Что я могу использовать для определения точного местоположения (дюймов) на открытом воздухе?

Я возвращаюсь в EE через некоторое время, поэтому, пожалуйста, извините мое невежество. Я ищу способ обнаружить точное местоположение на открытом воздухе, чтобы перейти к роботу для проекта с моими сыновьями.
Существует ли недорогой способ триангуляции или использования GPS? Я ищу с точностью до дюйма. Также мне все равно, нужно ли мне разместить некоторые передатчики в разных местах, чтобы дать устройству ссылку.

Это для роботизированной газонокосилки. У меня есть 2 акров двора, и мой дом находится посередине с несколькими деревьями в качестве препятствий.

Мой 2 акров двора

Два из моих трех мальчиков (14yrs, 11yrs, 5rys old) подняли эту идею, поэтому реальной целью этого проекта является провести с ними время и заинтересовать EE & CE.

С учетом того, что эта стоимость является фактором, но мне все равно, будем ли мы работать над ней в течение следующих 2 лет и проводим немного вперед и вперед.

Вот мои текущие планы

  • Включите ПК на ПК, чтобы я мог кодировать датчики.
  • Microsoft Connect на борту, чтобы помочь с обнаружением препятствий (причина для ПК с ОС Windows)
  • Включите USB-GPS для общего расположения.
  • Включите камеру только для удовольствия.

Через 2 года, если у меня будет немного денег, это нормально, но я не хочу начинать с сумасшедшего дорогого GPS.

Спасибо всем, кто помог мне !!!!

12 голосов | спросил Jamey McElveen 8 MarpmThu, 08 Mar 2012 22:56:13 +04002012-03-08T22:56:13+04:0010 2012, 22:56:13

13 ответов


11

Вам следует рассмотреть возможность переключения системы. Самому роботу не нужно определять местоположение. Ему нужно только знать, что делать. Это может быть сообщено ему с фиксированного ПК через WiFi-связь. При такой ссылке не имеет значения, определяет ли робот местоположение или выполняется ли это в фиксированной установке, а затем результат передается роботу. Если робот когда-либо потеряет соединение WiFi, он может просто остановиться. Это препятствует тому, чтобы он вышел из диапазона и, следовательно, не получил информацию о том, что он должен развернуться, тем временем сжимая все цветники в окрестностях. Я думаю, что это также хорошая идея, чтобы робот был как можно более простым, и поставил большую нагрузку на фиксированную установку, где легче контролировать, исправлять и работать с.

Я на самом деле не сделал этого, но вот что-то я придумал, размышляя о вашей проблеме. Имейте вращающийся ИК-излучатель на роботе. Это может поворачиваться один раз в секунду. Он снимает довольно узкую вертикальную щель с модулированным ИК-спектром. Затем вы устанавливаете фиксированные ИК-датчики вокруг места, в основном на периферию. Они указывают, когда они воспринимают луч от робота, который будет только для небольшой части интервала повторения. Сравнивая синхронизацию сигналов с разных датчиков и зная их местоположение, вы должны иметь возможность вычислить положение робота. Смещение времени от любых двух датчиков, разделенных периодом маяка, указывает на относительные углы этих двух датчиков, как видно из робота. Имея достаточное количество датчиков и кучу математики (легко сделать на любом современном ПК в крошечной части секунды), вы можете решить для абсолютного положения робота. Затем ПК отправляет соответствующие команды роботу через TCP-соединение через соединение WiFi.

Роботу действительно не нужна информация о местоположении. Все «мышление» выполняется на стационарном ПК. Все потребности робота - небольшая встроенная система с модулем WiFI и стеком TCP /IP. Вы можете отправлять основные команды роботу, например, относительное направление, скорость и т. Д.

Данные от любых двух датчиков помещают робота на дугу, которая также включает в себя два датчика. Точная дуга зависит от смещения угла двух датчиков. Теоретически все, что вам нужно, это три дуги, что означает три датчика. Я бы использовал еще несколько, чтобы отдельные датчики могли временно выпадать по различным причинам. Это будет чрезмерно сдерживать проблему, но с правильным алгоритмом вы можете использовать все эти данные и найти наиболее вероятное местоположение робота.

Как я уже сказал, я не пробовал этого, но я думаю, вы должны быть в состоянии получить точность, достаточную для управления газонокосилкой. По крайней мере, эта схема не полагается на что-то особенно дорогое, труднодоступное или что-то, что подталкивает то, что вы можете разумно измерить на своем заднем дворе (например, не наносекундное время).

ответил Olin Lathrop 10 MarpmSat, 10 Mar 2012 23:27:50 +04002012-03-10T23:27:50+04:0011 2012, 23:27:50
4

Предыдущие ответы решают проблему с точки зрения того, как газонокосилка может определить свое положение. Однако датчик (ы) может быть внешним, то есть на доме. Поместите камеры так, чтобы они могли видеть газонокосилку где угодно на вашем дворе. Поместите символ или флаг или что-то яркое на газонокосилку и некоторые контрольные точки (или используйте инфракрасные отражатели или светодиоды, таким образом, вы можете установить линзы объектива с вырезами на камерах и разрешить входить только в тривиализацию кода отслеживания). Поскольку камеры фиксированы, расположение опорных точек и газонокосилка в видеокадрах должны обеспечивать однозначные данные локализации. Точность будет зависеть от разрешения камеры. Таким образом, вам не нужно тратить столько на электронику на борту, и ваш код обработки изображений может работать «из дома».

ответил user3812 10 MarpmSat, 10 Mar 2012 22:29:26 +04002012-03-10T22:29:26+04:0010 2012, 22:29:26
3

Я могу придумать пару способов, которыми это может быть достигнуто в зависимости от диапазона, в котором вы хотите, чтобы робот передвигался (метров или 100 метров?)

Однако GPS определенно не даст вам уровень точности на дюйм с легко доступным оборудованием. Для достижения этой точности вам потребуется выполнить дифференциальную коррекцию несущей. Хотя это не слишком сложно, это не так просто, как подключить модуль. Вы можете посмотреть этот проект , чтобы увидеть его реализацию.

Более простой подход может быть использован как ИК, так и ультразвуковыми маяками и использовать датчики на роботе для определения относительного диапазона между ним и различными маяками. Приемник с сервоусилителем может изолировать угол от передатчика и относительный уровень сигнала. К сожалению, вы вряд ли получите такой же уровень точности.

ответил tallganglyguy 8 MarpmThu, 08 Mar 2012 23:07:47 +04002012-03-08T23:07:47+04:0011 2012, 23:07:47
2

Другим вариантом является использование веб-камеры и некоторых известных форм /цветов и простое распознавание изображений. Используйте триангуляцию (возможно, вращающую веб-камеру с шаговым двигателем), чтобы выяснить, где вы находитесь. Это можно сделать, если у вас есть значительное количество CPU на борту (e g, BeagleBone или нетбук), а не что-то маленькое, как Arduino.

ответил Jon Watte 9 MaramFri, 09 Mar 2012 07:45:46 +04002012-03-09T07:45:46+04:0007 2012, 07:45:46
2

Я бы посмотрел по другому пути от всех этих других ответов. Похороните провод в вашем дворе по периметру. Привод его с небольшой схемой, которая выводит сигнал 100 кГц (или что-то еще). Это было бы очень легко обнаружить с помощью мобильной платформы. Это точно такая же техника, используемая теми безумными системами, которые использовались для содержания собак во дворе. Черт, вы, вероятно, могли бы захватить один из блоков, которые будут использоваться в качестве датчика.

Это даст вам контроль периметра. Если вы ощущаете сигнал 100 кГц, вы находитесь на грани. Конечно, сначала проверьте это без косилки (возможно, ваш первый дизайн должен быть изменен для автомобиля R /C). Я бы тоже остановился на ПК с Windows и захватил систему Arduino. Они дешевые и для первоначальной инвестиции несколько сотен долларов и автомобиль R /C, у вас есть свой прототип.

Как родитель, я уверен, что вы хотите сделать это максимально безопасным. Это означало бы не связывать кучу электроники с вашим надежным двухтактным. Посмотрите, можете ли вы найти старую копию журнала Radio-Electronics с 80-х годов. У них была конструкция роботизированной косилки, названная «Рейнджер лужайки». Конечно, вы бы не воссоздали свой оригинальный дизайн, но у них было несколько новых нововведений, в том числе простой в установке датчик для обнаружения травы (предотвращение препятствий, обнаружение периметра и навигация) и, что более важно, у них был уникальный дизайн для которые были значительно безопаснее, чем фунт заостренной закаленной стали. Их режущая система была по существу парой колеблющихся дисков с прикрепленными к ним крестообразными лезвиями x-acto. Диски будут поворачиваться, а это означает, что камень (или стопа!) Получил так, как он дал бы, что привело бы к менее пагубной травме. Я настоятельно рекомендую проверить эту серию статей и применить некоторые принципы к вашему современному дизайну. Вы можете получить их из своей публичной библиотеки; Я знаю, что у меня были они.

Удачи, это звучит как отличный проект, который заставит молодых людей интересоваться и думать.

ответил akohlsmith 10 MaramSat, 10 Mar 2012 01:58:42 +04002012-03-10T01:58:42+04:0001 2012, 01:58:42
2

Интересно, можно ли использовать GPS с гироскопами для стабильного отслеживания положения. Можно было применять методы обучения нечеткой логики, если бы знали, как и с помощью устойчивых сигналов ошибки положения (PES) из обоих источников. GPS для измерения крупномасштабного положения +/- 10 м и гироскопа или некоторых других средств для отслеживания положения на дальнем расстоянии +/- 0,1 м

План 1) Измерьте данные отслеживания траектории GPS для каждого ребенка, косящего газон, используя радиоприемник Zigbee или встроенную систему сбора данных. Позже проанализируйте стабильность, структуру, скорость, эффективность программы анализа пути, которая объединяет расстояние, анализирует смещение склона, перекрытие или эффективное количество треков X & У.

2) Выберите оптимальный путь и запомните его. (cookie crumb) для записи различных путей, используемых каждым ребенком, и оценки записанного пути для эффективности и безопасности пути.

3) Измерьте различные пути PES путем кошения с использованием ортогональных векторов, косых векторов, круговых дорожек и определите эффективную ошибку отслеживания для каждого метода наведения транспортного средства и прокомментируйте эстетические отклонения вырезанного лужайки.

Просто используйте записанные сигналы положения, накопленные для анализа, а затем попытайтесь выполнить автоматическое отслеживание с помощью 4-канальной сервоуправляемой системы. (Газ, рулевое управление, тормоз и др.)

Самый большой урок - это научиться общаться (с детьми, клиентами и инженерами). Учиться, как писать спецификацию перед ее проектированием, является самым большим уроком. Какие входы, процессы и выходы, экологические входы и проверяемые /измеряемые параметры с критериями принятия и отклонения. Также должны быть подходящие вознаграждения за каждую веху и последствия для отказа.

Это миниатюра Плана проекта, Design Spec & план DVT. (Тест проверки конструкции)

Ваш успех зависит от этого. Удачи и получайте удовольствие.

ответил Tony EE rocketscientist 27 AMpFri, 27 Apr 2012 06:43:55 +040043Friday 2012, 06:43:55
1

Хотя это только отправная точка, я настоятельно рекомендую вам взглянуть на этот PDF, объясняющий теорию Звуковой локализатор John Swindle . Насколько я помню, он объясняет разные методы локализации и объясняет метод Джона, который с точностью до полуметра! (Настройка нетривиальна, а код не предоставляется, но он используется для хорошего эффекта для события RoboColumbus группы DPRG (Dallas Personal Robotics)).

ответил Clinton Blackmore 9 MaramFri, 09 Mar 2012 00:32:45 +04002012-03-09T00:32:45+04:0012 2012, 00:32:45
1

https://electronics.stackexchange.com/a/23506/5439

См. мой ответ на другой вопрос о LPS. Короткий ответ заключается в том, что это довольно сложная проблема, а существующие системы довольно дороги (от нескольких тысяч долларов). Предложение использовать ультразвуковые датчики является хорошим, если вы Google, вы можете найти уровень техники об использовании ультразвука и даже слышимого звука для этого.

ответил Suboptimus 9 MaramFri, 09 Mar 2012 03:00:33 +04002012-03-09T03:00:33+04:0003 2012, 03:00:33
1

В настоящее время udacity предлагает бесплатный, он-лайн, курс Программирование роботизированного автомобиля , который учит вас, как Google делает это для своих автомобилей с самообслуживанием. В основном они используют GPS для грубого позиционирования наряду с сохраненными картами и восприятием зрения для локализации с высокой степенью точности. Программное обеспечение использует фильтры частиц.

Вы могли бы сделать это только с помощью GPS, если бы использовали очень дорогое дифференциальное GPS-оборудование, используемое геодезистами, но это вряд ли было бы экономически выгодным. Как вы полагаете, если вы используете несколько недорогих (Xbee, возможно?) Трансиверов, вы можете легко измерить расстояние с чрезвычайно высокой степенью точности, передавая импульс и измеряя время, необходимое для перемещения от передатчика на роботе до удаленный повторитель и обратно. Это похоже на RADAR, за исключением того, что вместо того, чтобы отскакивать сигнал от пассивной поверхности, он отправляется обратно вашими стационарными транспондерами.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Поскольку меня вызвал Кевин на этом, возможно, я лучше объясню ;-) (Все в порядке, я очень уважаю Кевина, и он совершенно прав, Я не представил достаточно подробностей, чтобы показать, как это реализовать).

Для измерения задержки распространения между двумя точками точно требуется, прежде всего, две вещи: 1) Прямой тракт сигнала, так как отражения будут создавать искажения. 2) Некоторая электроника на обоих концах с использованием синхронизированных часов и возможность измерения временных интервалов с требуемой точностью.

Синхронизированные часы относительно просты, так как принимающая станция может выводить свои часы из сигнала, передаваемого другой станцией. Это стандартная синхронная передача данных с восстановлением часов.

Вот документ Измерение задержки распространения на 1,25 Гбит /с двунаправленная линия передачи данных , где они легко получают такую ​​точность в течение 10-километровой оптической волоконной оптики. Они заявляют: "Он должен иметь возможность синхронизировать ~ 1000 узлов с субнаносекундной точностью длиной более 10 км.

  

В этой заметке описывается способ определения смещения по времени   между двумя узлами. Эти узлы подключаются через кодированный 8B /10B 1,25   Gbps двунаправленный последовательный канал связи точка-точка, что касается   пример используется 1000BASE-X (Gigabit Ethernet). Смещение времени   определяемый путем измерения задержки распространения с использованием сигнала маркера.   сигнал отправляется от ведущего к подчиненному узлу и обратно с использованием   сериализатора /десериализатора (SerDes) в FPGA (Virtex-5).   Восстановленные часы на подчиненном узле используются в качестве   подчиненный, поэтому полная система синхронна. Для 1,25 Гбит /с   канал последовательной связи, задержка известна с разрешением   единичный интервал (т. е. 800 пс). Эта резолюция может быть   усиливается путем измерения фазового соотношения между передающей и   получать часы главного узла. Метод продемонстрирован   для работы над одним 10-километровым волокном, которое используется на двух длинах волн, до   облегчить двунаправленное соединение точка-точка между ведущим   и подчиненный узел.

и

  

Первая тестовая установка была построена для проверки принципа измерения   задержка распространения между передатчиком и приемником с использованием кодированного   последовательный канал связи,   3,125 Гбит /с. Передатчик и приемник находятся в FPGA на двух отдельных платах разработки. Эта первая тестовая установка показала, что это   возможно измерять задержку распространения на 100-километровом волокне с   разрешение одного единичного интервала (т. е. 320 пс при 3,125 Гбит /с).

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:

  

Настройка тестирования состоит из двух плат разработки ML507 Xilinx [7].   На каждой плате монтируется FPGA Virtex-5. Один ML507доска разработки   обозначается как главный узел, другой - как подчиненный узел. Мастер и   ведомые подключаются через приемопередатчики с малым форм-фактором (SFP)   и 10 км волокна, создавая двунаправленную связь. Одно волокно   который используется при двойной длине волны.

test setup

Теперь ясно, что эта конкретная установка является излишней для большинства хобби робототехнических проектов, но ее можно легко воспроизвести дома, так как она использует полки для разработки и не требует особых талантов для работы. В случае робота ссылка будет скорее радио, чем волоконно-оптическим кабелем. Возможно, это может быть даже IR-связь, например, пульт телевизора хотя я подозреваю, что снаружи в ярком солнечном свете может быть проблематично. Ночью это может отлично работать!

ответил JonnyBoats 9 MaramFri, 09 Mar 2012 01:03:07 +04002012-03-09T01:03:07+04:0001 2012, 01:03:07
1

Как и другие, локализация - сложная проблема, и разрешение одного дюйма по разумной цене очень сложно. Вам может быть интересно узнать, что существует соревнование на уровне колледжа с использованием роботизированных газонокосилок: Конкурс роботизированной газонокосилки ION . Я был частью команды, готовившейся к ION; в конце концов, мы не соревновались, но мы, конечно, потратили много времени на размышления о проблеме, которая определенно сложнее, чем кажется. Обратите внимание, что большинство конкурентов на последнем конкурсе ION косили менее 50% поле в выделенном количестве времени, с платформами стоимостью в десятки тысяч долларов! Однако у вас есть преимущество, потому что ION запрещает внешние навигационные средства, такие как маяки, которые затрудняют решение проблемы. (И у вас нет ограничений по времени.) Просматривая отчеты о проектах команд, будет хорошим источником идей.

Если бы я приступил к роботизированному проекту газонокосилки, как ваш, я бы, вероятно, использовал комбинацию дешевого GPS (для грубого местоположения), инфракрасные /ультразвуковые /многоцветные маяки (точное (r) местоположение), энкодеры (оценка положения), и компьютерное зрение (различные). Я бы не советовал тратить тысячи долларов на фантастические системы GPS и IMU. Kinect - хорошая идея, и, безусловно, намного дешевле, чем Лидар; вам определенно придется много пережевывать между картой глубины и камерой.

Я также рекомендую курс Udacity по программированию самоходных автомобилей для ознакомления с концепциями.

ответил mng 9 MarpmFri, 09 Mar 2012 20:32:01 +04002012-03-09T20:32:01+04:0008 2012, 20:32:01
1

Теперь, когда вы изменили вопрос, чтобы удалить требование разрешения в один дюйм, и сказали нам, что у вас будет ПК с ОС Windows и Microsoft Connect на борту, я думаю, вы могли бы сделать очень хорошее расположение только с этим оборудованием на роботе.

Вы видели некоторые из дешевых гольф-площадок, которые люди используют, чтобы найти расстояние до тройника? введите описание изображения здесь>> </p>

<p> То, как они работают, - это измерить воспринимаемую высоту флага на зеленом (это фиксированная высота) и показать расстояние до тройника. Это простой правый треугольник, где, если вы знаете угол и высоту дальней стороны, вы можете вычислить длину базы. Это именно то, что ваши сыновья будут изучать в геометрии, а затем в тригонометрии. </p>

<p> Поскольку ваш дом кажется видимым со всех сторон вашей партии, возможно, было бы легко увидеть 2 угла и вычислить расстояние? </p></body></html>

ответил JonnyBoats 10 MaramSat, 10 Mar 2012 01:34:23 +04002012-03-10T01:34:23+04:0001 2012, 01:34:23
1

Используйте энергию звука самой косилки. Это его собственный пингер. Или, может быть, его шум можно использовать, чтобы в основном замаскировать звуковой пингер, добавленный в косилку, возможно, синхронизированный с коленчатым валом или лезвием. Поместите микрофон на газонокосилку и в несколько мест вокруг двора. Получите приблизительную оценку местоположения, основанную на громкости. Ближайшие микрофоны не будут иметь столько многолучевых проблем. Затем перекрестно скопируйте звук с ближайших микрофонов, чтобы оценить задержку звука в полете. Средний или фильтр Калмана, чтобы избавиться от шума в оценках задержки и применить триггер. Если вы можете скрыть (от людей) и обнаружить (путем взаимной корреляции) вибрацию или вибрацию двигателя на косилке, вы можете получить дюймы точности.

ответил hotpaw2 12 Mayam12 2012, 00:32:21
1

Отъезд http://porcupineelectronics.com/uploads/LR3_Data_Sheet.pdf Этот маленький LR3 адаптер (он устарел, но лучше один в пути) позволяет вам подключить ПК или SBC к дистанционному счетчику Fluke 411D, точность до +/- 3 мм до 30 М, как я помню. Новый блок выходит (LR4) работает с новыми измерителями Fluke. В сочетании с камерой на платформе панорамирования /наклона, чтобы вы могли указать ее на известные цели и датчик высокого разрешения на сервоприводе панорамирования для высокоточных угловых измерений, вы должны иметь возможность триангулировать положение вашего робота относительно карты вашего двора с помощью вам нужна точность. Вам понадобится тригонометрия в коде (выше моей средней школы). Я нашел необходимое уравнение в Интернете (Википедия). Я бы включил его здесь, но ушел от своей домашней машины, где хранится информация. Система также может облегчить создание карты. Вам может понадобиться стабилизированная гироскопом платформа с пассивной виброизоляцией (газонокосилки имеют большую вибрацию). Для измерений «на лету» вам может понадобиться программное обеспечение для отслеживания, чтобы лазер был направлен на цель. Точный особености даст вам больше времени между «исправлениями», если ваша вычислительная мощность скромна.

ответил user17584 5 Jam1000000amSat, 05 Jan 2013 02:44:48 +040013 2013, 02:44:48

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132