Що я можу використовувати для виявлення точного розташування (дюймів) на відкритому повітрі?

Я повертаюсь до EE через деякий час, тому, вибачте, будь ласка, моє незнання. Я шукаю спосіб виявити точне місце розташування на відкритому повітрі, щоб орієнтуватися на робота для проекту зі своїми синами.
Чи існує низька вартість способу тріангуляції або використання GPS? Я шукаю до дюймової точності. Також мені байдуже, чи потрібно мені розміщувати деякі передавачі в різних місцях, щоб дати пристрою орієнтир.

Це для роботизованої газонокосарки. У мене є 2 десятинного двору, і мій будинок біля середини з кількома деревами як перешкоди.

Двоє з моїх трьох хлопців (14 років, 11 років, 5 років) висунули цю ідею, тому справжньою метою цього проекту є провести з ними час та викликати інтерес до EE & CE.

Зважаючи на це, вартість є фактором, але мені байдуже, чи працюємо ми над нею протягом наступних 2 років і витрачаємо трохи разом і вздовж.

Ось мої поточні плани

• Включіть на борту ПК з Windows, щоб я міг кодувати проти датчиків.
• Microsoft Connect на борту, щоб допомогти з виявленням перешкод (причина для ПК з Windows)
• Включіть USB-GPS для загального розташування
• Включіть камеру лише для задоволення

Через 2 роки, якщо у мене є гроші, це добре, але я не хочу починати з шалено дорогого GPS.

Дякую всім, хто має мені допомогу !!!!

Вам слід розглянути можливість перегортання системи. Немає потреби у самому роботі визначати місце розташування. Потрібно лише знати, що робити. Про це можна повідомити з фіксованого ПК через посилання WiFi. При такому посиланні не має значення, чи визначає робот місце розташування чи це робиться у фіксованій установці, а потім результат передається роботові. Якщо робот коли-небудь втратить WiFi-з'єднання, він може просто припинитися. Це перешкоджає виходу з діапазону, а отже, не отримує інформації про те, що він повинен розвернутися, тим часом косить усі квітники в околицях. Я думаю, що це також хороша ідея, щоб робота була максимально простою і покладала якомога більше навантаження на нерухому установку, де її легше контролювати, виправляти та працювати.

Я насправді цього не робив, але ось щось я придумав під час роздуму над вашою проблемою. Майте на роботі обертовий ІЧ-випромінювач. Це може обертатися раз на секунду або близько того. Він виділяє досить вузьку вертикальну щілину модульованого ІК. Потім ви ставите нерухомі ІЧ-датчики навколо місця, переважно периферії. Вони вказують, коли вони відчувають промінь від робота, який буде лише невеликою часткою інтервалу повторення. Порівнюючи терміни подачі сигналів від різних датчиків і знаючи їх розташування, ви зможете обчислити положення робота. Зсув часу від будь-яких двох датчиків, розділених на період маяка, повідомляє про відносні кути цих двох датчиків, як видно з робота. Маючи достатню кількість датчиків і купу математики (це легко зробити на будь-якому сучасному ПК за невелику частку секунди), ви можете вирішити для абсолютного положення робота. Потім ПК надсилає відповідні команди роботові через TCP-з'єднання по Wi-Fi посилання.

Роботу фактично не потрібна інформація про положення. Все "мислення" робиться на фіксованому ПК. Все, що потрібно роботу, - це невелика вбудована система з модулем WiFI та стеком TCP / IP. Ви можете надсилати роботам основні команди, наприклад відносний напрямок, швидкість тощо.

Дані будь-яких двох датчиків ставлять робота на дугу, яка також включає два датчика. Точна дуга залежить від зміщення кута двох датчиків. Теоретично все, що вам потрібно, - це три дуги, що означає три датчики. Я б використав ще кілька, щоб окремі датчики могли тимчасово випадати з різних причин. Це буде перешкоджати проблемі, але за допомогою правильного алгоритму ви можете скористатися всіма цими даними та знайти найбільш вірогідне місце роботи.

Як я вже говорив, я цього не пробував, але думаю, ви повинні мати можливість отримати достатньо хорошу точність, щоб контролювати газонокосарку. Принаймні, ця схема не покладається на щось особливо дороге, важко дістати або щось, що підштовхує те, що ви можете розумно виміряти у власному задньому дворі (наприклад, немає часу наносекунди).

Попередні відповіді вирішують проблему з точки зору того, як газонокосарка може визначити своє положення. Однак датчик (и) можуть бути зовнішніми, тобто домашніми. Розмістіть камери, щоб вони могли бачити газонокосарку в будь-якому місці вашого двору. Покладіть символ або прапор або щось барвисте на газонокосарку та деякі опорні точки (або використовуйте інфрачервоні відбивачі або світлодіоди. Таким чином ви можете встановити на камери лінзи з фільтром і лише ввімкнути, трівіалізуючи код відстеження). Оскільки камери нерухомі, розташування опорних точок та газонокосарки у відеокадрах повинно забезпечувати однозначні дані локалізації. Точність буде залежати від роздільної здатності камери. Таким чином, вам не доведеться витрачати стільки коштів на бортову електроніку, і ваш код обробки зображень може працювати "з дому".

Я можу придумати кілька способів, як цього можна досягти залежно від дальності, яку ви хочете, щоб робот пересувався (метри або 100 метрів?)

Однак GPS точно не збирається забезпечити точний рівень точності з легко доступним обладнанням. Щоб досягти цієї точності, вам потрібно буде здійснити диференціальну корекцію фази несучої. Хоча це не надто складно, це не так просто, як підключення до модуля. Ви можете подивитися на цей проект, щоб побачити його реалізацію.

Простішим підходом може бути використання ІЧ або ультразвукових маяків та використання датчиків на роботі для визначення відносного діапазону між ним та різними маяками. Приймач на сервоприймачі може ізолювати кут на передавач і відносну потужність сигналу. На жаль, ви, ймовірно, не отримаєте дюймовий рівень точності таким чином.

Інший варіант - використовувати веб-камеру та деякі відомі форми / кольори та запускати просте розпізнавання зображень. Використовуйте тріангуляцію (можливо, обертаючи веб-кулачок із кроковим двигуном), щоб визначити, де ви знаходитесь. Це можливо, якщо у вас на платі є значна oomph CPU (наприклад, BeagleBone або нетбук), а не щось маленьке, як Arduino.

Я б виглядав іншим маршрутом від усіх цих інших відповідей. Походіть дріт у своєму дворі по всьому периметру. Приводьте його за допомогою невеликої схеми, яка видає сигнал 100 кГц (або щось таке). Це було б дуже легко виявити за допомогою мобільної платформи. Це точно та сама техніка, яку застосовують ті безкаркасні системи, які використовуються для утримання собак у дворі. Чорт, ти, мабуть, можеш схопити один із блоків, який використовуватимеш як датчик.

Це дало б вам контроль за периметром. Якщо ви відчуваєте сигнал 100 кГц, ви на межі. Звичайно, спершу тестуйте це без косарки (можливо, ваша перша конструкція повинна бути автомобілем R / C, модифікованим для цього. Я б також вирив ПК з Windows і захопив систему Arduino. Вони дешеві і для початкових інвестицій кілька сотень доларів і автомобіль R / C, ви отримали свій прототип.

Як батько я майже впевнений, що ви хочете зробити це максимально безпечним. Це означало б НЕ прив’язувати купу електроніки до вашого надійного двотактного. Подивіться, чи зможете ви знайти стару копію журналу Radio-Electronics з 80-х років. У них там була створена робота-косарка, яка називається Lawn Ranger. Звичайно, ви б не відтворили їх оригінальний дизайн, але у них було декілька нових нововведень, включаючи простий у створенні датчик для виявлення скошеної трави (уникнення перешкод, виявлення периметра та навігація), і, що ще важливіше, вони мали унікальний дизайн для ріжучі леза, які були значно безпечнішими, ніж фунт заточеної, загартованої сталі, розвернувся навколо. Їх система різання по суті була парою розпашних дисків із закріпленими до них лезами x-acto. Диски будуть поворотні, що означало, якби скеля (або нога!) Потрапила так, як вона дала б, що призводить до менш згубної травми. Я настійно рекомендую переглянути ці статті та застосувати деякі принципи до сучасного дизайну. Ви можете отримати їх із вашої публічної бібліотеки; Я знаю, що у мене їх було.

Удачі, це звучить як чудовий проект, який змусить зацікавити та замислитись молодим.

Цікаво, чи можна було б використовувати GPS з гіроскопами для стабільного відстеження позицій. Можна застосувати нечіткі методи логічного навчання, якби хтось знав, як і мають стійкі сигнали про помилки положення (PES) з обох джерел. GPS для широкомасштабного зондування позиції +/- 10 м та гіроскопа чи іншого засобу для відстеження позицій на короткому діапазоні +/- 0,1 м

План 1) Виміряйте дані відстеження GPS-шляху для кожної дитини, косить газон, використовуючи радіо Zigbee або бортову систему збору даних. Пізніше проаналізуйте стабільність, закономірність, швидкість, ефективність програми аналізу маршруту, яка агрегує відстань, аналізує тремтіння нахилу, перекриття або ефективну кількість треків X&Y.

2) Потім виберіть оптимальний шлях і запам'ятайте його. (крихти печива) для запису різних шляхів, які використовує кожна дитина, та оцінки записаного шляху на предмет ефективності та безпеки шляху.

3) Виміряйте різні коси PES, скошуючи за допомогою ортогональних векторів, косих векторів, кругових доріжок та визначайте ефективну похибку відстеження для кожного способу наведення автомобіля та коментуйте естетичні відхилення вирощеної газону.

Просто використовуйте записані сигнали позиції, накопичені для аналізу, а потім пізніше спробуйте робототехнічне відстеження за допомогою 4-х канальної сервосистеми під керуванням. (Газ, рульове управління, гальмо та ін.)

Найбільший урок - це навчитися спілкуватися (з дітьми, клієнтами та інженерами) Навчання, як написати специфікацію перед її розробкою, - це найбільший урок. Які входи, процеси та результати, екологічні входи та тестові / вимірювані параметри з критеріями прийняття та відхилення. Також повинні бути відповідні винагороди за кожну віху та наслідки за невдачу.

Це мініатюра плану проекту, специфікації проекту та плану DVT. (Тест на перевірку дизайну)

Від цього залежить ваш успіх. Хай щастить.

Хоча це лише вихідна точка, я настійно рекомендую переглянути цей PDF, пояснюючи теорію, що стоїть за звуковим локалізатором Джона Свінда . Наскільки я пам’ятаю, він пояснює різні методи локалізації та пояснює метод Джона, який є точним до півсантиметра! (Налаштування нетривіально, і код не надається, але він використовується для гарного ефекту для події RoboColumbus DPRG (Dallas Personal Robotics Group)).

/electronics//a/23506/5439

Дивіться мою відповідь на інше питання щодо LPS. Коротка відповідь - це досить жорстка проблема, і існуючі системи є досить дорогими (починаючи з кількох тисяч доларів). Пропозиція щодо використання ультразвукових датчиків є корисною, якщо ви користуєтесь Google, ви можете знайти попереднє мистецтво щодо використання ультразвукового та навіть чутного звуку для цього.

В даний час udacity пропонує безкоштовний он-лайн курс програмування роботизованого автомобіля, який навчає вас, як Google це робить для своїх самостійно керованих автомобілів. В основному вони використовують GPS для грубого позиціонування разом із збереженими картами та зоровим зондуванням для локалізації з високою точністю. Програмне забезпечення використовує фільтри для частинок.

Ви можете зробити це лише з GPS, якщо використовували б дуже дороге диференційоване GPS обладнання, яке використовували геодезисти, але це навряд чи було б рентабельним. Як ви підказуєте, якщо ви використовуєте кілька приймачів низької вартості (можливо, Xbee?), Ви зможете легко виміряти відстань з надзвичайно високим ступенем точності, передаючи імпульс і вимірюючи час, необхідний для подорожі від передавача на робота до віддалений ретранслятор і назад. Це як RADAR, за винятком того, що замість відштовхування сигналу від пасивної поверхні його відправляють назад ваші стаціонарні транспондери.

EDIT: Оскільки мене Кевін викликав на цьому, можливо, я краще поясню ;-) (Все в хорошій забаві, я дуже поважаю Кевіна, і він цілком правильно, що я не надав достатньої кількості деталей, щоб показати, як це зробити реалізувати це).

Для точного вимірювання затримки розповсюдження між двома точками потрібно, перш за все, дві речі: 1) Шлях прямої лінії сигналу, оскільки відбиття створюватимуть спотворення. 2) Деякі електроніки з обох кінців використовують синхронізовані годинники та можливість вимірювання часових інтервалів до необхідної точності.

Синхронізовані годинники відносно прості, оскільки приймальна станція може отримати годинник від сигналу, який передається іншою станцією. Це стандартна синхронна передача даних з відновленням годинника.

Ось документ, який вимірює затримку розповсюдження через двонаправлене посилання для передачі даних у 1,25 Гбіт / с, де вони легко отримують таку точність за 10-кілометровий шматок волоконної оптики. Вони заявляють: "Це повинно бути в змозі синхронізувати ~ 1000 вузлів з сунаносекундною точністю на довжинах до 10 км".

У цій примітці описаний спосіб визначення зрушення часу між двома вузлами. Ці вузли з'єднані через 8B / 10B кодований 1,25 Гбіт / с двосторонній канал послідовного зв'язку з точкою в точку, як, наприклад, використовується 1000BASE-X (Gigabit Ethernet). Зсув часу визначається вимірюванням затримки розповсюдження за допомогою сигналу маркера. Сигнал передається від ведучого до веденого вузла і назад, використовуючи функцію серіалізатора / десеріалізатора (SerDes) в FPGA (Virtex-5). Відновлений годинник у веденому вузлі використовується як тактова частота передачі підлеглого, так що повна система є синхронною. Для послідовного каналу зв'язку 1,25 Гбіт / с відома затримка з роздільною здатністю одиничного інтервалу (тобто 800 пс). Ця роздільна здатність може бути додатково посилена шляхом вимірювання фазового відношення між тактовою частотою передачі та прийому головного вузла. Продемонстровано, що ця технологія працює над одним волокном 10 км, яке використовується на двох довжинах хвиль, щоб полегшити двонаправлене з'єднання між точкою і точкою між головним і веденим вузлом.

також

Перша тестова установка була побудована для перевірки принципу вимірювання затримки розповсюдження між передавачем та приймачем за допомогою кодованого послідовного каналу зв'язку, що працює на рівні 3,125 Гбіт / с. Передавач і приймач перебувають у FPGA на двох окремих платах розробки. Цей перший тестовий параметр показав, що можна виміряти затримку розповсюдження на волокні 100 км з роздільною здатністю одного одиничного інтервалу (тобто 320 фунтів на секунду при 3,125 Гбіт / с).

ВИКОРИСТАНО ОБЛАДНАННЯ:

Тестова установка складається з двох плат розробки ML507 Xilinx [7]. На кожній платі встановлено FPGA Virtex-5. Одна плата розробки ML507 позначена як головний вузол, інша - як ведений вузол. Головний і ведений з'єднуються за допомогою трансиверів малого формного фактора (SFP) та 10 км волокна, створюючи двосторонній зв'язок. Використовується одиночне волокно, яке працює на подвійній довжині хвилі.

Очевидно, що ця настройка є надмірною для більшості хобі-проектів з робототехніки, але її можна легко відтворити вдома, оскільки вона використовує поза дошками розробки полиць і не вимагає особливих талантів, щоб працювати. Що стосується робота, то посилається на радіо, а не на волоконно-оптичний кабель. Можливо, це може бути навіть ІЧ-зв’язок, як телевізор, хоча я підозрюю, що на вулиці під яскравим сонцем це може бути проблематично. Вночі це може спрацювати чудово!

Як вже говорили інші, локалізація - це важка проблема, і дозволити один дюйм за розумною ціною дуже складно. Вам може бути цікаво знати, що існує змагання на рівні коледжу за участю роботизованих газонокосарок: Конкурс робочих газонокосарок ION . Я був частиною команди, що готувалася до ION; Врешті-решт, ми не змагалися, але, безумовно, витратили багато часу на роздуми над проблемою, що, безумовно, складніше, ніж здається. Зауважте, що більшість конкурентівна останньому конкурсі ION за відведений час косили менше 50% поля, платформи коштували десятки тисяч доларів! Однак у вас є перевага, оскільки ION забороняє зовнішні навігаційні засоби, наприклад, маяки, які полегшують вирішення проблеми. (І у вас немає обмеженого часу.) Перегляд звітів проектів команд було б хорошим джерелом ідей.

Якби я розпочав такий робототехнічний газонокосарок, як ваш, я, мабуть, використовував би комбінацію дешевих GPS (для грубого розташування), ІЧ / ультразвукових / різнокольорових маяків (точне (r) розташування), кодерів (оцінка положення) та комп’ютерного зору (різні). Я б не радив витрачати тисячі доларів на модні системи GPS та IMU. Kinect - це гарна ідея, і, звичайно, набагато дешевше, ніж Lidar; вам точно доведеться багато жувати між картою глибини та камерою.

Я також рекомендую курс Udacity з програмування самостійно керованих автомобілів для ознайомлення з концепціями.

Тепер, коли ви змінили запитання, щоб зняти вимогу роздільної здатності в один дюйм і сказали нам, що у вас буде бортовий ПК з Windows і Microsoft Connect, я думаю, ви могли б зробити дуже хороше розташування саме з цим обладнанням у робота.

Ви бачили кілька дешевих полів для гольфу, якими користуються люди, щоб знайти відстань до трійника?

Те, як вони працюють, - це виміряти сприйняту висоту прапора на зеленому (що є фіксованою висотою) та показати відстань до трійника. Це простий правильний трикутник, коли, якщо ви знаєте кут і висоту дальньої сторони, ви можете обчислити довжину основи. Це саме та річ, яку будуть вивчати ваші сини з геометрії, а згодом і з тригонометрії.

Оскільки ваш будинок здається видно з усіх частин вашої ділянки, можливо, було б легко побачити 2 кути та обчислити відстань?

Використовуйте звукову енергію самої косарки. Це власний пінгер. А може бути, його шум може бути використаний для маскування звукового щебетання, що додається до косарки, може бути синхронізований до колінчастого вала чи леза. Поставте мікрофон на косарку та в декількох місцях навколо двору. Отримайте приблизну оцінку місця на основі гучності. Найближчі мікрофони не матимуть стільки проблем із багатосторонністю. Потім перехресне співвіднесення звуку з найближчих мікрофонів для оцінки затримки звуку під час польоту. Середній або фільтр Калмана, щоб позбутися шуму в оцінках затримки, і застосувати триг. Якщо ви зможете приховати (від людей) і виявити (шляхом перехресної кореляції) віяння щебетання або двигуна на косарку, можливо, ви зможете отримати дюйми точності.

Перевірте http://porcupineelectronics.com/uploads/LR3_Data_Sheet.pdf Цей маленький адаптер LR3 (він застарілий, але кращий вже в дорозі) дозволяє інтерфейсувати ПК або SBC до метри відстані Fluke 411D, точність до +/- 3 мм на 30 М, наскільки я пам'ятаю. Новий блок, що виходить (LR4), працює з новими лічильниками Fluke. У поєднанні з камерою на платформі панорамування / нахилу, щоб ви могли вказати її на відомі цілі та датчик високої роздільної здатності на сервоприводі каструлі для високої точності вимірювання кута, ви повинні мати змогу тріангулювати положення вашого робота відносно карти вашого двору точність, яка вам потрібна. Вам знадобиться тригонометрія в коді (вище моєї середньої школи з математики). Я знайшов необхідне рівняння в Інтернеті (Вікіпедія). Я б включив його сюди, але перебуваю далеко від своєї домашньої машини, де зберігається інформація. Система також може полегшити генерацію карти. Можливо, вам знадобиться гіроїзована платформа з пасивною ізоляцією вібрацій (газонокосарки мають багато вібрації). Для вимірювань на льоту вам може знадобитися програмне забезпечення для відстеження, щоб утримати також лазер на цілі. Точна одометрія дасть вам більше часу між "виправленнями", якщо ваша обчислювальна потужність скромна.