also knapp- das muss sehr schnell gehn.
Glücklicherweise kann das Auto bei _dem_ Tempo (ich könnts auch mit 12V fahren, dann aber könnte ich die Sache vergessen) selbst bei Vollgas noch kräftige Lenkeinschläge schaffen, ohne gleich umzukippen-werds brauchen.
Ne vernünftige Bremsstrategie hab ich nämlich noch nicht, da der Regler sich beim umschalten von Vorwärts auf Bremse enorm zickig gibt.
Nun frage ich mich grade, ob es überhaupt noch Sinn macht, bei Hinderniserkennung proportional zu lenken, oder einfach "rum bis der Weg wieder frei ist"- letzteres ist eigentlich nicht meine Art, ich mags geschmeidiger.

[Rabenauge]

So-ich werd erstmal die "rum-bis-frei-Methode" testen.
Der Grund: um an den Sensorergebnissen noch lange rumzufiltern fehlt die Zeit. Ich möchte nämlich nicht unbedingt schon auf 4m anfangen, Hindernissen aus dem Wege zu gehn- auf den üblichen Teststrecken (Fusswege, max. Radwege, auf öffentliche Strassen will ich logischerweise nicht) ist 4m zu lang- das ergibt ja nur rumgekurve.
Wenn ich den Modus getestet habe werde (heute wird das nix mehr), werd ich wissen, ob das so praktikabel ist-oder nicht. Und auch, ob da noch genug Luft bleibt, ums zu verbessern (bei nur 2m Reichweite spar ich ja doch einiges an Messzeit).
Zusätzlich habe ich die Sensorresultate (ich lass die gleich in cm umrechnen, das braucht der Roboter nicht, aber dem Menschen hilfts) verunschärft- alles was innerhalb 5cm Toleranz passiert, wird nich ernst genommen.
Das ist deshalb nötig, weil die Sensoren mit der verwendeten Bibliothek soo genau auch wieder nich arbeiten, selbst bei völlig freier Sicht wackelt die Ausgabe nen bisschen.
Vermutlich hats der Ersteller (wenn ich mal gaaaanz viel Lust hab guck ich mal in die Bibliothek rein, momentan nich) etwas zu gut gemeint mit seiner Zeitbegrenzung.

Nenbenbei hab ich die beiden vorderen US-Sensoren mechanisch noch stabiler angebaut, die hat es mir beim hantieren immer mal nach hinten gebogen (die waren praktisch nur an den Anschlussstiften verlötet)- dauerndes hin-und-herbiegen kann auch nich gut sein.
Allerdings werden sie jetzt bei nem guten Frontalcrash zerstört, da sie nicht mehr nachgeben können-da muss dann mal noch nen Schutzbügel vor, wenn mir was passendes in die Finger fällt.
Ausserdem: genau den Crash sollen sie ja verhindern-also solln die dinger gefälligst ihren Job machen, dann passiert auch nix.

[HannoHupmann]

Hast du dir mal Gedanken über die Laufzeit deiner Sensorsignale gemacht?

Der Erklärbär sagt: Laufzeit bedeutet die Zeit von: "Hindernis erkannt" bis "Rumms" die ist direkt abhängig von a) ab wann kann der Sensor ein Hindernis erkennen und b) mit welcher Geschwindigkeit fährt man darauf zu. Also z.B. erkennen ab 1m und 1m/s ergibt 1sec für a) Auswertung & Verarbeitung der Sensorsignale und b) korregierende Maßnahmen: ausweichen und oder bremsen (hier gilt es die Massenträgheit zu beachten).

Da Roboter in der Regel in der Wohnung nur sehr langsam herumfahren ist das Problem der Laufzeit nicht relevant. Bei outdoor Robotern die doch öfters auf beachtliche Geschwindigkeiten kommen wird das Thema schon spannender.

[Rabenauge]

Ja, hab ich. Und das wird etwas knapp, da mit ungefähr 4m/s Geschwindigkeit zu rechnen ist.
Daher verzichte ich momentan auch drauf, die vorderen Sensoren wirklich zu filtern, oder gar-wurd mir auch schon vorgeschlagen (und ich würds auch machen, wenn die Zeit reichen würde) da einen LongRange-Modus zu nutzten, und wenn der was meldet, genauer zu gucken.
Glücklicherweise reicht etwa ein Meter, um vor nem Hindernis abzudrehen, auch bei höherer Geschwindigkeit, als ich sie momentan fahre (die jetztige ist das minimalste, was auch in niedrigerem Gras noch geht), daher brauch mich mir da nicht viele Sorgen machen aber- schnell gehn muss es trotzdem.
Vermutlich wird dadurch deutlich öfter "ausgewichen" wegen Fehlalarm, aber da bei jedem Schleifendurchlauf eh korrigiert wird, wird sich das bei Fehlalarmen nicht wirklich auswirken. Erleichternd kommt noch hinzu, dass die Lenkung bauartbedingt soo präzise ohnehin nicht ist: dúrch die grossen Räder ist Geradeauslauf schon keine Stärke des Monsters, und der Servosaver ist auch relativ weich.
Als es noch per RC unterwegs war, hatte ich nen Hubschrauber-Kreisel drin, damit fuhr es dann allerdings auch auf richtig grobem Untergrund wie auf Schienen.

Die momentane Strategie sieht folgendermassen aus: aus den Ergebnissen der Kursberechnung (Sollkurs vom GPS, Ist-Kurs vom Kompass) werden notwendige Lenkmanöver berechnet. Dann werden die beiden vorderen US-Sensoren abgefragt, deren Werte "verunschärft" (ich teil sie momentan einfach durch 5, nicht besonders clever aber wirkungsvoll), da Rauschen unterdrückt wird), und dann verglichen.
Nun wird das vom Kursrechner ermittelte Lenken kurzerhand überschrieben, je nachdem, wo mehr Platz ist. Melden die Sensoren nix, wird auch nix überschrieben, und die Kurssteuerung ist aktiv-aber so hat das ausweichen immer Vorrang.
Optimal ist das nicht, denn _wenn_ man (es ist unwahrscheinlich, aber möglich) die beiden Sensoren zum selben Ergebnis kommen, knallts.
Dagegen muss noch was unternommen werden, das ist klar, aber ich hab die Möglichkeit, so erstmal zu testen, wie diese Strategie sich schlägt.
Heute, hoffe ich...