Navigasi Robot Dengan Sensor Kasut, W / o GPS, Peta W / o: 13 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Oleh obluobluFollow About: oblu adalah sensor navigasi dalaman Lebih banyak mengenai oblu »

Robot bergerak di jalan yang diprogramkan dan menghantar (melalui bluetooth) maklumat pergerakan sebenarnya ke telefon untuk penjejakan masa nyata. Arduino diprogramkan dengan jalur dan oblu digunakan untuk mengesan gerakan robot. oblu menghantar maklumat pergerakan ke Arduino pada selang masa yang tetap. Berdasarkan itu, Arduino mengawal pergerakan roda untuk membiarkan robot mengikuti jalan yang telah ditentukan.

Langkah 1: PENGENALAN PENDEK

Projek ini adalah untuk membuat robot bergerak di jalan yang telah ditentukan dengan tepat, tanpa menggunakan GPS atau WiFi atau Bluetooth untuk penentuan kedudukan, bahkan peta atau susun atur bangunan. Dan lukiskan jalan sebenarnya (ke skala), dalam masa nyata. Bluetooth boleh digunakan sebagai pengganti wayar, untuk menghantar maklumat lokasi masa nyata.

Langkah 2: KISAH LATAR BELAKANG YANG MENARIK

Agenda utama pasukan kami adalah untuk mengembangkan sensor navigasi pejalan kaki yang dipasang di kasut. Namun, kami dihubungi oleh kumpulan penyelidikan akademik dengan syarat menavigasi robot di dalam ruangan dan secara serentak memantau kedudukan masa nyata. Mereka ingin menggunakan sistem seperti itu untuk memetakan radiasi di ruang tertutup atau mengesan kebocoran gas dalam pemasangan industri. Tempat seperti itu berbahaya bagi manusia. mencari penyelesaian yang kuat untuk navigasi dalaman robot berasaskan Arduino kami.

Pilihan jelas kami untuk mana-mana modul sensor gerakan (IMU) adalah "oblu" (Rujuk gambar di atas). Tetapi bahagian yang sukar di sini adalah bahawa firmware yang ada di oblu sesuai untuk Pedestrian Dead Reckoning (PDR) atau Pedestrian Navigation yang dipasang di kaki, dengan kata mudah. Prestasi PDR oblu di dalam ruangan sebagai IMU yang dipasang di kaki cukup mengagumkan. Ketersediaan aplikasi Android (Xoblu) untuk penjejakan masa nyata oblu sebagai sensor kasut, menambah kelebihan. Namun, cabarannya adalah menggunakan algoritma yang ada berdasarkan model berjalan kaki manusia, untuk menavigasi robot dan mengawasinya.

Langkah 3: INTRO SINGKAT UNTUK "oblu"

"oblu" adalah platform pengembangan sumber kecil, kos rendah dan terbuka yang disasarkan kepada aplikasi pengesan gerakan yang boleh dipakai. Ia boleh dicas semula dengan bateri Li-ion dan membolehkan pengecasan bateri USB onboard. Ia mempunyai modul Bluetooth onboard (BLE 4.1) untuk komunikasi tanpa wayar. "oblu" mengendali mikrokontroler titik terapung 32-bit (Atmel's AT32UC3C) yang membolehkan menyelesaikan persamaan navigasi kompleks di atas kapal. Oleh itu seseorang melakukan semua pemprosesan gerakan pada oblu itu sendiri dan menyampaikan hasil akhir sahaja. Ini menjadikan penyatuan oblu dengan sistem bersekutu sangat mudah. "oblu" juga menganjurkan array multi-IMU (MIMU) yang membolehkan pelakuran sensor dan meningkatkan prestasi penginderaan gerakan. Pendekatan MIMU menambah keunikan "oblu".

Pengiraan dalaman oblu berdasarkan berjalan kaki manusia. oblu memberikan perpindahan antara dua langkah berturut-turut dan perubahan tajuk. Caranya - apabila kaki bersentuhan dengan tanah, kelajuan sol adalah sifar, iaitu solnya terhenti. Dengan cara ini oblu mengesan 'langkah' dan membetulkan beberapa kesalahan dalaman. Dan pembetulan ralat yang kerap ini, menghasilkan prestasi penjejakan yang hebat. Jadi di sinilah terletaknya tangkapan. Bagaimana jika robot kita juga berjalan dengan cara yang sama - bergerak, berhenti, bergerak, berhenti.. Sesungguhnya, oblu boleh digunakan untuk objek yang pergerakannya mempunyai momen sifar dan nol biasa. Oleh itu, kami bergerak maju dengan oblu dan dalam masa yang singkat kami dapat mengumpulkan robot dan sistem penjejakan kami.

Langkah 4: APAKAH KEGUNAAN "oblu"?

Kami menghabiskan hampir 70% masa kami di dalam rumah. Oleh itu, terdapat banyak aplikasi yang memerlukan navigasi dalaman manusia dan mesin. Penyelesaian kedudukan yang paling biasa digunakan ialah GPS / GNSS berasaskan satelit yang baik untuk navigasi luar. Ia gagal di persekitaran dalaman atau persekitaran bandar yang tidak dapat dilalui langit yang cerah. Aplikasi seperti itu adalah tinjauan geografi kawasan kumuh atau kawasan di bawah kanopi pokok lebat, navigasi robot dalam ruangan, kedudukan agen penyelamat untuk pemadaman kebakaran, kemalangan perlombongan, peperangan bandar dll.

Pendahuluan oblu diperkenalkan sebagai sensor kasut yang sangat padat (atau sensor PDR) untuk kedudukan pemadam kebakaran, yang kemudiannya ditingkatkan dan diubahsuai sebagai platform pengembangan yang sangat dapat dikonfigurasi untuk pembuat yang mencari mudah-tepat- penyelesaian penginderaan inersia yang berpatutan untuk navigasi dalaman manusia dan juga robot. Sejauh ini, pengguna oblu telah menunjukkan aplikasinya dalam mengesan pejalan kaki, keselamatan industri dan pengurusan sumber daya, polisi taktikal, tinjauan geografi kawasan tanpa GPS, robot navigasi diri, robotik bantu, permainan, AR / VR, rawatan gangguan pergerakan, memahami fizik gerakan dll. oblu sesuai untuk aplikasi dengan kekangan ruang, mis penderiaan gerakan yang boleh dipakai. Ia juga boleh digunakan sebagai IMU tanpa wayar, berkat Bluetooth on-board. Kehadiran keupayaan pemprosesan titik terapung di atas kapal, bersama dengan empat susunan IMU, memungkinkan pemancaran sensor dan pemprosesan gerakan dalam modul itu sendiri, yang seterusnya menghasilkan penginderaan gerakan yang sangat tepat.

Langkah 5: KISAH PROJEK

Kisah projek ini terdapat dalam video…

Langkah 6: PENERANGAN SISTEM

Robot bergerak di jalan yang diprogramkan dan menghantar (melalui bluetooth) maklumat pergerakan sebenarnya ke telefon untuk penjejakan masa nyata.

Arduino diprogramkan dengan jalur dan oblu digunakan untuk mengesan gerakan robot. oblu menghantar maklumat pergerakan ke Arduino pada selang masa yang tetap. Berdasarkan itu, Arduino mengawal pergerakan roda untuk membiarkan robot mengikuti jalan yang telah ditentukan.

Jalan robot diprogramkan sebagai satu set segmen garis lurus. Setiap segmen garis ditentukan oleh panjang dan orientasinya sehubungan dengan yang sebelumnya. Gerakan robot tetap diam-diam, iaitu bergerak dalam garis lurus, tetapi dalam segmen yang lebih kecil (mari kita panggil 'langkah' untuk kesederhanaan). Pada akhir setiap langkah, oblu memancarkan panjang dan tahap penyimpangan (perubahan arah) dari garis lurus, ke Arduino. Arduino memperbetulkan penyelarasan robot pada setiap langkah untuk menerima maklumat tersebut, jika mendapati penyimpangan dari garis lurus yang telah ditentukan. Seperti dalam setiap program, robot harus selalu bergerak dalam garis lurus. Walau bagaimanapun, ia mungkin menyimpang dari garis lurus dan boleh berjalan pada sudut tertentu atau jalan miring kerana tidak ideal seperti permukaan yang tidak rata, ketidakseimbangan jisim dalam pemasangan robot, ketidakseimbangan seni bina atau elektrik pada motor dc atau orientasi rawak roda depan bebas depan. Ambil satu langkah.. betulkan tajuk anda … maju ke hadapan. Robot juga bergerak ke belakang jika bergerak lebih dari panjang yang diprogramkan dari segmen garis tertentu itu.. Panjang langkah seterusnya bergantung pada jarak yang tinggal untuk ditempuh dari segmen garis lurus itu. Robot mengambil langkah besar ketika jarak yang harus dilalui lebih besar dan mengambil langkah yang lebih kecil dekat dengan tujuan (iaitu akhir setiap segmen garis lurus). oblu menghantar data ke Arduino dan telefon (melalui bluetooth) secara serentak. Xoblu (aplikasi Android) melakukan beberapa perhitungan sederhana untuk membina jalan berdasarkan maklumat pergerakan yang diterima dari robot, yang digunakan untuk penjejakan masa nyata di telefon. (Pembinaan jalan menggunakan Xoblu digambarkan pada gambar kedua).

Ringkasnya, oblu mengesan pergerakan dan menyampaikan maklumat pergerakan ke Arduino dan telefon secara berkala. Berdasarkan jalan yang diprogramkan dan maklumat pergerakan (dihantar oleh oblu), Arduino mengawal pergerakan roda. Pergerakan robot TIDAK dikawal dari jarak jauh kecuali untuk arahan start / stop.

Untuk firmware oblu layari

Untuk kod robot Aurduino, kunjungi

Langkah 7: PEMODELAN PATH

Robot boleh dikawal dengan baik jika hanya berjalan di segmen garis lurus sahaja. Oleh itu, jalan mesti dimodelkan terlebih dahulu sebagai satu set segmen garis lurus. Gambar mengandungi beberapa jalur contoh dan perwakilannya dari segi anjakan dan orientasi. Ini adalah bagaimana jalan diprogramkan di Arduino.

Begitu juga jalan yang merupakan sekumpulan segmen garis lurus, dapat ditentukan dan diprogramkan dalam Arduino.

Langkah 8: PERTANDINGAN PEKELILING

Gambarajah integrasi sistem peringkat teratas. Arduino dan oblu adalah bahagian pemasangan perkakasan. UART digunakan untuk komunikasi antara Arduino dan oblu. (Harap perhatikan sambungan Rx / Tx.) Arah aliran data hanya untuk rujukan. Keseluruhan pemasangan perkakasan berkomunikasi dengan telefon pintar (Xoblu) menggunakan bluetooth.

Langkah 9: DIAGRAM PEKELILING

Sambungan elektrik terperinci antara Arduino, oblu, pemandu motor dan pek bateri.

Langkah 10: PROTOKOL KOMUNIKASI:

Berikut adalah bagaimana komunikasi data berlaku antara sensor oblu yang dipasang pada robot dan telefon pintar, iaitu Xoblu:

Langkah 1: Xoblu menghantar perintah MULAI ke oblu Langkah 2: oblu mengakui menerima perintah dengan menghantar ACK yang sesuai ke Xoblu Langkah 3: oblu menghantar paket DATA yang mengandungi infomasi anjakan dan orientasi untuk setiap langkah, pada setiap langkah, ke Xoblu. (langkah = setiap kali mengesan gerakan sifar atau berhenti diam). Langkah 4: Xoblu mengakui menerima paket DATA terakhir dengan menghantar ACK yang sesuai ke oblu. (Kitaran langkah 3 dan 4 diulang sehingga Xoblu menghantar STOP. Setelah menerima arahan STOP, oblu melaksanakan Langkah 5) Langkah 5: HENTI - (i) Berhenti memproses di oblu (ii) Hentikan semua output di oblu Sila rujuk Catatan Permohonan oblu untuk perincian MULAI, ACK, DATA dan BERHENTI

Langkah 11: BAGAIMANA "oblu" IMU BEKERJA (pilihan):

Mengemukakan beberapa rujukan mengenai gambaran keseluruhan oblu dan prinsip asas operasi sensor PDR yang dipasang di kaki:

Kod sumber oblu yang tersedia disasarkan untuk navigasi yang dipasang di kaki. Dan ia dioptimumkan untuk tujuan tersebut. Video di bawah merangkumi prinsip operasi asasnya:

Berikut adalah beberapa artikel ringkas mengenai sensor PDR yang dipasang di kaki: 1. Jejaki langkah saya

2. Terus menjejaki langkah saya

Anda boleh merujuk dokumen ini untuk perincian mengenai perhitungan mati pejalan kaki menggunakan sensor kaki.

Langkah 12: Lawati "oblu.io" (pilihan)

Tonton video untuk kemungkinan aplikasi "oblu":

---------------- Sila kongsi maklum balas, cadangan dan komen anda. Keinginan Terbaik!

Langkah 13: KOMPONEN

1 oblu (platform pengembangan IMU opensource)

1 Kotak Bateri Kereta Motor Pintar Motor Chassis Kit DIY Speed Encoder untuk Arduino

1 Saiz Separuh Papan Roti Solderless

1 Wayar Pelompat Lelaki / Wanita

2 Kapasitor 1000 µF

1 Pemandu motor Texas Instruments Dual H-Bridge L293D

1 Arduino Mega 2560 & Genuino Mega 2560

4 Perkhidmatan Web Amazon AA 2800 Ni-MH Boleh dicas semula