Điều hướng robot với cảm biến giày, W / o GPS, W / o bản đồ: 13 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Theo obluobluFollow Giới thiệu: oblu là cảm biến điều hướng trong nhà Thông tin thêm về oblu »

Robot di chuyển theo đường được lập trình trước và truyền (qua bluetooth) thông tin chuyển động thực tế của nó tới điện thoại để theo dõi thời gian thực. Arduino được lập trình trước với đường dẫn và oblu được sử dụng để cảm nhận chuyển động của robot. oblu truyền thông tin chuyển động đến Arduino theo khoảng thời gian đều đặn. Dựa trên đó, Arduino điều khiển chuyển động của bánh xe để cho robot đi theo con đường được xác định trước.

Bước 1: GIỚI THIỆU RÚT GỌN

Dự án nói về việc làm cho robot di chuyển theo một con đường được xác định trước với độ chính xác, mà không sử dụng GPS hoặc WiFi hoặc Bluetooth để định vị, thậm chí không sử dụng bản đồ hoặc kế hoạch bố trí tòa nhà. Và vẽ đường dẫn thực tế của nó (theo tỷ lệ), trong thời gian thực. Bluetooth có thể được sử dụng thay thế cho dây, để truyền thông tin vị trí theo thời gian thực.

Bước 2: CÂU CHUYỆN NỀN TẢNG QUAN TÂM

Chương trình nghị sự chính của nhóm chúng tôi là phát triển các cảm biến điều hướng dành cho người đi bộ gắn trên giày. Tuy nhiên, chúng tôi đã được một nhóm nghiên cứu hàn lâm tiếp cận với yêu cầu điều hướng robot trong nhà và giám sát đồng thời vị trí thời gian thực của nó. Họ muốn sử dụng hệ thống như vậy để lập bản đồ bức xạ trong một buồng kín hoặc phát hiện rò rỉ khí trong một cơ sở công nghiệp. Những nơi như vậy là nguy hiểm cho con người. tìm kiếm một giải pháp mạnh mẽ để điều hướng trong nhà của robot dựa trên Arduino của chúng tôi.

Lựa chọn rõ ràng của chúng tôi cho bất kỳ mô-đun cảm biến chuyển động (IMU) nào là "oblu" (Tham khảo hình ảnh trên). Nhưng phần khó ở đây là chương trình cơ sở hiện có của oblu phù hợp với Định hướng cho người đi bộ trong nhà (PDR) có gắn chân trong nhà hoặc Điều hướng cho người đi bộ, nói một cách đơn giản. Hiệu suất PDR của oblu trong nhà như một IMU gắn chân là khá ấn tượng. Sự sẵn có của ứng dụng Android (Xoblu) để theo dõi thời gian thực của oblu dưới dạng cảm biến giày, càng làm tăng thêm lợi thế. Tuy nhiên, thách thức là sử dụng thuật toán hiện có của nó dựa trên mô hình đi bộ của con người, để điều hướng robot và giám sát nó.

Bước 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ "oblu"

"oblu" là một nền tảng phát triển nguồn mở thu nhỏ, chi phí thấp và hướng tới các ứng dụng cảm biến chuyển động có thể đeo được. Nó là pin sạc Li-ion có thể hoạt động và cho phép sạc pin USB trên bo mạch. Nó có một mô-đun Bluetooth (BLE 4.1) tích hợp để giao tiếp không dây. "oblu" lưu trữ một bộ vi điều khiển dấu chấm động 32-bit (AT32UC3C của Atmel) cho phép giải các phương trình điều hướng phức tạp trên bo mạch. Do đó, người ta thực hiện tất cả quá trình xử lý chuyển động trên chính oblu và chỉ truyền kết quả cuối cùng. Điều này làm cho việc tích hợp oblu với hệ thống liên kết trở nên cực kỳ đơn giản. "oblu" cũng có mảng đa IMU (MIMU) cho phép kết hợp cảm biến và nâng cao hiệu suất cảm biến chuyển động. Cách tiếp cận MIMU làm tăng thêm tính độc đáo của "oblu".

Các tính toán nội bộ của oblu dựa trên bước đi của con người. oblu đưa ra sự dịch chuyển giữa hai bước liên tiếp và thay đổi trong tiêu đề. Làm thế nào - khi chân tiếp xúc với mặt đất, tốc độ của đế bằng 0, tức là đế đứng yên. Bằng cách này oblu phát hiện 'các bước' và sửa một số lỗi nội bộ. Và việc sửa lỗi thường xuyên này, dẫn đến hiệu suất theo dõi tuyệt vời. Vì vậy, đây là bắt được. Điều gì sẽ xảy ra nếu robot của chúng ta cũng bước đi theo cùng một kiểu - di chuyển, dừng lại, di chuyển, dừng lại.. Trên thực tế, oblu có thể được sử dụng cho bất kỳ đối tượng nào mà chuyển động của chúng có các khoảnh khắc bằng 0 và khác 0 đều đặn. Vì vậy, chúng tôi đã tiến về phía trước với oblu và không bao lâu nữa chúng tôi có thể lắp ráp rô bốt và hệ thống theo dõi.

Bước 4: CÔNG DỤNG CỦA "oblu" LÀ GÌ?

Chúng ta dành gần 70% thời gian ở trong nhà. Do đó, có rất nhiều ứng dụng yêu cầu điều hướng trong nhà của con người và máy móc. Giải pháp định vị được sử dụng phổ biến nhất là GPS / GNSS dựa trên vệ tinh rất tốt cho việc định vị ngoài trời. Nó không thành công trong môi trường trong nhà hoặc trong môi trường đô thị không thể tiếp cận với bầu trời trong. Các ứng dụng như vậy là khảo sát địa lý các khu ổ chuột hoặc các khu vực dưới tán cây nặng, điều hướng trong nhà của robot, định vị các nhân viên cứu hộ 'để chữa cháy, tai nạn khai thác, chiến tranh đô thị, v.v.

Tiền thân của oblu được giới thiệu là một cảm biến hình giày rất nhỏ gọn (hoặc cảm biến PDR) để định vị các chiến binh cứu hỏa, sau đó đã được nâng cấp và sửa đổi như một nền tảng phát triển có cấu hình cao cho các nhà sản xuất đang tìm kiếm sự dễ dàng chính xác- giải pháp cảm biến quán tính giá cả phải chăng để điều hướng trong nhà của con người cũng như rô bốt. Cho đến nay, người dùng của oblu đã chứng minh các ứng dụng của nó trong việc theo dõi người đi bộ, quản lý tài nguyên và an toàn công nghiệp, lập chính sách chiến thuật, khảo sát địa lý khu vực không có GPS, robot tự điều hướng, robot hỗ trợ, chơi game, AR / VR, điều trị rối loạn chuyển động, hiểu biết vật lý chuyển động, v.v. oblu thích hợp cho các ứng dụng có hạn chế về không gian, ví dụ: cảm biến chuyển động có thể đeo. Nó cũng có thể được sử dụng như một IMU không dây, nhờ vào Bluetooth trên bo mạch. Sự hiện diện của khả năng xử lý dấu phẩy động trên bo mạch, cùng với bốn mảng IMU, giúp cho việc kết hợp cảm biến và xử lý chuyển động có thể thực hiện được trong chính mô-đun, do đó dẫn đến cảm biến chuyển động rất chính xác.

Bước 5: CÂU CHUYỆN VỀ DỰ ÁN

Câu chuyện về dự án này có trong video…

Bước 6: MÔ TẢ HỆ THỐNG

Robot di chuyển theo đường được lập trình trước và truyền (qua bluetooth) thông tin chuyển động thực tế của nó tới điện thoại để theo dõi thời gian thực.

Arduino được lập trình trước với đường dẫn và oblu được sử dụng để cảm nhận chuyển động của robot. oblu truyền thông tin chuyển động đến Arduino theo khoảng thời gian đều đặn. Dựa trên đó, Arduino điều khiển chuyển động của bánh xe để cho robot đi theo con đường được xác định trước.

Đường đi của robot được lập trình dưới dạng một tập hợp các đoạn đường thẳng. Mỗi đoạn thẳng được xác định bởi độ dài và hướng của nó so với đoạn trước đó. Chuyển động của robot được giữ kín đáo, tức là nó di chuyển theo đường thẳng, nhưng theo các đoạn nhỏ hơn (cho phép gọi là 'bước tiến' cho đơn giản). Vào cuối mỗi sải chân, oblu truyền độ dài sải chân và mức độ sai lệch (thay đổi hướng) từ đường thẳng sang Arduino. Arduino điều chỉnh sự căn chỉnh của robot ở mỗi bước khi nhận thông tin đó, nếu nó phát hiện thấy độ lệch so với đường thẳng được xác định trước. Theo chương trình, robot luôn phải di chuyển theo một đường thẳng. Tuy nhiên, nó có thể lệch khỏi đường thẳng và có thể đi theo một góc nhất định hoặc lệch đường vì những điều không lý tưởng như bề mặt không bằng phẳng, mất cân bằng khối lượng trong lắp ráp robot, mất cân bằng kiến trúc hoặc điện trong động cơ một chiều hoặc định hướng ngẫu nhiên của bánh xe chạy tự do phía trước. Thực hiện một bước.. sửa lại tiêu đề của bạn … tiến về phía trước. Robot cũng di chuyển ngược lại nếu nó di chuyển nhiều hơn độ dài được lập trình của đoạn thẳng cụ thể đó.. Độ dài sải chân tiếp theo phụ thuộc vào khoảng cách còn lại được bao phủ của đoạn thẳng cụ thể đó. Robot có những bước tiến lớn khi khoảng cách di chuyển lớn hơn và có những bước tiến nhỏ hơn gần đích (tức là kết thúc mọi đoạn đường thẳng). oblu truyền dữ liệu đến Arduino và điện thoại (qua bluetooth) đồng thời. Xoblu (ứng dụng Android) thực hiện một số phép tính đơn giản để xây dựng đường đi dựa trên thông tin chuyển động nhận được từ rô bốt, được sử dụng để theo dõi thời gian thực trên điện thoại. (Xây dựng đường dẫn bằng Xoblu được minh họa trong hình ảnh thứ hai).

Tóm lại, oblu cảm nhận chuyển động và truyền thông tin chuyển động tới Arduino và điện thoại theo khoảng thời gian đều đặn. Dựa trên đường dẫn được lập trình và thông tin chuyển động (được gửi bởi oblu), Arduino điều khiển chuyển động của các bánh xe. Chuyển động của robot KHÔNG được điều khiển từ xa ngoại trừ lệnh khởi động / dừng.

Đối với phần sụn của oblu, hãy truy cập

Để biết mã Aurduino của robot, hãy truy cập

Bước 7: LẬP MÔ HÌNH PATH

Robot có thể được điều khiển tốt nhất nếu nó chỉ đi trên các đoạn đường thẳng. Do đó, trước tiên, đường dẫn phải được mô hình hóa dưới dạng một tập hợp các đoạn thẳng. Đây là cách đường dẫn được lập trình trong Arduino.

Tương tự như vậy, bất kỳ đường dẫn nào là một tập hợp các đoạn đường thẳng, đều có thể được xác định và lập trình trong Arduino.

Bước 8: LẮP RÁP MẠCH

Sơ đồ tích hợp hệ thống cấp cao nhất. Arduino và oblu là một phần của quá trình lắp ráp phần cứng. UART được sử dụng để giao tiếp giữa Arduino và oblu. (Xin lưu ý kết nối Rx / Tx kết nối.) Hướng luồng dữ liệu chỉ mang tính chất tham khảo. Toàn bộ cụm phần cứng giao tiếp với điện thoại thông minh (Xoblu) bằng bluetooth.

Bước 9: SƠ ĐỒ MẠCH

Các kết nối điện chi tiết giữa Arduino, oblu, trình điều khiển động cơ và bộ pin.

Bước 10: GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG:

Dưới đây là cách giao tiếp dữ liệu diễn ra giữa cảm biến oblu được gắn trên robot và điện thoại thông minh, tức là Xoblu:

Bước 1: Xoblu gửi lệnh START tới oblu Bước 2: oblu xác nhận lệnh nhận bằng cách gửi ACK thích hợp đến Xoblu Bước 3: oblu gửi gói dữ liệu chứa dữ liệu chuyển vị và định hướng cho mỗi bước, tại mỗi bước, tới Xoblu. (bước = bất cứ khi nào phát hiện không chuyển động hoặc dừng được phát hiện). Bước 4: Xoblu xác nhận đã nhận gói DATA cuối cùng bằng cách gửi ACK thích hợp đến oblu. (Chu kỳ của bước 3 và 4 được lặp lại cho đến khi Xoblu gửi STOP. Khi nhận lệnh STOP, oblu thực hiện Bước 5) Bước 5: DỪNG - (i) Dừng xử lý trong oblu (ii) Dừng tất cả các đầu ra trong oblu. Vui lòng tham khảo Ghi chú ứng dụng của oblu để biết chi tiết về START, ACK, DATA và STOP

Bước 11: IMU "oblu" HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO (tùy chọn):

Trình bày một số tài liệu tham khảo về tổng quan của oblu và nguyên tắc hoạt động cơ bản của cảm biến PDR gắn chân:

Mã nguồn có sẵn của oblu được nhắm mục tiêu theo hướng điều hướng gắn trên chân. Và nó được tối ưu hóa tốt nhất cho mục đích đó. Video dưới đây trình bày nguyên tắc hoạt động cơ bản của nó:

Dưới đây là một số bài viết đơn giản về cảm biến PDR gắn chân: 1. Theo dõi các bước của tôi

2. Tiếp tục theo dõi các bước của tôi

Bạn có thể tham khảo tài liệu này để biết chi tiết về cách tính toán người đi bộ chết bằng cảm biến chân.

Bước 12: Truy cập "oblu.io" (tùy chọn)

Xem video để biết các ứng dụng khả thi của "oblu":

---------------- Vui lòng chia sẻ phản hồi, đề xuất của bạn và để lại bình luận.

Bước 13: THÀNH PHẦN

1 oblu (một nền tảng phát triển IMU nguồn mở)

1 Động cơ thông minh Robot ô tô Hộp pin Bộ khung Bộ mã hóa tốc độ tự làm cho Arduino

1 nửa kích thước bảng bánh mì không hàn

1 dây nhảy nam / nữ

2 Tụ điện 1000 µF

1 Bộ điều khiển động cơ H-Bridge kép của Texas Instruments L293D

1 Arduino Mega 2560 & Genuino Mega 2560

4 Dịch vụ Web Amazon AA 2800 Ni-MH có thể sạc lại