IR-bake

[radbruch]

Hallo

Da ich zur Zeit sehr "ausgebremst" bin kann ich euch leider nicht liefern, was ich im Moment am meisten vermisse: Die Grundlagenforschung!

Wie sind denn nun die Abstrahl- und Empfangswinkel der IR- oder US-Verbindungen? Wie sind die Reichweiten, die Echos, die Reaktionszeiten, die Reproduzierbarkeiten, die Stromaufnahmen oder die Störempfindlichkeiten beim Außeneinsatz der vorgeschlagenen Ansätze? Und wie sollen dann die Bakenstandorte geteacht und die Fahrbereiche kartographiert werden?

Die Laufzeitmessung eines US-Impulses zur Abstandsbestimmung zur Bake halte ich auch für einen guten Ansatz, die Auslösung über ein IR-Signal allerdings nur für bedingt tauglich. Eine kostengünstige (=billige) Funklösung scheint mir besser geeignet. Mehrere autarke Baken, optionsweise solar versorgt, halte ich auch für dringen nötig. Aber ich möchte euch nichts aufzwingen...

Da ich ja selbst begeisterer Fan von KISS-Umsetzungen bin wundere ich mich sehr über eure langatmigen Diskussionen (, die jetzt schon wieder zu eskalieren scheinen). Fangt doch einfach mal an, delegiert die Teilaspekte, zeigt eure Resultate und entscheidet dann, wie die entgültige Lösung aussehen wird. Meiner Meinung auch ist es auch das was KISS meint.

Da ich nach Jahren der Beschäftigung mit "Kleinroboter" nun auch in die Welt der echten Roboter vordringen möchte, benötige ich vermutlich auch einmal ein gutes und flexibles Bakensystem, dass unter anderem für Mäh-, Saug-, Schneeräum-, Bierbring- oder Serviceroboter geeignet wäre. Was immer eben eine Orientierung im Raum benötigt.

Gruß

mic

[Rabenauge]

@Besserweissi: ich stimme dir zu 98% zu:
Sechs Empfänger decken den Vollkreis etwas überlappend ab- ich denke, das reicht. Mit etwas Glück genügt das, um 12 Bereiche zu haben, das macht nen 30Grad-Winkel. Wenn nicht, gehts auch- die meisten hier werden mehrere Baken benutzen wollen, und damit sollt das klappen. Da das eh Kreisvektoren sind, hilft näher ranfahren.

Zu den übrigen 2%: meinst du wirklich, man braucht so viele IR-Sender für sagen wir, 10-15m im Freien?
Die Modellpanzer schaffen das mit _einer_...toll wärs natürlich, wenn man auf diese Weise 20m oder gar mehr schaffen würde, aber da fehlt mir die praktische Erfahrung. Wichtig wäre: IR muss weiter reichen aus US, so hat man noch nen Notprogramm: wenn US nicht ankommt, kann man immer noch näher zur Bake.

@radbruch: Funk _wäre_ Klasse aber in nem Funksignal hast du keinerlei Richtungsinformation. Das heisst, um den Standort _der_ Bake zu bestimmen, brauchst du ne Funkpeilung-glaub nicht, dass die weniger aufwendig wäre als IR..
Bei IR kann man einfach sehr simpel die grobe Richtung detektieren, und wenn es da nicht für US-Empfang reicht, kann man immerhin näher zur Bake tuckern.
Die Nobellösung wäre natürlich: GPS in der Bake _und_ ne anständige Funkbrücke-aber von sowas träum ich erstmal nur....

[WL]

, benötige ich vermutlich auch einmal ein gutes und flexibles Bakensystem, dass unter anderem für Mäh-, Saug-, Schneeräum-, Bierbring- oder Serviceroboter geeignet wäre. Was immer eben eine Orientierung im Raum benötigt.

...hatte ich bereits im Post #133
https://www.roboternetz.de/community...l=1#post600199 verlinkt.

Das Verfahren ist meiner Meinung nach genial dafür geeignet. Es kann universell ausgelegt werden. Zum Beispiel wäre ein einfacher IR-Empfänger auf einem sich drehenden Turm (Winkelmesser) auf dem Roboter ausreichend. Die Güte der Winkelerfassung bestimmt die Auflösung und ist das einzig schwierige daran.
Die Baken (min. 3 nötig für ein "Spielfeld" / können aber auch beliebig viele sein für mehrere "Spielfelder") sind IR-Sender und senden nur ihre Adresse. Der Empfänger (Roboter) wertet die Winkel aus und hat unmittelbar nach einer Turmdrehung seine Position und seinen Winkel im Raum !

Das vorgestellte System arbeitet dagegen mit passiven Baken (nur Reflektor).

Wenn das aber unbedingt mit IR und US realisiert werden soll bin schon wieder still.....................

[Besserwessi]

6 Empfänger für 12 Bereiche halte ich auch für realistisch. Etwas tückisch ist dabei, dass der Überlapp von der Intensität und Entfernung abhängt. Eine feinere Winkelauflösung sollte man aber über die Sendedioden bekommen - kostet zwar etwas Zeit, aber auch nicht so viel. Mit nur je wenigen aktiven LEDs ist auch der Einfluss von Streulicht geringer.

Wie viele der IR Dioden man braucht, hängt von den Dioden ab. Im Prinzip sind enger gebündelte Dioden sparsamer, weil weniger Licht verloren geht. Pollin hat z.B. billige (10 Cent) IR-Dioden, die +-10 grad Öffnung haben - davon bräuchte man schon etwa 15-20 Stück für einen vollen Kreis. Man muss die nicht alle einzeln ansteuern, und würde wohl auch mit vergleichsweise wenig Strom (z.B. 100 mA je Diode) auskommen. Es gibt auch IR LEDs für +-40 grad - da würden 5 für den vollen Kreis reichen - allerdings wird man da für jede Diode etwa den 16 fachen Strom brauchen, bzw. hätte bei gleichem Strom nur etwa 1/4 der Reichweite. Für ein kleines Zimmer wäre das wohl noch OK. Die vielen Dioden sind nicht nötig damit sich die Leistung addiert, sondern damit der Winkel auf den wesentlichen Teil (im wesentlichen Horizontal) begrenzt bleibt.

10-15 m Reichweite sind schon eine ganz schöne Hausnummer : die TSOP..38 Empfänger brauchen etwa 0,5 mW/m² - um die Leistung auf 10 m Entfernung zu bringen braucht es 50 mW/Sr. Die Leistung bekommt man mit einer auf +-10 Grad gebündelten LED (z.B. LD274) gut hin, aber schon mit der LD271 (+-25 Grad) wird man das kaum mehr erreichen. In wie weit das gestreute Licht ggf. auch noch ankommt, ist dabei nicht berücksichtigt, aber je nach Umgebung wird das nicht unbedingt viel sein (Gras sollte IR Licht gut absorbieren, und der Himmel ist weit).

Für eine große Reichweite ist der Pulsstrom schon nicht so ohne: 15 LEDs mit je 100-200 mA sind auch schon 1,5 - 3 A. Das ist zwar nur mit etwa 25% Tastverhältnis (über 1ms Zeit) bzw. 10-12,5% über die Zeit für ein Datenpaket - aber trotzdem ist das einiges an Leistung. Da sind weniger LEDs nicht so der Vorteil, wenn man dann größere Akkus und Treiber braucht. Auf wirklich rundum senden kann man ggf. auch verzichten und so den Strom noch reduzieren - es kostet dann halt ggf. etwas mehr Zeit.

Man muss also eher davon ausgehen das der Ultraschall weiter reicht als die IR Signale. Zumindest mit einer Seite gerichtet sollten da auch über 20 m kein Problem sein.
Zumindest wenn man draußen die über 10m Reichweite haben will, wären Funkmodule schon eine Alternative.

20 billige IR Dioden sind auch noch nicht so der Kostenfaktor. Etwas umständlich ist natürlich die Verkabelung, wenn man keine eigene Platine für die IR LEDs, Treiber und ggf. die IR Empfänger hat.

[Vitis]

...hatte ich bereits im Post #133
https://www.roboternetz.de/community...l=1#post600199 verlinkt.

Das Verfahren ist meiner Meinung nach genial dafür geeignet. Es kann universell ausgelegt werden. Zum Beispiel wäre ein einfacher IR-Empfänger auf einem sich drehenden Turm (Winkelmesser) auf dem Roboter ausreichend. Die Güte der Winkelerfassung bestimmt die Auflösung und ist das einzig schwierige daran.
Die Baken (min. 3 nötig für ein "Spielfeld" / können aber auch beliebig viele sein für mehrere "Spielfelder") sind IR-Sender und senden nur ihre Adresse. Der Empfänger (Roboter) wertet die Winkel aus und hat unmittelbar nach einer Turmdrehung seine Position und seinen Winkel im Raum !

Das vorgestellte System arbeitet dagegen mit passiven Baken (nur Reflektor).

Wenn das aber unbedingt mit IR und US realisiert werden soll bin schon wieder still.....................

Exakt ... das Gerödel mit US braucht es nicht zwingend. Drehender Turm ist ne gute Idee, hatte an Kompass oder Radumdrehungen gedacht, Turm ist eleganter. Turm mit Schrittmotor löst das Problem mit der Winkelmessung, dann brauchts nur noch ne Referenz.
Wenn der Roboter sich nach der ersten Messung um n kleines Stück versetzt und nachmisst hat er sogar die Positionen der Baken im Raum noch dazu.
Der Rest ist dann Mathe.
Die TSOP, die ich schon verarbeitete hatten so grob 90° Keule, das müsste dann per Linse oder ähnliches verkleinert werden. Auch n Röhrchen könnt ich mir vorstellen.

Die Triggerung der Baken kann ich mir zum Strom sparen schon gut vorstellen ...

Manche hier haben nen "geschliffenen" Umgangston.

[Rabenauge]

Infrarot alleine funktioniert _nicht_, wenn nur eine Bake im Spiel ist. gut-man kann da rumtriucksen, indem man aus der Geschwindigkeit, mit der sich der Einfallswinkel ändert, auf die Entfernung schliesst, aber das halt ich nun irgendwie für ineffektiv.
Im Stand isses dann unmöglich, irgendeine Entfernung zu ermitteln.
Dann braucht es zwingend mehrere Baken -damit wird das System sofort unflexibel.

@Besserwessi: stimmt natürlich, die Battlesimulationen arbeiten vermutlich mit ner recht gebündelten LED-die sitzt in der Geschützmündung, soll also gar nicht allzu sehr streuen (man muss schon so ungefähr auf den Gegner zielen, damit der Treffer dort erkannt wird).
Möglicherweise wird dort auch mit zu hohem Strom getrickst-wenn mans kurz genug macht, geht das ja.
Wäre auch noch ne Möglichkeit, die Reichweite zu erhöhen- falls die LED`s das dauerhaft mitmachen (immerhin ists nicht damit getan, einmal zu blitzen und dann 1/10s abzukühlen).

[WL]

Wenn der Roboter sich nach der ersten Messung um n kleines Stück versetzt und nachmisst hat er sogar die Positionen der Baken im Raum noch dazu.

Die Positionen der (>=)!!! 3 Baken im Raum müssen bekannt sein und dem System parametriert werden ! Mit einem referenzierten Turm ist dann aber die Position und sein Winkel nach einer Turmdrehung eindeutig. Der Roboter muß nicht zwei Positionen nacheinander abfahren.

Der Rest ist dann Mathe.

Ist im Post beschrieben (Oberallgeier gedankt!).
Ich werde das Gefühl nicht los das das noch niemand richtig gelesen hat !!!

Die TSOP, die ich schon verarbeitete hatten so grob 90° Keule, das müsste dann per Linse oder ähnliches verkleinert werden. Auch n Röhrchen könnt ich mir vorstellen.

Genau, den Empfänger in ein (vertikal erweitertes) Röhrchen. Beim Drehen wird dann der Empfang über mehr oder weniger viele Winkelschritte erfolgen.
Den ersten und den letzten Winkel mit Empfang mitteln und damit ist der Bakenwinkel hinreichend genau.

[Besserwessi]

Nur IR würde schon auch gehen, nur nicht unbedingt mit den TSOP Empfängern. Eine grobe Messung der Entfernung könnt man über die Intensität bekommen, sofern der Sender/Empfänger Isotrop ist (nicht ganz trivial). Das ist dann halt ein anderes System.

Auch die verlinkte Version mit Drehbarem Turm und abtasten der Umgebung hat was für sind. Interessant ist vor allem die Variante mit passiven Bake (Retroreflektoren). Ist aber eine andere, machbare Lösung, die auch vor und Nachteile hat.

Ein andere Variante wäre auch eine Kamera (Ohne IR Sperrfilter) auf dem Bot und dann eine langsame Modulation der IR LEDs. Blinkende IR LEDs ließen sich noch vergleichsweise einfach und mit relativ geringer Intensität in den Bildern erkennen. Bildverarbeitung braucht aber halt einiges an Rechenleistung - so etwa ein Rasberry oder ähnliches. Mit der guten Auflösung würden dann auch schon 2 Baken mit wenig Abstand (z.B. 10 cm) gut für die Entfernungsmessung sein.

Ultraschall hat auch schon was für sich: die Leistung ist relativ gering, und der Aufwand (und Gewicht) ist im Vergleich zu einem drehbaren Turm recht gering. Die hier vorgeschlagenen Billigmodule sind aber auf der Empfangsseite vor allem billig und nicht unbedingt gut. Die zusätzliche Kommunikation per IR ist da fast der größere Aufwand.

Ganz einfach ist das mit der Intensität für den Rundumsender zwar nicht, aber der Aufwand bleibt im Rahmen. 20 Dioden (zu je 10 Cent bei Pollin) sind noch kein so großer Aufwand für den Sender. Der Stromverbrauch ist zwar schon relativ hoch, aber noch von Akkus in Größe AA zu schaffen. Es ginge wohl auch mit ein paar weniger LED, aber damit wird es eher nicht einfacher. Mehr Strom geht bei den LEDs auch nur begrenzt - so etwa 1-3 A ist üblicherweise das Limit für Pulse. Im Prinzip könnte man auch die Empfangsseite verbessern (größerer Empfängerfläche, weniger Bandbreite, ggf. effektivere Modulation) , aber das ist relativ aufwändig - da sind die TSOP.... schon nicht so schlecht und vor allem günstig.

[Vitis]

Die Positionen der (>=)!!! 3 Baken im Raum müssen bekannt sein und dem System parametriert werden ! Mit einem referenzierten Turm ist dann aber die Position und sein Winkel nach einer Turmdrehung eindeutig. Der Roboter muß nicht zwei Positionen nacheinander abfahren.

nee, müssen sie nicht, Wenn der Roboter seine Raddrehung zählt zwischen Position 1 und 2 kann er per Winkeldifferenz zur Bake deren Position in der Fläche relativ zu sich selbst berechnen inklusive Entfernung.



Der Rest ist dann nur noch GAGA HühnerHof AG und Pythagoras.

anders geschrieben:

G A G A
----------
H H A G

Sin, Cos, Tan, Cotan


Was den Standby der Baken angeht, ist das doch weiter kein Problem die Kommunikation per IR bidirektional zu machen. Hab IR-Kommunikation für n Projekt mal gemacht, ist nicht weiter schlimm.

Habe einfach per UART Bytecodes gesendet, die Modulationsfrequenz 38kHz hab ich per Timer vom µC realisiert. Man muss nur drauf achten, dass man die UART invertiert, am Einfachsten per Sourceschaltung mit nem FET, z.B. BSN20.
Für die Unterscheidung was nun Master und was Slave ist hab ich die Paritätsbits verwendet, der Master hatte even, der Slav odd. Ergo, wenn n Byte empfangen wurde und die Parität stimmte nicht, dann wars die Gegenstelle. Stimmte die Parität war es eben n anderer Slave. Per URXC-Interrupt kann man auch gut nen µC aus dem Sleepmode holen.
Empfangsbaustein war ein besagter TSOP, der macht die Demodulation selber.

Bei dem Röhrchen wäre eben nur darauf zu achten, dass das Material auch nicht IR-transparent ist und auch möglichst IR gut dämpft wegen Reflektion an den Innenwänden.

Besagte Kommunikation lief ohne viel Kunstwerk auf 9m stabil mit 2400 Baud.

[inka]

Hallo allerseits,


ich melde mich nun um über ein paar änderungen / verbesserungen an der bake 1.0 zu berichten:

es ist immer noch „nur“ eine IR-bake, folgende änderungen sind eingeflossen:

• NE556 als ersatz für die zwei NE555
• alles auf einer platine
• nur noch drei IR-LEDs
• der blinker ist nicht mehr als platine steckbar, per jumper aber abschaltbar
• die 36kHz baugruppe ebenfalls per jumper abschaltbar
• 3 IR-LED sind in reihe (ohne vorwiderstände), 3 IR-LED parallel (mit vorwiderständen) aufgebaut, beide LED gruppen sind für testzwecke um- und abschaltbar

die stromlaufpläne (alt & neu)


auf die nachfolgenden verbesserungsvorschläge (post 112, Besserwessi) möchte ich detailierter eingehen.Und auch fragen stellen ...Es hat nicht alles so wie vorgeschlagen geklappt, es kann aber durchaus sein, dass ich etwas missverstanden habe...

Bei einer 5 V Versorgung kann man je 2 (ggf. sogar 3) IR LEDs in Reihe schalten - das spart Strom und macht keinen extra Aufwand.

hier musste ich feststellen, dass das nur teilweise zutrifft. Um die leistung der LEDs zu variieren kann man hier nur mit „ganzen“ LEDs arbeiten, die möglichkeit mit vorwiderständen in verschiedenen größen zu arbeiten steht nicht zu verfügung. Bei der ausführung hier (siehe stromlaufplan) funktioniert es, die LEDs sind aber nur auf maximal 30cm für den IR-empfänger sichtbar.

Das Tastverhältnis für die IR LEDs sollte deutlich kleiner als 50% sein - eher so 25 %. Bei gleichem Impulsstrom für die LEDs gibt das 50% an Stromverbrauch bei 70% der Signalstärke, oder alternativ 70% des mittleren Stromverbrauchs bei der gleichen Signalstärke.

Da meine bake an einerm steckernetzteil hängt ist wie in der ausführung oben der stromverbrauch eher zweitrangig, am tastverhältnis wird – abhängig auch von der empfangs- und erkennungssoftware – noch gearbeitet...

Die IR LEDs sollten eine extra Abkopplung von der Versrogung bekommen (Widerstand und ELKO) um die Rückwirkungen auf den Rest der Schaltung zu reduzieren.

Das habe ich nun überhaupt nicht verstanden: Wie beeinflussen der IR-LEDs die restliche schaltung? Wie müsste konkret die zusätzliche beschaltung aussehen?

Der 2N2222 ist mit den 5 oder 6 LEDs so auch etwas überfordert und braucht deshalb wohl den Kühlkörper. Mit weniger Widerstand an der Basis könnte er mehr Strom liefern und kommt ohne extra Kühlung aus.

der Q2 hat hier einen basiswiderstand von 2x 2.2 k in reihe. Bei nur einmal 2.2 oder bei 3.1k wurden die 22 ohm vorwiderstände der IR-LEDs heiß, bei dem 4.4k auch, aber nicht so sehr.
Bei der ersten version (5 IR-LEDs, 5 vorwiderstände a 22ohm) musste der strom in 5 vorwiderständen verbraten werden, jetzt müssten die drei, die jetzt vorhanden sind, einen gesamtwiderstand auch von ca. 100 ohm haben, oder? Wenn ich aber statt 22 nun 33 ohm einsetze, verrringere ich die leistung der IR-LED, oder? Hier bin ich noch – auch was die 5 bis 6 m entfernung betrifft – noch am testen...

Der Teil mit dem Blinker ist verdächtig: die Kopplung zum IR Sender sollte mit der LED nicht mehr Funktionieren.

beim ersten versuch die zwei NE555 durch einen NE556 zu ersetzen ließ ich die LED samt vorwiderstand weg – die schaltung funktionierte nicht. Bei meiner bauweise der bake war an eine fehlersuche nicht zu denken (zumindest ich hätte es nicht gekonnt)- also müll....
Beim zweiten versuch war die LED wieder dabei – und die schaltung des blinkers lief...Denke jeder was er will

Bei der LED sollten es auch mehr als 47 Ohm Vorwiederstand sein.

es sind nun 150 ohm

Alternativ könnte man die Kopplung über den Reset Eingang des NE555 machen - das geht auch ohne den Transistor.

. Bei dem umbau, den ich mir vorgenommen habe wollte ich nicht alles auf einmal ändern – never change a running system...


und so sieht die bake 1.1 aus: