Cosa posso usare per rilevare la posizione millimetrica (pollici) all'aperto?

Sto tornando a EE dopo un po 'di tempo, quindi per favore scusa la mia ignoranza. Sto cercando un modo per rilevare la posizione precisa all'aperto per navigare in un robot per un progetto con i miei figli.
Esiste un modo economico per triangolare o utilizzare il GPS? Sto cercando la precisione in pollici. Inoltre, non mi interessa se devo posizionare alcuni trasmettitori in posizioni diverse per fornire un riferimento al dispositivo.

Questo è per un rasaerba robotizzato. Ho un cortile di 2 acri e la mia casa è vicino alla metà con diversi alberi come ostacoli.

Due dei miei tre ragazzi (14 anni, 11 anni, 5 anni) hanno sviluppato l'idea, quindi il vero obiettivo di questo progetto è passare del tempo con loro e stimolare il loro interesse per EE e CE.

Detto questo, il costo è un fattore, ma non mi interessa se ci lavoriamo per i prossimi 2 anni e passiamo un po 'di tempo.

Ecco i miei piani attuali

• Includere un PC Windows a bordo in modo che io possa programmare contro i sensori.
• Microsoft Connect a bordo per facilitare il rilevamento degli ostacoli (motivo del PC Windows)
• Includi un GPS USB per la posizione generale
• Includi la fotocamera solo per divertirti

Tra 2 anni se avrò dei soldi, andrà bene, ma non voglio iniziare con un GPS costoso e folle.

Grazie a tutti quelli che mi hanno aiutato !!!!

Dovresti considerare di girare il sistema. Non è necessario che il robot stesso determini la posizione. Deve solo sapere cosa fare. Questo può essere comunicato ad esso da un PC fisso tramite un collegamento WiFi. Con tale collegamento non importa se il robot capisce la posizione o se ciò avviene nell'installazione fissa e quindi il risultato trasmesso al robot. Se il robot dovesse perdere la connessione WiFi, potrebbe semplicemente arrestarsi. Ciò gli impedisce di uscire dal raggio di azione e quindi di non ottenere le informazioni che dovrebbe cambiare, mentre nel frattempo falcia tutti i giardini fioriti del quartiere. Penso che sia anche una buona idea mantenere il robot il più semplice possibile e caricare la maggior parte dell'onere sull'installazione fissa in cui è più facile monitorare, riparare e lavorare.

In realtà non l'ho fatto, ma ecco qualcosa che mi è venuto in mente mentre riflettevo sul tuo problema. Avere un emettitore IR rotante sul robot. Questo potrebbe ruotare una volta al secondo. Spara una fessura verticale abbastanza stretta di IR modulato. Quindi metti sensori IR fissi in tutto il luogo, principalmente nella periferia. Questi indicano quando rilevano il raggio dal robot, che sarà solo per una piccola frazione dell'intervallo di ripetizione. Confrontando i tempi dei segnali dai vari sensori e conoscendo le loro posizioni, dovresti essere in grado di calcolare la posizione del robot. L'offset temporale da due sensori divisi per il periodo di beacon indica gli angoli relativi di quei due sensori visti dal robot. Con abbastanza sensori e un sacco di matematica (facilmente eseguibile su qualsiasi PC moderno in una piccola frazione di secondo), puoi risolvere per la posizione assoluta del robot. Il PC invia quindi i comandi appropriati al robot tramite una connessione TCP tramite il collegamento WiFi.

Il robot non ha effettivamente bisogno delle informazioni sulla posizione. Tutto il "pensiero" viene fatto sul PC fisso. Tutto ciò di cui il robot ha bisogno è un piccolo sistema integrato con un modulo WiFI e uno stack TCP / IP. Puoi inviare comandi di base al robot, come direzione relativa, velocità, ecc.

I dati di due sensori qualsiasi mettono il robot su un arco che include anche i due sensori. L'arco esatto dipende dall'offset angolare dei due sensori. In teoria tutto ciò che serve sono tre archi, il che significa tre sensori. Ne userei diversi altri in modo che i singoli sensori possano temporaneamente abbandonarsi per vari motivi. Ciò sovraccaricherà il problema, ma con il giusto algoritmo è possibile utilizzare tutti questi dati e trovare la posizione più probabile del robot.

Come ho detto, non ho provato questo, ma penso che dovresti essere in grado di ottenere una precisione sufficiente per controllare un tosaerba. Almeno questo schema non si basa su qualcosa di particolarmente costoso, difficile da ottenere o che spinge ciò che è possibile misurare ragionevolmente nel proprio cortile (nessun tempismo di nanosecondi, per esempio).

Le risposte precedenti affrontano il problema dal punto di vista di come il rasaerba può rilevare la sua posizione. Tuttavia, i sensori potrebbero essere esterni, ad esempio sulla casa. Posiziona le telecamere in modo che possano vedere il tosaerba in qualsiasi punto del tuo giardino. Metti un simbolo o una bandiera o qualcosa di colorato sul rasaerba e alcuni punti di riferimento (o usa i riflettori o i led a infrarossi, in questo modo puoi installare obiettivi con filtro notch sulle telecamere e far entrare solo, banalizzando il codice di monitoraggio). Poiché le telecamere sono fisse, la posizione dei punti di riferimento e del rasaerba all'interno dei fotogrammi video dovrebbe fornire dati di localizzazione inequivocabili. La precisione dipenderà dalla risoluzione della fotocamera. In questo modo non è necessario spendere troppo per l'elettronica di bordo e il codice di elaborazione delle immagini può essere eseguito "da casa".

Mi viene in mente un paio di modi in cui ciò potrebbe essere ottenuto in base alla distanza in cui si desidera spostare il robot (metri o 100s di metri?)

Tuttavia, il GPS sicuramente non ti darà il livello di precisione in pollici con hardware facilmente disponibile. Per ottenere tale precisione, è necessario eseguire la correzione differenziale della fase portante. Anche se questo non è troppo complicato, non è così semplice come collegare un modulo. Puoi guardare questo progetto per vederne una realizzazione.

Un approccio più semplice può essere l'uso di radiofari IR o ad ultrasuoni e l'uso di sensori sul robot per determinare l'intervallo relativo tra esso e i vari radiofari. Un ricevitore montato sul servo può isolare l'angolo dal trasmettitore e la relativa potenza del segnale. Purtroppo non è probabile che tu ottenga il livello di precisione in pollici in questo modo.

Un'altra opzione è quella di utilizzare una webcam e alcune forme / colori noti ed eseguire un semplice riconoscimento delle immagini. Usa la triangolazione (magari ruotando la web cam con un motore passo-passo) per capire dove ti trovi. Questo è fattibile se hai a disposizione un notevole gruppetto della CPU (ad esempio, un BeagleBone o un netbook) piuttosto che qualcosa di piccolo come un Arduino.

Avrei un percorso diverso da tutte queste altre risposte. Seppellisci un filo nel tuo cortile attorno al perimetro. Guidalo con un piccolo circuito che emette un segnale a 100kHz (o qualcosa del genere). Sarebbe molto facile da rilevare con una piattaforma mobile. È esattamente la stessa tecnica usata da quei sistemi indifesi usati per tenere i cani in cortile. Diavolo, probabilmente potresti prendere una delle unità da usare come sensore.

Ciò ti darebbe il controllo perimetrale. Se senti il ​​segnale a 100kHz, sei al limite. Ovviamente testalo prima senza un tosaerba (forse il tuo primo progetto dovrebbe essere un'auto R / C modificata per farlo. Avrei anche abbandonato il PC Windows e afferrato un sistema Arduino. Sono economici e per un investimento iniziale di un poche centinaia di dollari e un'auto R / C, hai il tuo prototipo.

Come genitore sono abbastanza sicuro che tu voglia renderlo il più sicuro possibile. Ciò significherebbe NON legare un mucchio di elettronica al tuo fidato due tempi. Vedi se riesci a trovare una vecchia copia della rivista Radio-Electronics degli anni '80. Avevano un design di rasaerba robotizzato chiamato Lawn Ranger. Ovviamente non avresti ricreato il loro design originale ma avevano diverse novità, tra cui un sensore di facile costruzione per rilevare l'erba tagliata (evitamento degli ostacoli, rilevamento del perimetro e navigazione) e, cosa più importante, avevano un design unico per lame di taglio che erano significativamente più sicure di una libbra di acciaio affilato e temprato che veniva ruotato attorno. Il loro sistema di taglio era essenzialmente una coppia di dischi oscillanti con lame x-acto fissate su di essi. I dischi ruoterebbero, il che significa che se una roccia (o un piede!) Si mettesse nel modo in cui darebbe, con conseguente infortunio meno disastroso. Consiglio vivamente di controllare quella serie di articoli e applicare alcuni dei principi al tuo design moderno. Potresti essere in grado di ottenerli dalla tua biblioteca pubblica; So che il mio li aveva.

Buona fortuna, sembra un grande progetto che manterrà i giovani interessati e pensanti.

Mi chiedo se sarebbe possibile utilizzare il GPS con giroscopi per un tracciamento stabile della posizione. Si potrebbero applicare metodi di apprendimento della logica fuzzy se si sapesse come e si abbiano segnali di errore di posizione stabili (PES) da entrambe le fonti. GPS per rilevamento della posizione su larga scala +/- 10m e giroscopio o altri mezzi per il rilevamento della posizione a corto raggio +/- 0,1m

Piano 1) Misurare i dati di tracciamento del percorso GPS per ogni bambino che falcia il prato utilizzando una radio Zigbee o un sistema di raccolta dei dati a bordo. Successivamente analizza la stabilità, il modello, la velocità, l'efficacia su un programma di analisi del percorso che aggrega la distanza, analizza il jitter di pendenza, la sovrapposizione o il numero effettivo di tracce X e Y.

2) Quindi scegli il percorso ottimale e memorizzalo. (cookie briciola) per registrare vari percorsi utilizzati da ciascun bambino e valutare il percorso registrato per le prestazioni e la sicurezza del percorso.

3) Misurare vari percorsi PES tagliando usando vettori ortogonali, vettori obliqui, binari circolari e determinare un errore di tracciamento efficace per ciascun metodo di guida del veicolo e commentare le variazioni estetiche del prato tagliato prodotto.

Basta usare i segnali di posizione registrati accumulati per l'analisi, quindi in seguito tentare il tracciamento robotizzato con sistema servocomandato a 4 canali. (Gas, sterzo, freno e altro.)

La lezione più grande è imparare a comunicare (con bambini, clienti e ingegneri) Imparare a scrivere una specifica prima di progettarla, è la lezione più grande. Quali input, processi e output, input ambientali e parametri testabili / misurabili con criteri di accettazione e rifiuto. Dovrebbero inoltre essere previsti premi adeguati per ciascuna pietra miliare e conseguenze per il fallimento.

Questa è una miniatura del piano di progetto, delle specifiche di progetto e del piano DVT. (Test di validazione del progetto)

Il tuo successo dipende da questo. Buona fortuna e buon divertimento.

Anche se questo è solo un punto di partenza, ti consiglio vivamente di guardare questo PDF che spiega la teoria alla base del localizzatore audio di John Swindle . Per quanto ricordo, spiega diversi metodi di localizzazione e spiega il metodo di John, che è accurato a meno di mezzo pollice! (L'impostazione non è banale e il codice non viene fornito, ma viene utilizzato con buoni risultati per l'evento RoboColumbus del DPRG (Dallas Personal Robotics Group).

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Vedi la mia risposta a un'altra domanda su LPS. La risposta breve è che si tratta di un problema piuttosto difficile e che i sistemi esistenti sono piuttosto costosi (a partire da diverse migliaia di dollari). Il suggerimento di utilizzare i sensori a ultrasuoni è buono, se su Google puoi trovare l'arte nota sull'uso degli ultrasuoni e persino del suono udibile per questo.

Attualmente udacity offre un corso gratuito online per la programmazione di un'auto robotica che ti insegna come Google lo fa per le sue auto a guida autonoma. Fondamentalmente usano il GPS per il posizionamento grossolano insieme a mappe memorizzate e sensori di visione per la localizzazione con un alto grado di precisione. Il software utilizza filtri antiparticolato.

Potresti farlo con il solo GPS se utilizzassi le costose apparecchiature GPS differenziali utilizzate dai topografi, ma difficilmente sarebbe conveniente. Come suggerisci, se usi un paio di ricetrasmettitori a basso costo (forse Xbee?) Potresti facilmente misurare la distanza con un grado di precisione estremamente elevato trasmettendo un impulso e misurando il tempo necessario per viaggiare dal trasmettitore sul robot al ripetitore remoto e ritorno. Questo è come RADAR, tranne per il fatto che invece di far rimbalzare il segnale da una superficie passiva, viene inviato dai transponder stazionari.

EDIT: Da quando sono stato chiamato da Kevin su questo, forse spiegherò meglio ;-) (Tutto molto divertente, ho il massimo rispetto per Kevin ed è abbastanza corretto che non ho fornito dettagli sufficienti per mostrare come attuare questo).

Per misurare accuratamente il ritardo di propagazione tra due punti sono necessarie principalmente due cose: 1) Un percorso del segnale in linea retta poiché le riflessioni creeranno distorsioni. 2) Alcuni componenti elettronici su entrambe le estremità utilizzano orologi sincronizzati e la capacità di misurare gli intervalli di tempo con la precisione richiesta.

Gli orologi sincronizzati sono relativamente facili in quanto la stazione ricevente può ricavare il suo orologio dal segnale trasmesso dall'altra stazione. Questa è la trasmissione di dati sincrona standard con ripristino dell'orologio.

Ecco un documento Misurare il ritardo di propagazione su un collegamento dati bidirezionale da 1,25 Gbps in cui ottengono facilmente questo tipo di precisione su un pezzo di fibra ottica lungo 10 km. Dichiarano : "Dovrebbe essere in grado di sincronizzare ~ 1000 nodi con precisione subnanoseconda su lunghezze fino a 10 km".

In questa nota viene descritto un metodo per determinare l'offset temporale tra due nodi. Questi nodi sono collegati tramite un canale di comunicazione punto-punto seriale bidirezionale codificato 8B / 10B da 1,25 Gbps, come ad esempio viene utilizzato da 1000BASE-X (Gigabit Ethernet). L'offset temporale viene determinato misurando il ritardo di propagazione utilizzando un segnale marker. Il segnale viene inviato da un master a un nodo slave e viceversa utilizzando la funzionalità serializzatore / deserializzatore (SerDes) in FPGA (Virtex-5). Il clock recuperato sul nodo slave viene utilizzato come clock di trasmissione dello slave, quindi l'intero sistema è sincrono. Per un canale di comunicazione seriale da 1,25 Gbps, il ritardo è noto con una risoluzione di un intervallo di unità singola (cioè 800 ps). Questa risoluzione può essere ulteriormente migliorata misurando la relazione di fase tra il clock di trasmissione e di ricezione del nodo master. È stato dimostrato che la tecnica funziona su una singola fibra da 10 km che viene utilizzata a due lunghezze d'onda, per facilitare una connessione bidirezionale punto a punto tra nodo master e nodo slave.

anche

È stata creata una prima configurazione di prova per verificare il principio di misurazione del ritardo di propagazione tra un trasmettitore e un ricevitore utilizzando un canale di comunicazione seriale codificato operato a 3,125 Gbps. Il trasmettitore e il ricevitore risiedono in FPGA su due schede di sviluppo separate. Questa prima configurazione di prova ha dimostrato che è possibile misurare il ritardo di propagazione su una fibra di 100 km con una risoluzione di un intervallo di unità (cioè 320 ps a 3.125 Gbps).

EQUIPAGGIAMENTO UTILIZZATO:

L'impostazione del test è composta da due schede di sviluppo Xilinx ML507 [7]. Un FPGA Virtex-5 è montato su ogni scheda. Una scheda di sviluppo ML507 è designata come nodo principale, l'altra come nodo secondario. Master e slave sono collegati tramite ricetrasmettitori inseribili con fattore di forma ridotto (SFP) e 10 km di fibra, creando un collegamento bidirezionale. Viene utilizzata una singola fibra che viene azionata a doppia lunghezza d'onda.

Ora chiaramente questa particolare configurazione è eccessiva per la maggior parte dei progetti di robotica per hobby, ma potrebbe essere facilmente riprodotta a casa poiché utilizza schede di sviluppo standardizzate e non richiede talenti speciali per funzionare. Nel caso del robot il collegamento sarebbe radio piuttosto che un cavo in fibra ottica. Forse potrebbe anche essere un collegamento a infrarossi come un telecomando della TV, anche se sospetto che fuori, sotto il sole, potrebbe essere problematico. Di notte potrebbe funzionare alla grande!

Come altri hanno già detto, la localizzazione è un problema difficile e la risoluzione di un pollice a costi ragionevoli è molto difficile. Potresti essere interessato a sapere che esiste una competizione a livello universitario che coinvolge rasaerba robotizzati: la ION Robotic Lawn Mower Competition . Facevo parte di una squadra che si preparava per ION; alla fine, non abbiamo gareggiato, ma abbiamo sicuramente trascorso molto tempo a pensare al problema, che è sicuramente più difficile di quanto sembri. Si noti che la maggior parte dei concorrentinell'ultima competizione ION ha falciato meno del 50% del campo nel tempo assegnato, con piattaforme che costano decine di migliaia di dollari! Hai un vantaggio, però, perché ION non consente gli aiuti alla navigazione esterna, come i beacon, che rendono il problema molto più facile da risolvere. (E non hai limiti di tempo.) Esaminare i rapporti sui progetti dei team sarebbe una buona fonte di idee.

Se mi stessi imbarcando in un progetto di rasaerba robotizzato come il tuo, probabilmente utilizzerei una combinazione di GPS economico (per posizione approssimativa), radiofari IR / ultrasonici / multicolori (posizione fine (r)), encoder (stima della posizione) e visione artificiale (vari). Non consiglierei di spendere migliaia di dollari in fantasiosi sistemi GPS e IMU. Il Kinect è una buona idea ed è sicuramente molto più economico di Lidar; avrai sicuramente molto da masticare tra la mappa di profondità e la fotocamera.

Consiglio anche il corso Udacity sulla programmazione di auto a guida autonoma per un'introduzione ai concetti coinvolti.

Ora che hai modificato la domanda per rimuovere il requisito di una risoluzione di un pollice e ci hai detto che avrai un PC Windows e un Microsoft Connect a bordo, penso che potresti fare un'ottima posizione con solo quell'hardware sul robot.

Hai visto alcuni dei campi da golf economici che la gente usa per trovare la distanza dal tee?

Il modo in cui funzionano è misurare l'altezza percepita della bandiera sul green (che è un'altezza fissa) e mostrare la distanza dal tee. Questo è un semplice triangolo rettangolo in cui se si conoscono l'angolo e l'altezza del lato opposto è possibile calcolare la lunghezza della base. Questo è esattamente il tipo di cose che i tuoi figli impareranno in geometria e successivamente in trigonometria.

Dal momento che la tua casa sembra essere visibile da tutte le parti del tuo lotto, forse sarebbe facile vedere 2 angoli e calcolare la distanza?

Usa l'energia sonora del rasaerba stesso. È il suo pinger. O forse il suo rumore può essere usato principalmente per mascherare un suono di cinguettio audio aggiunto al tosaerba, forse sincronizzato con l'albero motore o la lama. Metti un microfono sul tosaerba e in alcuni punti del cortile. Ottieni una stima approssimativa della posizione in base al volume. I microfoni più vicini non avranno tanti problemi multipath. Quindi correlare in modo incrociato l'audio dei microfoni più vicini per stimare il ritardo del suono del tempo di volo. Filtro medio o Kalman per eliminare il rumore nelle stime del ritardo e applicare il trig. Se riesci a nascondere (dagli umani) e rilevare (per correlazione incrociata) un cinguettio o una vibrazione del motore sul tosaerba, potresti essere in grado di ottenere una precisione di pochi centimetri.

Check-out http://porcupineelectronics.com/uploads/LR3_Data_Sheet.pdf Questo piccolo adattatore LR3 (è obsoleto ma è in arrivo uno migliore) consente di interfacciare un PC o un SBC a un misuratore di distanza Fluke 411D, precisione da +/- 3 mm a 30 M, per quanto ricordo. La nuova unità in uscita (LR4) funziona con i nuovi misuratori Fluke. In combinazione con una telecamera su una piattaforma di panoramica / inclinazione in modo da poterla puntare verso obiettivi noti e un encoder ad alta risoluzione sul servo della panoramica per misurazioni angolari di alta precisione, dovresti essere in grado di triangolare la posizione del tuo robot rispetto a una mappa del tuo cantiere con il la precisione di cui hai bisogno. Avrai bisogno di un po 'di trigonometria nel codice (sopra la mia matematica del liceo). Ho trovato l'equazione richiesta su Internet (Wikipedia). Vorrei includerlo qui ma sono lontano dalla mia macchina di casa in cui sono memorizzate le informazioni. Il sistema può anche facilitare la generazione della mappa. Potrebbe essere necessaria una piattaforma giroscopica con isolamento passivo delle vibrazioni (i tosaerba hanno molte vibrazioni). Per le misurazioni al volo potrebbe essere necessario un software di localizzazione per mantenere il laser sul bersaglio. L'odometria accurata ti darà più tempo tra le "correzioni" se il tuo potere computazionale è modesto.