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Liebe Asuro-Fans,
nach der ersten erfolgreichen geradeaus-Regelung haben wir uns jetzt ein größeres Projekt vorgenommen. Weiß noch nicht, wie schnell wir dazu kommen, es umzusetzen. Ihr seid jedenfalls alle herzlich eingeladen, Euch zu beteiligen.
Übrigens haben unsere Kinder den Asuro "Robby" getauft. Deswegen heißt das Projekt "Robby will...."
Die Aufgabenstellung (Skizze siehe Attachment Robby1.gif)
Die Positionsdefinition am Robby (Foto siehe Attachment RobbyFoto.jpg)
Um die Aufgabenstellung lösen zu können, muss man dem Programm am Anfang die Startpostion P_START bekanntgeben. Ab dem Momment muss dann Robby aufgrund seiner Odometriedaten die aktuellen Koordinaten nachverfolgen.
Nimmt man an, dass die Zeit zwischen den Positionen P_0 und P_1 (siehe Attachment) so kurz ist, dass sich das Verhältnis der beiden Räderdrehzahlen nicht ändert, dann bewegt sich Robby entlang einer Kreisbahn.
Skizze dazu siehe Attachment Robby2.gif
Den Radabstand d kann man abmessen. Bei mir ist d=102mm.
Den gefahrenen Bogen b_1 für das rechte Rad und b_2 für das linke Rad muss man sich aus den Odometriedaten ausrechnen. Ich verwende den Zahnradaufkleber mit den 4 schwarzen Sektoren. Da sind es dann zwischen zwei Weiß/Schwarz-Übergängen 6mm, die Robby fährt.
Aufgabe ist es daher, zunächst die Koordinaten von Position P_1 aus den Koordinaten von P_0 und den Odometriedaten auszurechnen.
Skizze dazu siehe Attachment Robby2.gig
Aus den Geometrischen Zusammenhängen im Bild Robby2.gif kann man die Gleichungen (1) bis (5) hinschreiben und kann man die Werte g und h berechnen.
Berechnung siehe Attachment Robby3.gif
Hat zum Zeitpunkt t_0 Robby den Richtungswinkel Alpha_0, dann hat er nach seiner Kurvenfahrt den Richtungswinkel Alpha_1 = Alpha_0 - Beta,
wobei die Notation wieder aus dem Bild Robby2.gif entnommen ist.
Mit den Ergebnissen vom vorherigen Abschnitt, kann man somit die Positionskoordinaten P_1 = (x_1, y_1, Alpha_1, v_1) berechnen.
Siehe Gln. (18), (19), (13) und (16) am Attachment Robby4.gif
Sub-Projekt 1: Odometriedatenauswertung mit Zwischenwerten
Meiner Meinung nach wird die größte Herausforderung sein, die Odometriedaten so auszuwerten, dass die Koordinatenänderungen von Robby ausreichend genau mitverfolgt werden können.
Da Robby ja kein GPS besitzt haben wir das Problem, dass wir ja nie die abosulte Position messen können, sondern nur inkrementell mitrechnen können, sich die Fehler also aufintegrieren.
Es reicht daher wohl nicht aus, so wie bei der Geradeausregelung einfach nur die Weiß/Schwarz-Übergänge zu zählen, sondern wir müssen wohl auch Zwischenwerte aus den Odometriedaten auswerten.
Sub-Projekt 1 wäre daher:
Die Odometriedaten so auszuwerten, dass nicht nur in ganzen Weiß/Schwarzübergängen gezählt wird, sondern auch Zwischenwerte gemessen werden, um möglichst genau die gefahrenen Bogenlänegn b_1 und b_2 zu erhalten.
Input: Odomietriedaten
Output: möglichst genaues b_1 und b_2
Sub Projekt 2: Navigationsalgorithmus
Wenn man alles bisherige geschafft hat, dann beginnt der Spaß. Jetzt kann man sich überlegen, nach welchem Algorithmus Robby nach Hause findet.
Da wird wohl für den Anfang ein Primitiv-Algorithmus reichen:
1. Lenke so, dass Du in Richtung Ziel schaust und fahre richtung Ziel solange bis Du an einem Hindernis anstoßt (Fortsetzung bei 2.) oder das Ziel erreichst (Fortsetzung bei 3.).
2. Wenn Du an einem Ziel angestoßen bist, dann fahre eine Zufallszahl zwischen 100mm und 150mm zurück (um eine Endlosschleife zu vermeiden), dann fahre in einer Rechtskurve wieder nach vorne, solange bis Du wieder anstößt (Fortsetzung bei 2.) oder 3 Sekunden vergangen sind (Fortsetzung bei 1.) oder zu am Ziel angekommen bist (Fortsetzung bei 3.)
3. wenn Du am Ziel angekommen bist, bleibe stehen.
Als Beispiel siehe Skizze Robby1.gif
Klingt doch gar nicht so kompliziert. =D>
Gibt es wen, der das auch probieren will (oder schon probiert hat)?
nachdem er bei 2. gegen gestossen ist, rückwärts und wieder vorwärts gefahren ist, müsste er sich erstmal wieder richtung ziel drehen... er müsste also sehr exakt aufpassen, wo sein weg langging. dafür sind die sensoren der odometrie wahrscheinlich etwas zu ungenau.
Das ist ja gerade die Herausforderung bei dem Projekt, die Odometriedaten so einzusetzen, dass es funktioniert (ich schätze, dass man bei einer Anfangsentfernung von 5m das Ziel auf 50cm genau erreichen kann).
Die Schwarz/Weiß-Übergänge sind ja sehr genau. Das Problem ist, wie werde ich damit fertig, dass ich ja nicht immer genau bei einem Schwarz/Weiß-Übergang irgendwo anstoße, bzw. dass zumZeitpunkt t_1 nicht gerade bei beiden Rädern genau jetzt eine Schwarz-Weß-Übergang ist, sondern das Zahlrad wohl irgendwo dazwichen steht.
Das Problem mit den Übergängen würde ich nicht als das größte der ( vielen ) anstehenden Probeleme sehen. Die Frage ist u.a. wie soll die Kollisionserkennung funktionieren?
Hallo dorothea,
ist ja ne schwierige Aufgabenstellung, aber was soll's.
Amerkung zum Subprojekt 1:
Können wir als Einschränkung annehmen, dass wir nicht in allzu hellen Umgebungen fahren? Die Sensoren der Odometrie haben bei einem hohen Umgebungslicht eigendlich keine Funktion mehr, da der auswertbare Unterschied zwischen Hell und Dunkel extrem klein wird. Bei 'dämmerigem Umgebungslicht' ließen sich bestimmt 'Zwischenwerte' als Zähltakte erzeugen.
Als Auswertung hierzu habe ich mal die Excel-Liste OdoMittelReihe-ALLE.xls angehängt. Da sind von zig Messreihen die Ergebnisse von Hell- und Dunkel-Messwerten bei unterschiedlichstem Umgebungslicht zusammengefasst. (Links im Diagram sehr helles Umgebungslicht; rechts Dunkel => LD=Linker Sensor;Dunkle Stelle am Zahnrad / RH=Rechter Sensor;Helle Stelle am Zahnrad) Hier sieht man sehr gut, dass der Kontrast immer schlechter wird.
Genau zu diesem Problem habe ich, merkwürdigerweise heute, die Idee gehabt an den gedruckten Bildchen auf den Zahnrädern etwas zu ändern.
Die originale Anordnung zwischen der LED, schwarz/weiss-Reflektor und Sensor, ist nicht unbedingt optimal. (Die LED und der Sensor liegen nicht auf der Achse, sondern liegen ca 4 mm darüber.)
Als Muster für einen (hoffentlich) besseren Kontrast habe ich mein noch nicht fertiges Arbeitsmuster schon mal angehängt. Hier ist noch nichts getestet. ihr sehe nur meinen ersten Entwurf!! (Ist für das linke Rad, Für rechts muss es gespiegelt werden.)
Amerkung (eher Frage) zum Subprojekt 2:
Warum möchtest du bei einer Ausweichbewegung im Bogen fahren?
Die Positionsberechnung wird dadurch doch nur unverhältnissmäßig schwieriger.
(sehe gerade, das stochri hier mal wieder schneller ist als ich. Sein Einwand hat natürlich wieder mal Hand und Fuss)
Hi,
sehr interessantes Thema!
Um zu sehen wie das mal aussehen könnte hier in interessanter Link mit einer Englischen Doku über die Odometrie.
http://geology.heroy.smu.edu/~dpa-ww.../imu_odo/#sec2
Wie wäre es wenn man eine kleine Abdeckung über die Odometer Sensoren anbringt, damit kein Licht von aussen eintreten kann. Somit wären wir wieder bei einem guten Kontrastverhältnis.
Bye Ulli
Hallo Sommer,
die Abdeckung ist schon angebracht. Hilft auch ganz gut, aber eben noch nicht in der Sonne.
Dann ist da auch noch die Idee, die Reflektionsmessung evl. durch eine Gabellichtschranke zu ersetzen. Dies aber würde einen Umbau mit Kosten und mechanischem Eingriff erzeugen. Deshalb werde ich zumindest hiervon absehen.
P.S.: Interressanter Link
Hi,
die Kosten für eine Gabellichtschranke sind nicht sonderlich hoch, jedoch ist der Umbau beim Asuro mit bisschen basteln verbunden.
Würde sich aber lohnen, denk ich. Wenn wir das IR-Licht Aufmodulieren z.B 38Khz sind wir auch wieder Tageslicht unabhängig.
Anstelle der normalen weißen fläche ist auch noch das aufkleben von Laserreflektorfolien denkbar, damit wäre das Kontrastverhältniss noch einiges besser. Die schwarze Fläche zusätzlich matt schwärzen mit Edding bringt bei ausgeblasten Encoderscheiben auch was.
Aber die schräge Anordnung von dir ist auf jeden fall sehr gut!!! Somit erreicht man sehr scharfe Übergänge.
Bye Ulli
Liebe Odometrie-Experten,
danke für Eure Antworten - ich komme leider nur am Wochenende dazu zu schreiben.
Zu stochri:
Warum ist die Kollisionserkennung ein Problem? Hätte gedacht, wir machen das über die Taster. Odometrie und Taster funktionieren ja hoffentlich gleichzeitig, oder?
Zu Sternthaler:
Danke für die Messwerte. Ich hätte da zunächst nicht den Ehrgeiz, dass es auch bei wechselndn Lichtverhältnissen funktioniert. Das wäre für mich erst der nächste Schritt, wenn alles sonst funktioniert.
Die neuen Zahnradaufkleber sind eine tolle Idee. Wenn ich das richtig verstanden habe, benötigt man dann aber auch zwei Sensoren pro Zahnrad -also einen Umbau vom Asuro.
Da ich nicht so eine Elektronikerin, sondern mehr die Informatikerin bin, wäre mein Ehrgeiz gewesen, die Hardware so zu nehmen wie sie ist, also den "Original-Asuro" ohne Änderungen (den Zahnradaufkleber würde ich gerade noch gelten lassen O:) )
Der Extremfall wäre ja sonst, gleich ein GPS in den Asuro einzubauen.
Aber gebe zu, dass das nur meine persönliche Meinung / persönlicher Ehrgeiz ist.
Gut ist natürlich auch Dein Einwand mit dem Bogen-Fahren. Meinst Du, dass wir einfach rechtwinklig fahren sollen? Das habe ich mit unserem Asuro noch gar nicht ausprobiert. So wie ich Dich verstehe, meinst Du, dass man nur ein Rad bewegt und das andere stehen lässt, bis man einen rechten Winkel gefahren ist - dann spart man sich die komplizierte Winkelfunktionenrechnerei und fährt einfach immer geradeaus.
Wäre O.K. für mich für eine erste Projektstufe. Wobei das dann recht trivial ist, weil dann auch die Schwarz/Weiß Übergänge reichen und man gar keine Zwischenwerte benötigt.
Zu Sommer:
Danke für den Link. Ist Interessant, dass die 0,5% der Fahrtstrecke als Genauigkeit angeben. Sieht so aus, als ob die 50cm (also 10%) von 5m mit der Bogenfahrt realistsich sind. Rechtwinklig, sollten wir wohl eher in die Gegend von 5cm-10cm (also 1-2%) kommen, wenn nicht zuviele Ausweichmanöver , also so ca. 3-5, dazwischen sind.
Ein Schwarz/Weiß übergang ist bei der 4-er-Beklebung 6mm Fahrtstrecke.
Wenn man auch Weiß/Schwarz-Übergänge nimmt, ist die Auflösung der Odometrie ohne Zwischenwerte 3mm. Damit hängt die Genauigkeit nur noch vom Schlupf der Räder ab. Also wäre es bei gutem Boden wohl möglich eine gerade Strecke von 5m auf ca. 0,5% genau zurückzulegen, wenn es gar keine Ausweichmanöver gibt.
Hat jemand von Euch Erfahrung mit dem Schlupf der Räder auf hartem Boden - ist der vernachlässigbar, also unter 1%?
---
So, jetzt gehe ich noch einkaufen - dann hoffe ich, dass ich dazukomme, einmal die rechtwinkelige Variante ohne Odometriezwischenwerte schnell zu programmieren (gemeinsam mit meinem Sohn oder meiner Tochter).
Melde mich wieder, sobald es funktioniert (oder ich mich wieder hilfesuchend an Euch wende :cry: )
Bis bald,
Dorothea
Hi,
empfehlenswert ist es, eine uralte maus zu zerlegen. dann hat man schöne billuge encoderscheiben und evt gabellichtschranken (meine waren nicht verwendbar).
ich bin auch grad dabei sowas zu programmieren. Jedochmöchte ich ein Programm "im hintergrund laufen lassen, was bei jedem (evt jeden 500erten) interrupt (von 2 radencodern) die aktuelle lage berechnet. also es werden immer dreiecke berechnet und ausgewertet.jedoch ist mein problem, wie mach ich das, wenn ich nicht perfekt gerade fahre, dann bekoomm ich einen kleinen versatz, der probleme bereiten könnte. ich hab ekeine ahnung wie ich den berechnen soll.
möglichkeit wäre das korrigieren der motorgeschwindigkeiten. lieber wär mir berechnung.
möglichkeit wäre nur am stand zu drehen. aber auch ungenau.
und was mach ich wenn ich kreise,kurven, elypsen ect fahre? meine mathematischen kenntnisse sind erst bei den winkelfunktionen. weiter noch nicht (falls es da was gibt was relevant ist).
ich brauch die odometrie, um nach einem best erreignis oder zeit zu meinem anfangspuktzurückzukehren zu können.
der schlupf ist zwar recht gering, mehr oder weniger vernachlässigbar. probleme sind aber die sensoren, die teilweise recht schwammige werte zurückgeben, und wenn ein oder zwei ticks ausfallen, dann kann ein rad 6 (bei betrachtung beider übergangsrichtungen) bzw 12 millimeter (bei betrachtung von NUR schwarz-zu-weiss oder weiss-zu-schwarz) vorfahren, ohne "bemerkt" zu werden. nun stell dir den asuro vor, und dreh ein rad 12 millimeter vor... das ist leider deutlich mehr als 1 prozent.
ausserdem zur kollisionserkennung:
die funktion pollswitch() gibt häufih schlechte bzw einfach falsche werte zurück. das liegt an den z.T. sehr hohen toleranzen der widerstände, am zu lang geladenen kondensator (c6 glaub ich, halt der der parallel zu den tastern liegt) und an großen massestörungen der motoren. könnte also schwierig werden.
die interruptgesteuerte auslese der taster scheint aber recht gut zu funktionieren.
über rechte winkel kannst du sehr viel lesen, wenn du im forum nach verschiedenen dingen wie "rechteck" oder ganz besonders nach "haus vom nikolaus" suchst.
Hier ist auch ein intressanter Link mit allen benötigten Berechnung zur Odometrie und deren Fehler:
http://robot.informatik.uni-leipzig....hepera/diffeq/
Mein Kumpel und ich haben solch ein Projekt verwirklicht. Mittels einer Kombination von US und IR Sensoren, Kompass und Radencoder lernt der Roboter selbständig seine Umgebung kennen. Die gewonnen Karte wird am PC simuliert. Dort kann man auch den Roboter direkt von Punkt A zu Punkt B klicken. Der kürzeste Weg wird mit Hilfe von dem a* Algo ermittelt und die Simulation fährt den Weg zeitgleich ab wie der Roboter in der realen Welt.
Gruss Hacker
/edit: Ich sehe gerade, dass es um den Asuro geht...Wir haben einen eigenen Roboter konstruiert. Der Link passt aber trotzdem gut.
Hallo Dorothea,Zitat:
Warum ist die Kollisionserkennung ein Problem? Hätte gedacht, wir machen das über die Taster. Odometrie und Taster funktionieren ja hoffentlich gleichzeitig, oder?
hierzu ein kleiner Tip: schreibe mal zum Test ein kleines Programm, welches die Tatenerkennung benutzt und beim auftreffen auf ein Hindernis zurückfährt. Lass den ASURO mal eine weile durch die Wohnung fahren und beobachte, was passiert ( so ein Programm gibt es auch schon irgendwo im Forum, ich weiss aber nicht wo ).
Ich habe zum Problem der Kollisionserkennung eine andere Lösung gefunden:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...c.php?p=214058
( der Quellcode befindet sich weiter unten im Thread ).
Wenn Du die beiden Lösungen vergleiichst, wird auch klarer, welche Probleme sich bei der Positionsbestimmung nach einer Kollision ergeben.
Gruss,
stochri
Danke für den Link.Zitat:
Zitat von stochri
O.K. jetzt weiß ich, welche Probleme Du gemeint hast.
(mein erstes Asuro-Programm war so ein Testprogramm mit Kollision - hatte mich damals gewundert, warum die Taster nicht immer ansprechen)
beeindruckend!Zitat:
Zitat von hacker
da waren Profis am Werk
...einerseits macht es mich ja stolz, dass meine Berechnungen als Amateur ja gar nicht so schlecht waren und dass sogar die Notation fast die gleiche ist,
...andererseits wird man wieder auf den Boden der Realität zurückgeholt, wenn man sieht, wie Profis das angehen. 8-[
Nein, die beiden Punkte stellen nur die vorhandene LED und den Sensor dar. Ich wollte nur eine andere Geometrie der Reflektoren haben, um die SW-Wechsel, bei der Drehung, 'als waagerechte Linie' in beide Komponeten (LED, Sensor) laufen zu lassen.Zitat:
Zitat von dorothea
Erforderlich ist dann nur, dass das Bild für die linke Seite einmal gespiegelt werden muss.
Rechtwinklig muss es ja nicht sein, ich dachte eigendlich nur an gerade Fahrstrecken und Drehungen auf der Stelle.Zitat:
Zitat von dorothea
Also, so wie du es schon vorgeschlagen hast.
- In Richtung Ziel drehen; gerade Fahren; Hindernis erkannt; Ein Stück Rückwärts; Drehung um beliebigen Winkel auf der Stelle; UND HIER AUCH GERADE FAHREN. ... Und weiter mit deinem Vorschlag
Gute Test's und viel Erfolg
O.K., jetzt weiß ich was Du gemeint hast. Soll dadurch der Kontrast stärker werden?Zitat:
Zitat von Sternthaler
Ich hatte mir ja ursprünglich vereinfach vorgestellt, dass die IR-Diode mit ihrer Lupe auf einen Punkt der Odometriefläche leuchtet und der Phototransistor mit seiner Lupe so ausgerichtet ist, dass er den selben Punkt misst. Wenn es ein unendlich kleiner Punkt wäre, dann wäre es egal, ob der S/W-Übergang senkrecht verläuft oder nicht.
So wie ich Deine Idee verstehe, ist dadurch, dass es sich in der Praxis nicht um einen Mess-Punkt, sondern um einen Mess-Kreis handelt, der ausgemessen wird, nicht egal ob der S/W-Übergang senkrecht vorbeikommt (=schnell) oder schräg vorbeikommt (=langsamer), da dadurch der Übergang von ganzer Kreis schwarz auf ganzer Kreis weiß länger als notwendig braucht.
Richtig verstanden?
Ja, genau so habe ich mir das gedacht. (Habe aber immer noch keinen eigenen Test damit gemacht, also bitte vorsicht, ob das überhaupt geht.) Zusätztlich will ich auch noch eine Blende in der Nähe der Zahnradscheibe anbringen, um da tatsächlich den Mess-Kreis auf einen möglichst kleinen Mess-Punkt zu bekommen. Ich bin mir anhand der Messdaten relativ sicher, dass die Beleuchtung durch die LED auch bei einem kleinen Mess-Punkt noch stark genug ist.Zitat:
Zitat von dorothea
Hallo zusammen, vor allem an dorothea wegen Frage nach der Kontrastverstärkung durch eine andere Reflektorgeometrie.
Mitterleweile habe ich es geschafft so eine Scheibe herzustellen und einige Tests zu machen.
Ich bin entsetzt, das da nix so richtig geht.
Folgendes:
1. Der Kontrast auf meinem Papier, bei meiner Druckerfarbe ist gleich NULL.
2. Male ich die schwarzen Flecken auf der selbstgedruckten Scheibe mit Bleistift nach, ist der Kontrast immer noch NULL.
3. Male ich dann mit einem Edding nach, ist der Kontrast, trotz angedachter Geometrie immer noch schlechter als die Originalscheibe.
Fazit: Ich bekomme durch diesen Ansatz keine besseren Informationen über die Position vom Asuro.
Anhang zu 1.: Messdaten in Excel: Ausdruck der geänderten Geometrie
Anhang zu 2.: Messdaten in Excel: Diesen Ausdruck mit Bleistift nachgemalt
Anhang zu 3.: Messdaten in Excel: Und noch ein bisschen Edding daraufgeschmiert.
P.S.: Zum Vergleich ist NUR die LINKE Seite mit meiner 'katastrophen-Scheibe' geändert worden.
Als nächstes habe ich eine Blende vor die die original-Scheibe gebastelt.
Sie ist als schräger Schlitz (ca. 1 mm breit) gestaltet und hat ungefähr den Winkel der original-Scheiben-Schwarz/weiss-Wechsel vor den Sensoren.
Diese Blende führte vor allem dazu, dass die Messwerte 'abgeschnitten' wurden. (siehe Anhang)
Unterm Strich hatte ich dort KEINE besseren Daten, die man zur Positionsbestimmung hätte nutzen können.
@dorothera
Kommst du mit deiner Aufgabenstellung weiter?
war auf Urlaub (schifahren), und die erste Woche nach dem Urlaub war sehr dicht - hoffe, dass ich bald wieder dazukomme, weiterzumachen.
Melde mich, sobald es News gibt.
Na, das hört sich so an als ob zum Glück allen Beine heile geblieben sind.
Frohes schaffen.
hi,
hier habt ihr ja jede menge verschiedene odoscheiben ausprobiert. Die reflexion ist aber mit unterschiedlicher anzahl der felder nicht besser zu bekommen, denke ich... Abgesehen davon, dass sich die aufgeklebten scheiben beim mir ablösen...
Vielleicht geht es ja mit "durchlicht"? Ich habe mir bei conrad auch den satz mit den 40 zahnrädern gekauft, kann also einige "schrotten". Ich nehme an, die vorhandenen sensoren gehen auch für den fall der normalen durchlicht-lichtschranke? Wieviel löcher sollte den die scheibe haben? 6? 8? 12? welchen durchmesser würdet ihr empfehlen? teilkreis würde ich so bei 20mm sehen...
danke für euere tipps...
habe auch zuerst an "edit" gedacht, ist aber in dem fall nicht so gut, weil nicht noch einmal benachrichtigt wird :-(
Ich bin schon dabei einen versuch zu machen: 8 bohrungen durchm 3mm, teilkreis ca. 17mm, hat sich irgendwie angeboten.
Wie ist es eigentlich mit den sensoren - kann ich die neuen paralell zu den alten hängen (die möchte ich nicht unbedingt auslöten, nur "verdunkleln", also nicht auswerten) - geht das?
hmm... das problem ist, die diode frisst strom, und der sensor lässt mmer etwas licht durch. dadurch werden deine werte wohl etwas verfälkscht. aber damit müsste man leben können.. sieh zu dass du die transistorech absolut dunkel machst, und dann versuche es mal...