Navegueu el robot amb sensors de sabates, sense GPS, sense mapa: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Per obluoblu Segueix Quant a: oblu és un sensor de navegació interior Més informació sobre oblu »

El robot es mou en un camí preprogramat i transmet (mitjançant bluetooth) la informació del moviment real a un telèfon per fer un seguiment en temps real. Arduino està preprogramat amb path i oblu s’utilitza per detectar el moviment del robot. oblu transmet informació de moviment a Arduino a intervals regulars. Basat en això, Arduino controla els moviments de les rodes per deixar que el robot segueixi el camí predefinit.

Pas 1: Una breu introducció

El projecte tracta de fer moure el robot en un camí predefinit amb precisió, sense fer ús del GPS o WiFi o Bluetooth per al posicionament, ni tan sols el mapa ni el pla de disseny de l’edifici. I dibuixeu el seu camí real (a l’escala), en temps real. El bluetooth es pot utilitzar com a substitut del cable per transmetre informació d’ubicació en temps real.

Pas 2: LA INTERESSANT HISTORYRIA DE FONS

L’agenda principal del nostre equip és desenvolupar sensors de navegació per a vianants muntats en sabates. Tanmateix, ens va atendre un grup de recerca acadèmic amb el requisit de navegar per un robot interior i controlar simultàniament la seva posició en temps real. Volien utilitzar aquest sistema per cartografiar la radiació en una cambra tancada o detectar fuites de gas en una instal·lació industrial. Aquests llocs són perillosos per als éssers humans. buscant una solució robusta per a la navegació interior del nostre robot basat en Arduino.

La nostra opció òbvia per a qualsevol mòdul de sensor de moviment (IMU) va ser "oblu" (Ref. Imatge superior). Però el més complicat aquí era que el microprogramari existent d’oblu era adequat per a la navegació per a vianants (PDR) o per a la navegació de vianants, muntada a peu. El rendiment de PDR d’oblu a l’interior com a IMU muntada al peu és bastant impressionant. La disponibilitat de l’aplicació Android (Xoblu) per al seguiment en temps real d’oblu com a sensor de sabata, afegeix l’avantatge. No obstant això, el repte era fer ús del seu algorisme existent basat en el model de caminar per a la navegació del robot i la seva supervisió.

Pas 3: UN INTRODUCCIÓ BREU A "oblu"

"oblu" és una plataforma de desenvolupament miniatura, de baix cost i de codi obert dirigida a aplicacions de detecció de moviment usables. És compatible amb la bateria recarregable de ions de li i permet carregar la bateria USB a bord. Té un mòdul Bluetooth integrat (BLE 4.1) per a la comunicació sense fils. "oblu" allotja un microcontrolador de punt flotant de 32 bits (AT32UC3C d'Atmel) que permet resoldre complexes equacions de navegació a bord. Per tant, es realitza tot el processament de moviment al mateix oblu i es transmet només el resultat final. Això fa que la integració d’oblu amb el sistema associat sigui extremadament senzilla. "oblu" també allotja una matriu multi-IMU (MIMU) que permet la fusió del sensor i millora el rendiment de la detecció de moviment. L'enfocament MIMU s'afegeix a la singularitat de "oblu".

els càlculs interns d’oblu es basen en la marxa humana. oblu dóna un desplaçament entre dos passos successius i un canvi de capçalera. Com: quan el peu entra en contacte amb el terra, la velocitat de la sola és nul·la, és a dir, la sola està aturada. D'aquesta manera, oblu detecta els "passos" i corregeix alguns errors interns. I aquesta correcció freqüent d’errors comporta un gran rendiment de seguiment. Aquí hi ha la captura. Què passa si el nostre robot també camina de la mateixa manera: moure, aturar, moure, aturar … De fet, oblu es podria utilitzar per a qualsevol objecte el moviment del qual tingui moments zero i diferents de zero. Així, vam avançar amb oblu i en poc temps vam poder muntar el nostre robot i el sistema de seguiment.

Pas 4: QUINA ÉS L'UTILITAT DE "oblu"?

Passem gairebé el 70% del nostre temps a l'interior. Per tant, hi ha moltes aplicacions que requereixen la navegació interior d’humans i màquines. La solució de posicionament més utilitzada és el GPS / GNSS basat en satèl·lit, que és bo per a la navegació exterior. Falla en entorns interiors o urbans que no són accessibles pel cel clar. Aquestes aplicacions són el geoestudi dels barris marginals o les àrees sota cobert d'arbres pesats, la navegació interior de robots, el posicionament d'agents de rescat per a la lluita contra incendis, accidents miners, guerres urbanes, etc.

El predecessor d’oblu es va introduir com un sensor de sabates molt compacte (o un sensor PDR) per al posicionament dels bombers, que posteriorment es va actualitzar i modificar com a plataforma de desenvolupament altament configurable per als fabricants que busquen una precisió fàcil. solució assequible de detecció inercial per a la navegació interior d’humans i robots. Fins ara, els usuaris d’oblu han demostrat les seves aplicacions en el seguiment de vianants, seguretat industrial i gestió de recursos, policia tàctica, geoestudi d’àrea sense GPS, robot d’autonavigació, robòtica assistencial, jocs, AR / VR, tractament de trastorns del moviment, comprensió de la física de moviment, etc. oblu és adequat per a aplicacions amb restriccions d'espai, per exemple detecció de moviment usable. També es pot utilitzar com a IMU sense fils, gràcies al Bluetooth integrat. La presència de la capacitat de processament de punt flotant a bord, juntament amb la matriu de quatre IMU, fa possible la fusió del sensor i el processament del moviment dins del propi mòdul, que al seu torn resulta en una detecció del moviment molt precisa.

Pas 5: LA HISTORYRIA DEL PROJECTE

La història d’aquest projecte es troba al vídeo …

Pas 6: DESCRIPCIÓ DEL SISTEMA

El robot es mou en un camí preprogramat i transmet (mitjançant bluetooth) la informació del moviment real a un telèfon per fer un seguiment en temps real.

Arduino està preprogramat amb path i oblu s’utilitza per detectar el moviment del robot. oblu transmet informació de moviment a Arduino a intervals regulars. Basat en això, Arduino controla els moviments de les rodes per deixar que el robot segueixi el camí predefinit.

El recorregut del robot es programa com un conjunt de segments de línia recta. Cada segment de línia es defineix per la seva longitud i orientació respecte a l'anterior. El moviment del robot es manté discret, és a dir, es mou en línia recta, però en segments més petits (permeten anomenar "passos" per simplificar). Al final de cada pas, oblu transmet la longitud del pas i l’extensió de la desviació (canvi d’orientació) des de la línia recta a Arduino. Arduino corregeix l’alineació del robot a cada pas de rebre aquesta informació, si troba desviació de la línia recta predefinida. Segons el programa, el robot sempre s’ha de moure en línia recta. Tanmateix, pot desviar-se de la línia recta i pot caminar amb un cert angle o recorregut esbiaixat a causa de les no idealitats com la superfície irregular, el desequilibri de massa en el muntatge del robot, el desequilibri arquitectònic o elèctric en motors de corrent continu o l’orientació aleatòria de la roda davantera lliure. Feu un pas … corregiu l’encapçalament … avançeu. El robot també es mou cap enrere si viatja més que la longitud programada d'aquest segment de línia en particular. La següent longitud de pas depèn de la distància restant a cobrir d'aquest segment de línia recta en particular. El robot fa grans avenços quan la distància a recórrer és més gran i fa avenços més petits prop de la destinació (és a dir, final de cada segment de línia recta). oblu transmet dades a Arduino i al telèfon (mitjançant bluetooth) simultàniament. Xoblu (l'aplicació d'Android) realitza alguns càlculs senzills per construir el camí basat en la informació de moviment rebuda del robot, que s'utilitza per al seguiment en temps real al telèfon. (La construcció de camins amb Xoblu es mostra a la segona imatge).

En resum, oblu detecta el moviment i comunica la informació del moviment a Arduino i al telèfon a intervals regulars. Basat en el recorregut programat i la informació de moviment (enviada per oblu), Arduino controla els moviments de les rodes. El moviment del robot NO es controla de forma remota, tret de les ordres d’arrencada / aturada.

Per obtenir el firmware d’oblu, visiteu

Per obtenir el codi Aurduino del robot, visiteu

Pas 7: MODELITZACIÓ DE CAMINS

El robot es podria controlar millor si només camina en segments de línia recta. Per tant, el camí s’ha de modelar primer com un conjunt de segments de línia recta. Les imatges contenen un parell de camins d’exemple i les seves representacions en termes de desplaçament i orientació. Així es programa el camí a Arduino.

Igualment, qualsevol ruta que sigui un conjunt de segments de línia recta es pot definir i programar en Arduino.

Pas 8: MUNTATGE DEL CIRCUIT

El diagrama d’integració del sistema de nivell superior. Arduino i oblu formen part del conjunt de maquinari. UART s’utilitza per a la comunicació entre Arduino i oblu. (Tingueu en compte la connexió Rx / Tx connexió.) La direcció del flux de dades és només de referència. Tot el conjunt de maquinari es comunica amb el telèfon intel·ligent (Xoblu) mitjançant bluetooth.

Pas 9: DIAGRAMA DEL CIRCUIT

Les connexions elèctriques detallades entre Arduino, oblu, controlador de motor i bateria.

Pas 10: PROTOCOL DE COMUNICACIÓ:

A continuació es mostra com es produeix la comunicació de dades entre el sensor oblu muntat al robot i al telèfon intel·ligent, és a dir, Xoblu:

Pas 1: Xoblu envia l'ordre START a oblu Pas 2: oblu reconeix la recepció de l'ordre enviant ACK adequat a Xoblu Pas 3: oblu envia paquets de dades que contenen informació de desplaçament i orientació per a cada pas, a cada pas, a Xoblu. (pas = cada vegada que es detecta moviment zero o es detecta aturada). Pas 4: Xoblu reconeix que ha rebut el darrer paquet de dades enviant l’ACK adequat a oblu. (El cicle dels passos 3 i 4 es repeteix fins que Xoblu envia STOP. En rebre l'ordre STOP, oblu executa el pas 5) Pas 5: STOP - (i) Atureu el processament a oblu (ii) Atureu totes les sortides a oblu Consulteu la nota d'aplicació detalls de START, ACK, DATA i STOP

Pas 11: COM FUNCIONA "oblu" IMU (opcional):

Presentant algunes referències sobre la visió general d’oblu i els principis bàsics d’operació d’un sensor PDR muntat a peu:

El codi font disponible d’oblu està orientat cap a la navegació muntada al peu. I s’optimitza millor amb aquest propòsit. A continuació, el vídeo recull els principis bàsics d’operació:

Aquí hi ha un parell d’articles senzills sobre sensors PDR muntats a peu: 1. Fes un seguiment dels meus passos

2. Continueu seguint els meus passos

Podeu consultar aquest document per obtenir detalls sobre la comptabilització de morts dels vianants mitjançant sensors de peu.

Pas 12: visiteu "oblu.io" (opcional)

Mireu el vídeo sobre les possibles aplicacions de "oblu":

---------------- Comparteix els teus comentaris, suggeriments i deixa comentaris. Els millors desitjos!

Pas 13: COMPONENTS

1 oblu (una plataforma de desenvolupament de codi obert IMU)

1 kit de xassís de caixa de bateries de cotxes de robot intel·ligent, codificador de velocitat de bricolatge per a Arduino

1 Taula de pa sense soldadura, de mida mitjana

1 cables de pont masculí / femení

2 Condensador 1000 µF

1 conductors de motor Texas Instruments Dual H-Bridge L293D

1 Arduino Mega 2560 i Genuino Mega 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH recarregable