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Thema: Rasenmäher mit Navigation => neu mit A* Wegfindung!

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Rasenmäher mit Navigation => neu mit A* Wegfindung!

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    Hallo zusammen!

    Da ich seit kurzem in den Genuß komme Rasen mähen zu müssen, und ein Automower derzeit unerrreichbar teuer ist, habe ich mich auf die Suche nach Alternativen gemacht und bin hier schon mal mit guten Beiträgen über Eigenbauten fündig geworden.
    Mich stört aber ,idass alle mehr oder weniger ohne Navigation unterwegs sind, dh nach dem Chaosprinzip das Grundstück abfahren.
    Daher meine Überlegung eine Navigation mit einer Karte einzuplanen, entweder mit fixem Grundstückplan und/oder selbstlernend, beides dürfte nicht so schwer sein.

    Aber hat das hier schon einmal jemand umgesetzt?

    Und eine andere Frage? Kann man so eine Karte in den üblichen Kontrollern umsetzen? Der Speicherbedarf liegt bei mindestens 16kB, und die Karte wird immer wieder beschrieben, macht dass der Flash Speicher lange mit?
    Ansonsten spiele ich mit dem Gedanken ein antikes Notebook zu besorgen, 386er ohne Display genügt, und dort die Navigation zu erledigen. Nur, je weniger Geräte, desto besser wird ein System.

    Vorschläge und Ideen sind jederzeit willkommen, habe vor dieses Projekt ab Dezember umzusetzen um im Frühjahr startklar zu sein.

    LG Werner

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ich dachte erstmal, als ich den Betreff gelesen habe, du hättest ein fertiges System und hab mich schon gefreut, dass ich mich damit dann nicht mehr soo intensiv beschäftigen muss.
    Da das aber für mich auch nur Vorbereitung ist, werde ich mal versuchen, nen bisschen dazu zu schrieben.

    Ein fertiger Roboter ist für dich wohl nicht bezahlbar. Aber dir sollte klar sein, dass der Bau eines eigenen Roboters sehr teuer ist. Je nachdem, wenn du nur neue Materialien verwendest und noch Wert auf Design legst, landest du bestimmt mit Lehrgeld bei etwa 500€. Hinzukommen noch viele Stunden Programmierarbeit.

    Auch solltest du nicht davon ausgehen, dass das erstellen einer Karte oder eines selbst lernenden Systems einfach ist und mal in nen paar Monaten geschrieben ist.
    Machbar ist es, aber du musst dich dafür mit verschiedenen Problemen auseinandersetzten.

    Ich will mal ein paar Schwierigkeiten bei deinen beiden verschiedenen Systemen nennen.

    Karte:
    -Was machst du, wenn ein Rad durchdreht?
    -Was machst du, wenn du einen Stein im Garten hast, darüber fährst und nicht mehr die ursprüngliche Bahn hast. Wie findest du heraus, dass du die Bahn verlassen hast und wie findest du die Bahn wieder?
    -Wie reagiert du auf nicht eingezeichnete Gegenstände?
    -Was machst du bei z.B. Tulpen in deiner Bahn, die nicht weggemäht werden sollen? Wie erkennst du die?
    -Arbeitest du mit einem Raster oder mit Vektoren?
    -Wie viel Speicher brauchst du? (16kb werden da nicht reichen)
    -Was brauchst du an Rechenleistung? Reicht ein µC oder brauchst du einen Laptop? (sollte Energiesparend sein)

    Selbstlernendes System:
    -Wie unterscheidest du einen Baum von höherem Gras? Mit einem komplexen Kamera System?
    -Wie bringst du dem Roboter bei, dass es im Frühjahr nicht deine Tulpen wegmähen soll, sondern sie umfährt?
    -Ist das mit einem µC realisierbar?
    -Wie viel Speicher brauchst du für die ganzen Infos, die du sammeln wirst? (aus hier werden 16kb nicht reichen)

    Allgemein:
    -Was für Programmierkenntnisse hast du?
    -Was für Hardwarekenntnisse, inklusiv Sensorik hast du?
    -Was für ein Budget steht dir zur Verfügung?
    -Wie viel Zeit hast du am Tag, wenn du das in, sagen wir mal vier Monaten, machen willst?


    Soweit mal die Fragen, die mir schon so durch den Kopf gegangen sind.
    Bisher habe ich mich noch nicht entschieden, was ich nehme, da alles so viele Vorteile, aber auch soo viele Nachteile hat.
    Mich würde mal interessieren, was du bei meinen Fragen antworten würdest und dann kann ich auch mal schrieben, was für KI Vorstellungen ich mir für meinen Roboter gemacht habe. Auch wenn ich erstmal das Projekt IMADEIT-V3 beenden will, ich mache mir darüber in der letzten Zeit recht viele Gedanken und mich interessiert was brennend, was andere auf meine Fragen antworten würden.

    Ich hoffe, ich konnte dir mit meinen Fragen helfen und ich hoffe auch, dass du an ihnen nicht verzweifeln willst.
    Mir gefällt die Idee sehr gut, nur weiß ich im Moment ehrlich gesagt nicht, wie ich das umsetzten soll. Ich bin sehr gespannt, wie du vorgehen willst!

    Viele Grüße,
    jon
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  3. #3
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo,

    das größte Problem bei der Navigation dürfte die genaue Ortsbestimmung sein. Immehin musst da deinen Rasenmäher auf einige cm genau lokalisieren. GPS ist zu ungenau. DGPS ist sehr aufwendig und von der Umgebung (wegen Abschattung der Satelliten, Reflexion, Mehrfachausbreitung der Signale) abhängig und ist auch, soweit ich es im Forum verfolgt habe, noch nicht umgesetzt worden. Ultraschall zur Positionsbestimmung ist insb. im Freien ungenau. IR-Baken: sicherlich auch eine Herausforderung, wenn man hohe Genauigkeit erreichen will.

    Wie denkst Du Dir denn die Postitionsbestimmung deines Roboters ?


    Viel Erfolg und viele Grüsse,

    Christian

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Danke für die schnellen Antworten!

    -> Jon:
    Leider habe ich nur einen fertigen Rasen, aber keinen fertigen automatischen Mäher Um die 500 habe ich schon vor zu investieren, ist immer noch bedeutend weniger als ein fertiges Gerät.

    Aber zuerst zur Karte: Gedacht ist eine Rasterkarte, ca alle 25cm ein Feld, ist einfach umzusetzen. In jedes Feld kommt eine Kennzahl, zB 0=noch nicht angefahren, 1= gemäht, 9= fixes Hindernis (Haus, Zaun). 2-8 wird für variable Hindernisse verwendet, hier kann die Umgebung gelernt werden.
    Ich habe das schon vor langer Zeit in einfacherer Form für die Wegfindung in einem Raster in Scilab programmiert, und das Ergebnis war ein Mini-Programm. Es hat nicht immer den kürzesten Weg um Hindernisse gefunden, aber immerhin einen Weg.
    Viel mehr als Odometrie wird für die Positionierung nicht umsetzbar sein, eventuell an allen Rädern um mit Mittelwertbildung genauer zu werden oder um durchdrehende Räder zu erkennen, vielleicht noch um einen Kompass ergänzt.
    Die Position könnte man an den fixen Hindernissen korrigieren.

    Andere Hindernisse im Garten sind derzeit eher massiv, da genügt ein Kollisionsschalter, und Blumen in die freie Wiese zu setzen geschieht dann auf eigenes Risiko

    Das Hauptziel soll sein dass man halbwegs planmäßig das Grundstück abfährt und damit effizient arbeitet. Wenn er jetzt ein paar Mal aus der Bahn geworfen wird, wird das in der nächsten Runde sicher anders verlaufen und es wird trotz allem schneller sein als mit Fahren nach Zufallsprinzip. Soweit die Theorie...

    Meine Hardwarekenntnisse sind beschränkt, ich kann keine eigenen Schaltungen entwerfen. Programmieren kann ich einfachere Sachen in C.

    -> Christian: deinen Beitrag habe ich genau gelesen, und ist auch Vorbildgebend. Nur bin ich mir mit der Induktionsschleife nicht sicher ob ich damit nicht EMV Störungen in der Nachbarschaft verursache. Da Stadtgebiet und Polizei und Krankenhaus in der Nähe sind werden solche Störungen im Funkverkehr sicher sofort bemerkt.
    GPS ist trotz allem eine Option, damit könnte man zumindest bestimmen in welchen Bereich man schon in letzter Zeit war, und in welchem nicht.

    LG Werner

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Wie groß soll den der Roboter werden? Je nachdem sollte man nämlich die Rastergröße wählen und könnte dann grob durchrechnen, was für einen speicher du brauchst.
    Du musst nämlich bedenken, dass du pro Kästchen dann ein Byte brauchst. Das summiert sich dann bei einem entsprechenden Rasen doch...

    Je nachdem, was für Motoren du hast, macht es sinn, einen Sensor so zu positionieren, dass der die Anker vom Motor zählen kann, die am Sensor vorbei gekommen sind. So kann man bei einer recht hohen Übersetzung mm genaue Ergebnisse erhalten. Wenn man einen Sensor am Rad befestigt, wäre das deutlich ungenauer und es wäre schwieriger durchdrehende Räder zu erkennen.
    Was für einen Antrieb willst du wählen? Allradantrieb? Es sollten nämlich an alle Räder Sensoren, die durch einen Motor angetrieben werden. Wenn ein Rad durchdreht wäre nämlich alles an Messergebnissen für die Katz.

    Ein Kompass solltest du auf jeden Fall montieren, musst aber darauf achten, dass er einen ordentlichen Abstand zu den Motoren hat und auch nochmal zusätzlich abgeschirmt ist. Sonst sind die Messergebnisse nicht zu gebrauchen.

    Das GPS Irgendwie sinn macht bezweifle ich, da die Abweichungen doch mal bei 2m liegen, was bei einem Roboter verdammt viel ist.
    Das wäre aber auch davon Abhängig, wie groß die Rasenfläche ist. Wenn das ein Acker ist, so wären 2m für's Grobe ok, wenn's ein 10m² Garten ist, kannst du GPS vergessen.

    Was du noch machen solltest, wäre eine IR Bake, damit der Roboter, wenn er seine Position völlig verloren hat, einen fest definierten Punkt suchen und finden kann. Dann könnte er sich wieder neu orientieren und ohne jegliches Eingreifen weiter machen.

    Wie das mit Induktionen bei Polizei etc. in der Nähe ist weiß ich nicht. Da müsste sich mal jemand melden, der damit Erfahrungen hat oder etwas drüber weiß.

    Bei deinen eingeschränkten Hardwarekenntnissen kann man bestimmt hier im Forum helfen. Erst sollte mal aber entschieden werden, ob du einen Laptop einbaust oder einen µC.
    Ich wäre ja der Meinung, dass das mit nem µC und einer entsprechenden Speicher-Erweiterung machbar ist. Mit einem Laptop wäre es zwar machbar, aber den würde ich als oversized bezeichnen.
    Was sagen andere dazu?

    Viele Grüße,
    jon

    P.S.: Ich finde das suuper interessant, da das auch auf mich zukommen wird, bzw. gerade Thema ist! Nur, dass IMADEIT-V3 erstmal mit gepflasterten Wegen zu kämpfen haben wird.
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  6. #6
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    Hallo Jon,

    Der Roboter soll einen Mähdurchmesser von 25cm haben, ich will Rasierklingen auf einem Blech befestigen. Die sind sehr scharf, leicht mit Schrauben zu fixieren, und zerbrechen nicht wenn sie an festes Material anstoßen. Die Gesamtgröße wird dann eine Länge von ca 60cm und Breite von ca 35-40cm ergeben. Den Antrieb vom Mähwerk soll ein 540er mit Übersetzung übernehmen, ergibt dann viel Kraft mit ca 2500u/min das einen leisen Betrieb bringen soll.
    Für den Radantrieb sind 2 RB35 1:200 vorgesehen, mit Zahnriemenantrieb auf die Räder (D=200mm), hier kann noch eine kleine Übersetzungsstufe eingebaut werden. Vorne kommt ein freilaufendes Rad.

    Der Garten ist 40x25m, das Haus steht in der Mitte. Wenn der Roboter die Orientierung verliert kann man den dann zB nach Norden schicken, und dann nach Westen, und somit hat er einen Fixpunkt im Garten und auf der Karte erreicht.

    Wie gesagt, das Hauptziel soll sein einen geordneten Weg zu finden um effizient den Rasen zu mähen. Wenn jetzt zwischendrinnen der richtige Weg verlassen wird schätze ich das als nicht so tragisch ein. Denn im Vergleich zu den anderen Rasenmähern fährt er dann immer noch viel geordneter seine Bahnen und man vermeidet das manche Stellen oft und andere fast nie angefahren werden.
    Und das Prinzip der Karte ist einfach, das Hauptproblem ist der Speicherbedarf und wie oft der Speicher beschrieben werden darf.
    Man kann mit der Karte befehlen von Punkt A nach B zu fahren, man kann Stellen anfahren wo man die Position neu kalibrieren kann, und Stellen suchen wo man noch nicht war.

    Ich dachte mir das schon mehrere vor dem selben Problem standen, mit jedem Staubsaugerroboter macht man sich Gedanken über die Ortung, und du mit deinem Projekt willst sicher auch nur am Weg den Schnee wegschieben, und nicht im Garten.

    LG Werner

  7. #7
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    hallo,
    wegbestimmung über odometrie im gelände kannst glaub ich mal voll vergessen. und da liegt eben der knackpunkt, genau zu wissen wo man ist. und bei deinem fahren nach plan hast du das problem, wenn du doch mal daneben ligst, dass dann der rasen dort eben stehen bleibt.
    und dann hast du ja noch das problem, dass du eine gescheite startegie brauchst, wie verfahren wird, wenn ein hinderniss vorm roboter aber nicht in der karte ist. dann musst du ja ne neue bahnplanung machen. und diese muss so sein, dass dabei weiterhin der ganze rasen gemäht wird.
    aber du knnst es gerne bauen, wenn es funktioniert mach ich das auch gleich.
    mfg jeffrey

  8. #8
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    Ich gehe davon aus das eine schlechte Ortung immer noch viel besser ist als gar keine Ortung zu haben und darauf zu hoffen dass nach dem Zufallsprinzip irgendwann alles abgefahren wird.
    Die Bahnplanung von A nach B hatte ich schon mal programmiert, waren 4 if-Befehle. Für die Umfahrung von Hindernissen kamen noch mal 8 Zeilen dazu. Eine Rasterkarte kann man leicht um neue Hindernisse erweitern, einen Lern- und auch Vergessenmodus einführen, das ist ja der interessante Punkt.

  9. #9
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    Zitat Zitat von damfino
    Und das Prinzip der Karte ist einfach, das Hauptproblem ist der Speicherbedarf und wie oft der Speicher beschrieben werden darf.
    Der EEPROM vom ATMega maximal 10.000 Mal. Wobei die Werte mal höher, mal aber auch niedriger sein können.
    Rechne mal durch, was für nen speicher du bräuchtest. das wird nie und nimmer in nen ATMega passen. Da brauchst du was externes.

    Zitat Zitat von damfino
    Ich dachte mir das schon mehrere vor dem selben Problem standen, mit jedem Staubsaugerroboter macht man sich Gedanken über die Ortung, und du mit deinem Projekt willst sicher auch nur am Weg den Schnee wegschieben, und nicht im Garten.
    Das Problem haben viele, wagen sich aber entweder nicht daran, versuchen es und geben irgendwann auf oder basteln alleine daran und rücken keine oder nur sehr wenige Infos heraus. Die große Minderheit beschäftigt sich damit lautstark, also so, dass andere es mitkriegen.

    Viele Grüße,
    jon
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  10. #10
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    Hallo alle zusammen,

    ein Rasenmähsystem wäre auch für meinen Bot in der endgültigen Ausbaustufe mal geplant, eher aber ein universelles Gerät, welches verschiedene Aufgaben im Haushalt erledigen kann.

    Ich will aber keinen Bot mit Rädern nehmen, sondern meinen Hexa, welcher gerade im Aufbau ist, auf diese Aufgaben "trainieren". Das Ganze ist eh als Langzeitprojekt gedacht, sodass es mit dem Fertigstellungstermin nicht so genau ist.

    Ich denke mir, dass ein Roboter mit Beinen mehr Bodenhaftung bzw. Flexibilität im Gelände hat, als einer mit Rädern (ist ja genau das gleiche in der Natur: ich hab noch kein Säugetier mit Rädern gesehen ).

    Auch ich wollte ein System zur Orientierung verwenden, welches auf einer Rasterkarte aufbaut.


    Um auf die Fragen von Jon zurückzukommen:

    -Was machst du, wenn ein Rad durchdreht?
    Hab ich nicht, ist also schon mal hinfällig

    -Was machst du, wenn du einen Stein im Garten hast, darüber fährst und nicht mehr die ursprüngliche Bahn hast. Wie findest du heraus, dass du die Bahn verlassen hast und wie findest du die Bahn wieder?
    hmm, ich hätte mir gedacht, da ich sowieso einen IR und einen US-Sensor - vertikal sowie horizontal schwenkbar - am Bot haben will, kann der doch während des "Mähens" den Boden nach Hindernissen abtasten und dann das jeweilige Bein woanders hinsetzen, und eben nicht aufm Stein drauf.

    -Wie reagiert du auf nicht eingezeichnete Gegenstände?
    erst mal schauen, ob es sich bewegt (Haustiere etc.), wenn nicht, einfach die Karte aktualisieren.

    -Was machst du bei z.B. Tulpen in deiner Bahn, die nicht weggemäht werden sollen? Wie erkennst du die?
    Ich hätte daran gedacht, am Anfang einen "Einlernprozess" zu starten, in dem der Besitzer des Bots gemeinsam mit ihm die Grenzen des Gartens "abgeht", um ihm später (vllt. per PC-Interface) jene Bereiche vorzugeben, die er wann nicht mähen darf.

    -Arbeitest du mit einem Raster oder mit Vektoren?
    vorläufig wäre Raster gedacht, da wir in der Schule die Vektoren wohl erst kommendes Schuljahr durchnehmen werden.

    -Wie viel Speicher brauchst du? (16kb werden da nicht reichen)
    ist wohl abhängig von der Größe des Gartens. Ich wollte aber sowieso eine SD-Karte am Bot haben, auf der er z.B.: dann die Karte sichern kann.

    -Was brauchst du an Rechenleistung? Reicht ein µC oder brauchst du einen Laptop? (sollte Energiesparend sein)
    ich teile bei meinem Bot die Aufgaben auf verschiedene µCs auf, wenn die Leistung trotzdem nicht reichen sollte, kann man ja ausbauen.

    -Wie unterscheidest du einen Baum von höherem Gras? Mit einem komplexen Kamera System?
    ich glaube, wenn das Gras erst so hoch ist, muss man eh mit ner Sense ran

    -Wie bringst du dem Roboter bei, dass es im Frühjahr nicht deine Tulpen wegmähen soll, sondern sie umfährt?
    s. o.

    -Was für Hardwarekenntnisse, inklusiv Sensorik hast du?
    ich wollte eine US sowie eine IR-Sensor verwenden (schwenkbar). Zusätzlich noch einen Kompass zur gröberen Orientierung.

    -Was für ein Budget steht dir zur Verfügung?
    Bis jetzt stecken schon über 600€ in diesem Projekt, ich werd aber noch vom Elternverein meiner Schule mit 500€ gefördert.

    -Wie viel Zeit hast du am Tag, wenn du das in, sagen wir mal vier Monaten, machen willst?
    also, in 4 Monaten wäre das für mich absolut undurchführbar, ich würde schon ein oder zwei Jahre einplanen.


    Nochmal zur Navigation: man könnte es doch so lösen, den Bot einfach mal gerade aus auf ein Hindernis zu laufen zu lassen, und dabei ständig den Abstand zu messen. So könnte man doch die Karte justieren, bezüglich der Abstände.

    Außerdem hat die Fortbewegung mit Beinen den Vorteil, dass man die IK sicher so erweitern kann, dass sie den zurückgelegten Weg eines Beines berechnet.

    Das war mal mein Senf zur ganzen Geschichte.

    Viele Grüße
    ikarus_177


    ... ich glaube, das war der längste Post meines Lebens ...

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