حرکت ربات با سنسورهای کفش ، W/o GPS ، W/o نقشه: 13 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

توسط obluoblu دنبال کنید درباره: oblu یک سنسور ناوبری داخلی است بیشتر درباره oblu »

این ربات در مسیری از پیش برنامه ریزی شده حرکت می کند و اطلاعات واقعی حرکت خود را (از طریق بلوتوث) برای ردیابی در زمان واقعی به تلفن منتقل می کند. آردوینو با مسیر از قبل برنامه ریزی شده است و از oblu برای تشخیص حرکت ربات استفاده می شود. oblu اطلاعات حرکت را در فاصله زمانی منظم به آردوینو منتقل می کند. بر این اساس ، آردوینو حرکت چرخ ها را کنترل می کند تا ربات بتواند مسیر از پیش تعیین شده را دنبال کند.

مرحله 1: مقدمه کوتاه

این پروژه در مورد حرکت روبات در یک مسیر از پیش تعیین شده با دقت ، بدون استفاده از GPS یا WiFi یا بلوتوث برای موقعیت یابی ، حتی نقشه یا طرح چیدمان ساختمان است. و مسیر واقعی آن (به مقیاس) را در زمان واقعی ترسیم کنید. بلوتوث می تواند به عنوان جایگزین سیم برای انتقال اطلاعات موقعیت مکانی در زمان واقعی استفاده شود.

مرحله 2: داستان پیش زمینه جالب

دستور کار اصلی تیم ما توسعه سنسورهای ناوبری پیاده روی کفش است. با این حال ، یک گروه تحقیقاتی آکادمیک با الزام ناوبری داخلی و رصد همزمان موقعیت آن در زمان واقعی روبرو شد. آنها می خواستند از چنین سیستمی برای نگاشت تابش در یک محفظه بسته یا نشت گاز در یک دستگاه صنعتی استفاده کنند. چنین مکانهایی برای انسان خطرناک است. به دنبال راه حلی قوی برای ناوبری داخلی ربات مبتنی بر آردوینو هستیم.

انتخاب واضح ما برای هر ماژول حسگر حرکت (IMU) "oblu" (Ref بالا تصویر) بود. اما قسمت مشکل اینجا بود که سیستم عامل موجود oblu برای کلمات ساده برای پیاده روی داخلی داخلی پیاده (PDR) یا ناوبری عابر پیاده مناسب بود. عملکرد PDL oblu در محیط داخلی به عنوان IMU نصب شده روی پا بسیار چشمگیر است. در دسترس بودن برنامه Android (Xoblu) برای ردیابی زمان واقعی oblu به عنوان سنسور کفش ، به مزیت آن می افزاید. با این حال ، چالش این بود که از الگوریتم موجود خود که بر اساس مدل راه رفتن انسان استفاده می شود ، برای حرکت در ربات و نظارت بر آن استفاده کرد.

مرحله 3: معرفی مختصر "oblu"

"oblu" یک پلت فرم توسعه کوچک ، کم هزینه و منبع باز است که به منظور کاربردهای حسگر حرکت پوشیدنی طراحی شده است. این باتری قابل شارژ لیتیوم یون است و امکان شارژ باتری USB را فراهم می کند. دارای یک ماژول بلوتوث (BLE 4.1) برای ارتباط بی سیم است. "oblu" میزبان یک میکروکنترلر نقطه شناور 32 بیتی (AT32UC3C Atmel) است که امکان حل معادلات ناوبری پیچیده را در کشتی فراهم می کند. بنابراین می توانید تمام پردازش حرکت را روی خود oblu انجام دهید و فقط نتیجه نهایی را منتقل کنید. این امر ادغام oblu با سیستم وابسته را بسیار ساده می کند. "oblu" همچنین میزبان آرایه چند IMU (MIMU) است که امکان همجوشی سنسور را فراهم می کند و عملکرد حس حرکت را افزایش می دهد. رویکرد MIMU به منحصر به فرد بودن "oblu" می افزاید.

محاسبات داخلی oblu بر اساس راه رفتن انسان است. oblu جابجایی بین دو مرحله متوالی و تغییر عنوان را نشان می دهد. چگونه - وقتی پا با زمین تماس پیدا می کند ، سرعت کف صفر است ، یعنی کف پا در حالت سکون است. به این ترتیب oblu 'مراحل' را تشخیص داده و برخی از خطاهای داخلی را تصحیح می کند. و این تصحیح مکرر خطاها ، منجر به عملکرد عالی ردیابی می شود. بنابراین در اینجا گرفتار است. چه می شود اگر ربات ما نیز به همان شیوه راه برود - حرکت ، توقف ، حرکت ، توقف..در حقیقت ، oblu را می توان برای هر جسمی که حرکت آن صفر و غیر صفر منظم دارد استفاده کرد. بنابراین ما با oblu جلو رفتیم و در مدت کوتاهی نتوانستیم ربات خود و سیستم ردیابی را مونتاژ کنیم.

مرحله 4: مفید بودن "oblu" چیست؟

تقریباً 70 درصد از زمان خود را در خانه می گذرانیم. بنابراین ، برنامه های کاربردی زیادی وجود دارد که نیاز به ناوبری داخلی انسان ها و ماشین ها دارد. رایج ترین راه حل موقعیت یابی GPS/GNSS ماهواره ای است که برای ناوبری در فضای باز مناسب است. در محیط داخلی یا شهری که برای آسمان صاف قابل دسترسی نیست ، خراب می شود. چنین کاربردهایی شامل بررسی زمین های فقیرنشین یا مناطق زیر سایه درختان سنگین ، ناوبری داخلی روبات ها ، موقعیت نیروهای امدادی برای اطفاء حریق ، حوادث معدن ، جنگ شهری و غیره است.

سلف oblu به عنوان یک سنسور کفش بسیار جمع و جور (یا یک حسگر PDR) برای موقعیت یابی آتش نشانان معرفی شد که بعداً به عنوان یک پلت فرم توسعه بسیار قابل تنظیم برای سازندگانی که به دنبال دقت دقیق هستند ، ارتقاء و اصلاح شد. راه حل سنجش اینرسی مقرون به صرفه برای ناوبری داخلی انسان ها و همچنین روبات ها. تا کنون ، کاربران oblu برنامه های خود را در ردیابی عابران پیاده ، ایمنی صنعتی و مدیریت منابع ، پلیس تاکتیکی ، بررسی جغرافیایی منطقه خالی از GPS ، ربات خودگردان ، رباتیک کمکی ، بازی ، AR/VR ، درمان اختلالات حرکتی ، درک فیزیک نشان داده اند حرکت و غیره oblu برای کاربردهایی با محدودیت فضا مناسب است ، به عنوان مثال حس حرکت پوشیدنی به لطف بلوتوث موجود ، می توان از آن به عنوان IMU بی سیم نیز استفاده کرد. وجود قابلیت پردازش نقطه شناور روی صفحه ، همراه با چهار آرایه IMU ، همجوشی سنسور و پردازش حرکت را در خود ماژول ممکن می سازد ، که به نوبه خود منجر به تشخیص حرکت بسیار دقیق می شود.

مرحله 5: داستان پروژه

داستان این پروژه در ویدئو آمده است…

مرحله 6: توصیف سیستم

این ربات در مسیری از پیش برنامه ریزی شده حرکت می کند و اطلاعات واقعی حرکت خود را (از طریق بلوتوث) برای ردیابی در زمان واقعی به تلفن منتقل می کند.

آردوینو با مسیر از قبل برنامه ریزی شده است و از oblu برای تشخیص حرکت ربات استفاده می شود. oblu اطلاعات حرکت را در فاصله زمانی منظم به آردوینو منتقل می کند. بر این اساس ، آردوینو حرکت چرخ ها را کنترل می کند تا ربات بتواند مسیر از پیش تعیین شده را دنبال کند.

مسیر این ربات به صورت مجموعه ای از بخشهای خط مستقیم برنامه ریزی شده است. هر بخش خط با توجه به طول و جهت آن نسبت به قسمت قبلی تعریف می شود. حرکت روبات محرمانه نگه داشته می شود ، یعنی در خط مستقیم حرکت می کند ، اما در قطعات کوچکتر (اجازه می دهد برای سادگی "گام ها" را فراخوانی کنید). در پایان هر گام ، oblu طول گام و میزان انحراف (تغییر جهت) را از خط مستقیم ، به آردوینو منتقل می کند. در صورت دریافت انحراف از خط مستقیم از پیش تعیین شده ، آردوینو تراز ربات را در هر مرحله از دریافت آن اصلاح می کند. طبق برنامه ، روبات همیشه قرار است در یک خط مستقیم حرکت کند. با این حال ، ممکن است از خط مستقیم منحرف شود و ممکن است به دلیل عدم ایده آل بودن مانند سطح ناهموار ، عدم تعادل جرم در مونتاژ روبات ها ، عدم تعادل معماری یا الکتریکی در موتورهای دی سی یا جهت گیری تصادفی چرخ در حال حرکت جلو ، در یک زاویه خاص یا مسیر منحرف قدم بزند. یک قدم بردارید.. عنوان خود را تصحیح کنید … جلو بروید. این ربات همچنین اگر بیشتر از طول برنامه ریزی شده آن قسمت خط خاص حرکت کند ، به عقب حرکت می کند. زمانی که مسافت پیموده شده بیشتر باشد ، ربات گام های بلندی بر می دارد و قدم های کوچکتری را نزدیک مقصد طی می کند (یعنی انتهای هر بخش خط مستقیم). oblu داده ها را همزمان به آردوینو و تلفن (از طریق بلوتوث) منتقل می کند. Xoblu (برنامه اندروید) برای محاسبه مسیر بر اساس اطلاعات حرکت دریافتی از ربات ، که برای ردیابی زمان واقعی روی تلفن استفاده می شود ، یک محاسبه ساده انجام می دهد. (ساخت مسیر با استفاده از Xoblu در تصویر دوم نشان داده شده است).

به طور خلاصه ، oblu حرکت را حس می کند و اطلاعات حرکت را در فواصل منظم به آردوینو و تلفن منتقل می کند. آردوینو بر اساس مسیر برنامه ریزی شده و اطلاعات حرکت (ارسال شده توسط oblu) ، حرکت چرخ ها را کنترل می کند. حرکت روبات به جز دستورات شروع/توقف از راه دور کنترل نمی شود.

برای سیستم عامل oblu به https://sourceforge.net/p/openshoe/_list/git مراجعه کنید

برای کد Aurduino روبات به https://github.com/vijkumsha/oblu_Robot مراجعه کنید

مرحله 7: مدل سازی مسیر

این ربات را می توان به بهترین نحو کنترل کرد اگر فقط در بخش های مستقیم راه برود. بنابراین ، ابتدا باید مسیر را به عنوان مجموعه ای از بخشهای مستقیم مدل سازی کرد. تصاویر شامل چند مسیر نمونه و نمایش آنها از نظر جابجایی و جهت است. به این ترتیب مسیر در آردوینو برنامه ریزی می شود.

به همین ترتیب ، هر مسیری که مجموعه ای از بخش های مستقیم است ، می تواند در آردوینو تعریف و برنامه ریزی شود.

مرحله 8: مونتاژ مدار

نمودار یکپارچه سازی سطح بالا آردوینو و oblu بخشی از مجموعه سخت افزار هستند. UART برای ارتباط بین آردوینو و oblu استفاده می شود. (لطفاً به اتصال Rx/Tx اتصال توجه داشته باشید.) جهت گردش داده فقط برای مرجع است. کل سخت افزار با استفاده از بلوتوث با تلفن هوشمند (Xoblu) ارتباط برقرار می کند.

مرحله 9: نمودار مدار

اتصالات الکتریکی دقیق بین آردوینو ، oblu ، درایور موتور و بسته باتری.

مرحله 10: پروتکل ارتباطی:

در زیر نحوه برقراری ارتباط بین سنسور oblu نصب شده بر روی ربات و تلفن هوشمند ، یعنی Xoblu ، نشان داده شده است:

مرحله 1: Xoblu فرمان START را به oblu ارسال می کند مرحله 2: oblu با دریافت ACK مناسب به Xoblu فرمان دریافت می کند (مرحله = هر زمان که حرکت صفر را تشخیص داد یا سکون تشخیص داده شد). مرحله 4: Xoblu دریافت آخرین بسته DATA را با ارسال ACK مناسب به oblu تصدیق می کند. (چرخه مراحل 3 و 4 تا زمانی که Xoblu STOP ارسال کند تکرار می شود. با دریافت دستور STOP ، oblu مرحله 5 را اجرا می کند) مرحله 5: STOP - (i) توقف پردازش در oblu (ii) توقف همه خروجی ها در oblu لطفاً به یادداشت برنامه oblu مراجعه کنید جزئیات START ، ACK ، DATA و STOP

مرحله 11: نحوه انجام IMU "oblu" (اختیاری):

ارائه برخی منابع در مورد نمای کلی oblu و اصل عملکرد سنسورهای PDR نصب شده روی پا:

کد منبع موجود oblu برای ناوبری با پای پیاده هدف قرار گرفته است. و بهتر است برای این منظور بهینه سازی شود. ویدئوی زیر اصول اصلی عملکرد آن را پوشش می دهد:

در اینجا چند مقاله ساده در مورد سنسورهای PDR نصب شده روی پا وجود دارد: 1. مراحل مرا دنبال کنید

2. پیگیری مراحل من را ادامه دهید

شما می توانید این سند را برای جزئیات مربوط به حساب مردگان عابر پیاده با استفاده از سنسورهای پا ارجاع دهید.

مرحله 12: از "oblu.io" دیدن کنید (اختیاری)

ویدیوی کاربردهای احتمالی "oblu" را تماشا کنید:

---------------- لطفا نظرات ، پیشنهادات و نظرات خود را به اشتراک بگذارید. بهترین آرزوها!

مرحله 13: اجزاء

1 oblu (یک پلت فرم توسعه IMU منبع باز)

1 Smart Motor Robot Car Battery Box Chassis Kit DIY Speed Encoder برای آردوینو

1 تخته نان بدون جوش بدون اندازه

1 سیم بلوز نر/ماده

2 خازن 1000 µF

1 راننده موتور Texas Texas Instruments Dual H-Bridge L293D

1 آردوینو مگا 2560 و جنوینو مگا 2560

4 Amazon Web Services AA 2800 Ni-MH قابل شارژ