Apa yang dapat saya gunakan untuk mendeteksi lokasi pinpoint (inci) di luar ruangan?

Saya kembali ke EE setelah beberapa waktu jadi tolong permisi ketidaktahuan saya. Saya mencari cara untuk mendeteksi lokasi pinpoint di luar ruangan untuk menavigasi robot untuk proyek dengan putra saya.
Apakah ada cara berbiaya rendah untuk melakukan pelacakan atau penggunaan GPS? Saya mencari ke presisi inci. Juga saya tidak peduli jika saya perlu menempatkan beberapa pemancar di lokasi yang berbeda untuk memberikan perangkat referensi.

Ini untuk mesin pemotong rumput robot. Saya memiliki halaman 2 hektar dan rumah saya berada di dekat tengah dengan beberapa pohon sebagai penghalang.

Dua dari tiga anak lelaki saya (14 tahun, 11 tahun, 5 tahun) mengemukakan ide sehingga tujuan sebenarnya dari proyek ini adalah untuk menghabiskan waktu bersama mereka dan menyibukkan minat mereka pada EE & CE.

Dengan mengatakan bahwa biaya adalah faktor tetapi saya tidak peduli jika kita mengerjakannya selama 2 tahun ke depan dan menghabiskan sedikit waktu.

Inilah rencana saya saat ini

• Sertakan PC Windows di papan sehingga saya dapat kode terhadap sensor.
• Microsoft Connect on board untuk membantu mendeteksi kendala (alasan untuk PC Windows)
• Sertakan GPS USB untuk lokasi umum
• Sertakan kamera hanya untuk bersenang-senang

Dalam 2 tahun jika saya punya uang di dalamnya, tidak apa-apa tapi saya tidak ingin memulai dengan GPS mahal yang gila.

Terima kasih untuk semua orang yang telah membantu saya !!!!

Anda harus mempertimbangkan membalik sistem. Robot tidak perlu menentukan lokasi. Hanya perlu tahu apa yang harus dilakukan. Ini dapat dikomunikasikan dari PC tetap melalui tautan WiFi. Dengan tautan seperti itu, tidak masalah apakah robot mengetahui lokasi atau apakah itu dilakukan dalam instalasi tetap dan kemudian hasilnya dikirim ke robot. Jika robot pernah kehilangan koneksi WiFi, itu bisa berhenti. Itu mencegahnya keluar dari jangkauan dan karenanya tidak mendapatkan informasi bahwa itu harus berbalik, sementara itu menebang semua taman bunga di lingkungan itu. Saya pikir itu juga ide yang baik untuk menjaga robot sesederhana mungkin dan menempatkan sebanyak mungkin beban pada instalasi tetap di mana lebih mudah untuk memantau, memperbaiki, dan bekerja dengannya.

Saya belum benar-benar melakukan ini, tapi di sini ada sesuatu yang saya pikirkan saat memikirkan masalah Anda. Memiliki pemancar IR berputar pada robot. Ini mungkin berputar satu atau dua detik sekali. Ini menembakkan celah vertikal yang cukup sempit dari IR termodulasi. Kemudian Anda menempatkan sensor IR tetap di sekitar tempat itu, sebagian besar di pinggiran. Ini menunjukkan ketika mereka merasakan sinar dari robot, yang hanya akan menjadi sebagian kecil dari interval pengulangan. Dengan membandingkan waktu sinyal dari berbagai sensor dan mengetahui lokasi mereka, Anda harus dapat menghitung posisi robot. Waktu offset dari dua sensor dibagi dengan periode suar memberi tahu Anda sudut relatif dari dua sensor seperti yang terlihat dari robot. Dengan sensor yang cukup dan banyak matematika (mudah dilakukan pada PC modern mana pun dalam sepersekian detik), Anda dapat menyelesaikan untuk posisi absolut robot. PC kemudian mengirimkan perintah yang sesuai ke robot melalui koneksi TCP melalui tautan WiFi.

Robot sebenarnya tidak memerlukan informasi posisi. Semua "pemikiran" dilakukan pada PC yang diperbaiki. Yang dibutuhkan robot adalah sistem tertanam kecil dengan modul WiFI dan tumpukan TCP / IP. Anda dapat mengirim perintah dasar ke robot, seperti arah relatif, kecepatan, dll.

Data dari dua sensor menempatkan robot pada busur yang juga mencakup dua sensor. Busur yang tepat tergantung pada sudut offset kedua sensor. Secara teori yang Anda butuhkan adalah tiga busur, yang berarti tiga sensor. Saya akan menggunakan beberapa sensor lagi sehingga individu dapat keluar sementara karena berbagai alasan. Itu akan mengatasi masalah secara berlebihan, tetapi dengan algoritma yang tepat Anda dapat menggunakan semua data ini dan menemukan lokasi robot yang paling mungkin.

Seperti yang saya katakan, saya belum mencoba ini, tetapi saya pikir Anda harus bisa mendapatkan akurasi yang cukup baik untuk mengendalikan mesin pemotong rumput. Setidaknya skema ini tidak bergantung pada sesuatu yang mahal, sulit didapat, atau apa pun yang mendorong apa yang dapat Anda ukur secara wajar di halaman belakang Anda sendiri (misalnya, tidak ada timing nanosecond).

Jawaban sebelumnya mengatasi masalah dari sudut pandang bagaimana mesin pemotong rumput dapat mendeteksi posisinya. Namun sensor (s) bisa eksternal, yaitu di rumah. Tempatkan kamera sehingga mereka dapat melihat mesin pemotong rumput di mana saja di halaman Anda. Letakkan simbol atau bendera atau sesuatu yang berwarna-warni pada mesin pemotong rumput dan beberapa titik referensi (atau gunakan reflektor inframerah atau led, dengan cara ini Anda dapat memasang lensa takik filter pada kamera dan hanya membiarkannya masuk, menyepelekan kode pelacakan). Karena kamera diperbaiki, lokasi titik referensi dan mesin pemotong rumput di dalam bingkai video harus memberikan data lokalisasi yang jelas. Presisi akan tergantung pada resolusi kamera. Dengan cara ini Anda tidak perlu menghabiskan banyak uang untuk on board elektronik, dan kode pemrosesan gambar Anda dapat dijalankan 'dari rumah'.

Saya dapat memikirkan beberapa cara agar hal ini dapat dicapai tergantung pada kisaran yang Anda ingin robot untuk bergerak dalam (meter, atau 100 meter)?

Namun, GPS jelas tidak akan memberikan Anda tingkat presisi dengan perangkat keras yang mudah didapat. Untuk mencapai ketepatan itu, Anda perlu melakukan koreksi diferensial fase operator. Meskipun ini tidak terlalu rumit, itu tidak sesederhana memasukkan modul. Anda dapat melihat proyek ini untuk melihat penerapannya.

Pendekatan yang lebih mudah mungkin menggunakan IR atau ultrasonik beacon dan menggunakan sensor pada robot untuk menentukan kisaran relatif antara itu dan berbagai beacon. Receiver yang dipasang servo dapat mengisolasi sudut ke pemancar dan kekuatan sinyal relatif. Sayangnya Anda tidak akan mendapatkan tingkat inci presisi seperti ini.

Pilihan lain adalah menggunakan webcam dan beberapa bentuk / warna terkenal, dan menjalankan pengenalan gambar sederhana. Gunakan triangulasi (mungkin memutar web cam dengan motor stepper) untuk mencari tahu di mana Anda berada. Ini bisa dilakukan jika Anda memiliki kekuatan CPU yang signifikan (misalnya, BeagleBone atau netbook) daripada sesuatu yang kecil seperti Arduino.

Saya akan mencari rute berbeda dari semua jawaban lainnya. Mengubur kawat di halaman Anda di sekeliling. Drive dengan sirkuit kecil yang menghasilkan sinyal 100kHz (atau sesuatu). Itu akan sangat mudah dideteksi dengan platform seluler. Ini adalah teknik yang sama persis dengan yang digunakan oleh sistem tanpa pagar yang digunakan untuk memelihara anjing di halaman. Sial, Anda mungkin bisa mengambil salah satu unit untuk digunakan sebagai sensor.

Itu akan memberi Anda kontrol perimeter. Jika Anda merasakan sinyal 100kHz, Anda berada di ujung tanduk. Tentu saja menguji ini tanpa mesin pemotong dulu (mungkin desain pertama Anda harus R / C mobil dimodifikasi untuk melakukan ini. Saya juga membuang PC Windows dan mengambil sistem Arduino. Mereka murah dan untuk investasi awal sebuah beberapa ratus dolar dan mobil R / C, Anda punya prototipe.

Sebagai orang tua saya cukup yakin Anda ingin membuat ini seaman mungkin. Ini berarti BUKAN mengikat banyak elektronik untuk dua-stroke terpercaya Anda. Lihat apakah Anda dapat menemukan salinan lama majalah Radio-Elektronik dari tahun 80-an. Mereka memiliki desain mesin pemotong robot di sana yang disebut Lawn Ranger. Tentu saja Anda tidak akan menciptakan kembali desain asli mereka tetapi mereka memiliki beberapa inovasi baru, termasuk sensor yang mudah dibangun untuk mendeteksi rumput potong (penghindaran rintangan, deteksi perimeter dan navigasi) dan, yang lebih penting, mereka memiliki desain unik untuk pisau pemotong yang secara signifikan lebih aman daripada satu pon baja yang diasah dan dikeraskan diayunkan. Sistem pemotongan mereka pada dasarnya adalah sepasang cakram ayun dengan bilah x-acto yang diikat pada mereka. Cakram akan berputar, yang berarti jika ada batu (atau kaki!) Yang menghalangi, mengakibatkan cedera yang tidak terlalu parah. Saya sangat merekomendasikan memeriksa serangkaian artikel itu dan menerapkan beberapa prinsip pada desain modern Anda. Anda mungkin bisa mendapatkannya dari perpustakaan umum Anda; Saya tahu milik saya memilikinya.

Semoga beruntung, ini terdengar seperti proyek hebat yang akan membuat para pemuda tertarik dan berpikir.

Saya ingin tahu apakah mungkin menggunakan GPS dengan gyro untuk pelacakan posisi stabil. Seseorang dapat menerapkan metode pembelajaran logika fuzzy jika seseorang tahu caranya dan memiliki sinyal kesalahan posisi stabil (PES) dari kedua sumber. GPS untuk pengindraan posisi skala besar +/- 10m dan Gyro atau cara lain untuk pelacakan posisi jarak pendek +/- 0,1m

Rencana 1) Ukur data pelacakan jalur GPS untuk setiap anak yang memotong rumput menggunakan radio Zigbee atau sistem pengumpulan data onboard. Kemudian menganalisis stabilitas, pola, kecepatan, efektivitas pada program analisis jalur yang mengagregasi jarak, menganalisis lereng jitter, tumpang tindih atau jumlah efektif trek X & Y.

2) Lalu pilih jalur optimal dan hafalkan. (remah cookie) untuk merekam berbagai jalur yang digunakan oleh setiap anak dan mengevaluasi jalur yang direkam untuk kinerja dan keamanan jalur.

3) Mengukur berbagai jalur PES dengan memotong menggunakan vektor ortogonal, vektor miring, trek melingkar dan menentukan kesalahan pelacakan yang efektif untuk setiap metode panduan kendaraan dan mengomentari varian estetika dari halaman rumput yang diproduksi.

Cukup gunakan sinyal posisi terekam yang terakumulasi untuk analisis, kemudian coba pelacakan robot dengan sistem 4 saluran Servo yang dikontrol. (Gas, kemudi, rem dan lainnya.)

Pelajaran terbesar adalah belajar bagaimana berkomunikasi (dengan anak-anak, klien dan insinyur). Belajar bagaimana menulis spec sebelum mendesainnya, adalah pelajaran terbesar. Apa input, proses dan output, input lingkungan dan parameter yang dapat diuji / diukur dengan kriteria penerimaan dan penolakan. Harus ada penghargaan yang sesuai untuk setiap tonggak sejarah dan konsekuensi atas kegagalan.

Ini adalah thumbnail dari Rencana Proyek, Spesifikasi Desain & rencana DVT. (Uji validasi desain)

Keberhasilan Anda tergantung padanya. Semoga berhasil dan selamat bersenang - senang.

Meskipun ini hanya titik awal, saya sangat menyarankan Anda melihat PDF ini menjelaskan teori di balik localizer audio John Swindle . Seingat saya, ini menjelaskan berbagai metode pelokalan, dan menjelaskan metode John, yang akurat hingga setengah inci! (Penyiapan tidak sepele dan kode tidak disediakan, tetapi digunakan untuk efek yang baik untuk acara RoboColumbus DPRG (Dallas Personal Robotics Group)).

/electronics//a/23506/5439

Lihat jawaban saya untuk pertanyaan lain tentang LPS. Jawaban singkatnya adalah ini adalah masalah yang cukup sulit dan sistem yang ada cukup mahal (mulai dari beberapa ribu dolar). Saran untuk menggunakan sensor ultrasonik adalah saran yang bagus, jika Anda Google, Anda dapat menemukan teknik sebelumnya dalam menggunakan ultrasonik dan bahkan suara yang terdengar untuk ini.

Saat ini udacity menawarkan Pemrograman Mobil Robot yang gratis dan on-line yang mengajarkan Anda bagaimana Google melakukannya untuk mobil self-driving mereka. Pada dasarnya mereka menggunakan GPS untuk penentuan posisi kotor bersama dengan peta yang tersimpan dan penglihatan penglihatan untuk lokalisasi ke tingkat akurasi yang tinggi. Perangkat lunak ini menggunakan filter partikel.

Anda bisa melakukannya dengan GPS sendiri jika Anda menggunakan peralatan GPS diferensial yang sangat mahal yang digunakan oleh surveyor, tetapi itu tidak akan efektif biaya. Seperti yang Anda sarankan, jika Anda menggunakan beberapa transceiver berbiaya rendah (mungkin Xbee?) Anda dapat dengan mudah mengukur jarak dengan tingkat akurasi yang sangat tinggi dengan mentransmisikan pulsa dan mengukur waktu yang diperlukan untuk melakukan perjalanan dari pemancar pada robot ke robot. repeater jarak jauh dan kembali. Ini seperti RADAR kecuali bahwa alih-alih memantulkan sinyal dari permukaan pasif, sinyal tersebut dikirim kembali oleh transponder stasioner Anda.

EDIT: Karena saya dipanggil oleh Kevin untuk yang satu ini, mungkin saya lebih baik menjelaskan ;-) (Semua bersenang-senang, saya sangat menghargai Kevin dan dia benar bahwa saya tidak memberikan detail yang cukup untuk menunjukkan bagaimana caranya. mengimplementasikan ini).

Untuk mengukur keterlambatan propagasi antara dua titik secara akurat membutuhkan terutama dua hal: 1) Jalur sinyal garis lurus karena pantulan akan menciptakan distorsi. 2) Beberapa elektronik di kedua ujungnya menggunakan jam yang disinkronkan dan kemampuan untuk mengukur interval waktu dengan presisi yang diperlukan.

Jam yang disinkronkan relatif mudah karena stasiun penerima dapat memperoleh jamnya dari sinyal yang dikirim oleh stasiun lain. Ini adalah transmisi data sinkron standar dengan pemulihan jam.

Berikut ini adalah makalah Mengukur keterlambatan propagasi melalui tautan data dua arah 1,25 Gbps di mana mereka dengan mudah mendapatkan akurasi semacam ini selama sepotong serat optik sepanjang 10 km. Mereka menyatakan: "Itu harus dapat menyinkronkan ~ 1000 node dengan akurasi subnanosecond lebih dari panjang hingga 10 km."

Dalam catatan ini, metode dijelaskan untuk menentukan waktu offset antara dua node. Node-node ini terhubung melalui 8B / 10B berkode 1,25 Gbps dua arah serial point to point, seperti misalnya digunakan oleh 1000BASE-X (Gigabit Ethernet). Time offset ditentukan dengan mengukur keterlambatan propagasi menggunakan sinyal marker. Sinyal dikirim dari master ke slave node dan kembali menggunakan fungsi serializer / deserializer (SerDes) di FPGA (Virtex-5). Jam yang dipulihkan pada slave node digunakan sebagai jam transmisi slave sehingga sistem lengkapnya sinkron. Untuk saluran komunikasi serial 1,25 Gbps, penundaan diketahui dengan resolusi interval satuan tunggal (yaitu 800 ps). Resolusi ini dapat lebih ditingkatkan dengan mengukur hubungan fase antara waktu pengiriman dan penerimaan dari node master. Teknik ini telah ditunjukkan untuk bekerja lebih dari satu serat 10 km yang digunakan pada dua panjang gelombang, untuk memfasilitasi titik dua arah ke titik koneksi antara master dan slave node.

juga

Pengaturan pengujian pertama dibangun untuk memverifikasi prinsip pengukuran keterlambatan propagasi antara pemancar dan penerima menggunakan saluran komunikasi serial berkode yang dioperasikan pada 3,125 Gbps. Pemancar dan penerima berada di FPGA pada dua papan pengembangan terpisah. Pengaturan pengujian pertama ini menunjukkan bahwa layak untuk mengukur keterlambatan propagasi pada serat 100 km dengan resolusi satu interval unit (yaitu 320 ps pada 3,125 Gbps).

PERALATAN YANG DIGUNAKAN:

Pengaturan tes terdiri dari dua papan pengembangan ML507 Xilinx [7]. Virtex-5 FPGA dipasang di setiap papan. Satu papan pengembangan ML507 ditunjuk sebagai master node, yang lainnya sebagai slave node. Master dan slave terhubung melalui transceiver small form factor pluggable (SFP) dan 10 km serat, menciptakan tautan dua arah. Serat tunggal digunakan yang dioperasikan pada gelombang ganda.

Sekarang jelas pengaturan khusus ini berlebihan untuk sebagian besar proyek robotika hobi, tetapi bisa dengan mudah direproduksi di rumah karena menggunakan papan pengembangan rak dan tidak memerlukan bakat khusus untuk bekerja. Dalam kasus robot, tautannya adalah radio dan bukan kabel serat optik. Mungkin bahkan bisa berupa tautan IR seperti remote TV meskipun saya menduga bahwa di luar di bawah sinar matahari yang cerah mungkin bermasalah. Di malam hari itu bisa bekerja dengan baik!

Seperti yang dikatakan orang lain, pelokalan adalah masalah yang sulit dan resolusi satu inci dengan biaya yang masuk akal sangat sulit. Anda mungkin tertarik untuk mengetahui bahwa ada kompetisi tingkat perguruan tinggi yang melibatkan pemotong rumput robot: ION Robotic Lawn Mower Competition . Saya adalah bagian dari tim yang sedang mempersiapkan ION; pada akhirnya, kami tidak bersaing, tetapi kami tentu saja menghabiskan banyak waktu untuk memikirkan masalah, yang jelas lebih sulit daripada yang terlihat. Catat itu sebagian besar pesaingpada kompetisi ION terakhir memangkas kurang dari 50% lapangan dalam jumlah waktu yang ditentukan, dengan platform seharga puluhan ribu dolar! Anda memiliki keuntungan, karena ION melarang alat bantu navigasi eksternal, seperti suar, yang membuat masalah ini jauh lebih mudah untuk dipecahkan. (Dan Anda tidak memiliki batas waktu.) Melihat melalui laporan proyek tim akan menjadi sumber ide yang bagus.

Jika saya memulai proyek mesin pemotong rumput robot seperti milik Anda, saya mungkin akan menggunakan kombinasi GPS murah (untuk lokasi kasar), suar IR / ultrasonik / multicolor (lokasi halus (r)), pembuat enkode (estimasi posisi), dan visi komputer (berbagai). Saya tidak akan menyarankan menghabiskan ribuan dolar untuk GPS dan sistem IMU yang mewah. Kinect adalah ide yang bagus, dan tentu saja jauh lebih murah daripada Lidar; Anda pasti akan memiliki banyak hal untuk dikunyah antara peta kedalaman dan kamera.

Saya juga merekomendasikan kursus Udacity pada pemrograman mobil self-driving untuk pengenalan konsep yang terlibat.

Sekarang setelah Anda memodifikasi pertanyaan untuk menghapus persyaratan resolusi satu inci dan telah memberi tahu kami bahwa Anda akan memiliki PC Windows dan Microsoft Connect onboard, saya pikir Anda dapat melakukan lokasi yang sangat baik hanya dengan perangkat keras pada robot.

Pernahkah Anda melihat beberapa Lingkup Golf murah yang digunakan orang untuk menemukan jarak ke tee?

Cara mereka bekerja adalah untuk mengukur tinggi bendera yang dirasakan pada hijau (yang merupakan ketinggian tetap) dan menunjukkan jarak ke tee. Ini adalah segitiga siku-siku yang sederhana di mana jika Anda tahu sudut dan ketinggian sisi jauh Anda dapat menghitung panjang alasnya. Ini persis seperti hal yang putra Anda akan pelajari dalam geometri dan kemudian dalam trigonometri.

Karena rumah Anda tampaknya dapat dilihat dari semua bagian tanah Anda, mungkin akan mudah untuk melihat 2 sudut dan menghitung jarak?

Gunakan energi suara mesin pemotong itu sendiri. Itu pinger sendiri. Atau mungkin suaranya dapat digunakan untuk sebagian besar menutupi pinger kicauan audio yang ditambahkan ke mesin pemotong, mungkin disinkronkan ke poros engkol atau pisau. Letakkan mikrofon di mesin pemotong dan di beberapa lokasi di sekitar halaman. Dapatkan perkiraan kasar lokasi berdasarkan kenyaringan. Mic terdekat tidak akan memiliki banyak masalah multipath. Kemudian lintas-korelasikan audio dari mikrofon terdekat untuk memperkirakan waktu tunda suara penerbangan. Rata-rata atau filter Kalman untuk menghilangkan noise dalam estimasi keterlambatan, dan menerapkan trigonometri. Jika Anda dapat menyembunyikan (dari manusia) dan mendeteksi (melalui korelasi silang) getaran atau getaran mesin pada mesin pemotong, Anda mungkin bisa mendapatkan akurasi beberapa inci.

Lihat http://porcupineelectronics.com/uploads/LR3_Data_Sheet.pdf Adaptor LR3 kecil ini (sudah usang tetapi yang lebih baik sedang dalam perjalanan) memungkinkan Anda untuk menghubungkan PC atau SBC ke pengukur jarak Fluke 411D, akurasi hingga +/- 3 mm hingga 30 M seingat saya. Unit baru keluar (LR4) bekerja dengan meter kebetulan baru. Dikombinasikan dengan kamera pada platform pan / tilt sehingga Anda dapat mengarahkannya ke target yang dikenal dan enkoder resolusi tinggi pada pan servo untuk pengukuran sudut presisi tinggi Anda harus dapat melakukan pelacakan posisi robot Anda relatif terhadap peta halaman Anda dengan akurasi yang Anda butuhkan. Anda akan memerlukan beberapa trigonometri dalam kode (di atas matematika SMA saya). Saya menemukan persamaan yang diperlukan di internet (Wikipedia). Saya akan memasukkannya di sini tetapi jauh dari mesin rumah saya di mana informasi itu disimpan. Sistem ini juga dapat memfasilitasi pembuatan peta. Anda mungkin memerlukan platform yang distabilkan gyro dengan isolasi getaran pasif (mesin pemotong rumput memiliki banyak getaran). Untuk pengukuran dengan cepat, Anda mungkin perlu melacak perangkat lunak untuk menjaga laser tepat sasaran. Odometery yang akurat akan memberi Anda lebih banyak waktu di antara "perbaikan" jika daya komputasi Anda sederhana.