Ultraschallsensor-Konzept gesucht - Vorschläge willkommen!

[AstroRobot]

Hallo zusammen,

vielen Dank zunächst einmal für Eure lebhafte Diskussion und Eure tollen Ideen!

Um die Verwirrung zu mindern habe ich Euch hier mal das Datenblatt hochgeladen. Es ist allerdings auf Chinesisch. Der momentan verbaute Laserscanner ist dieser hier: UST-10LX

Ich weiß, dass es einige wichtige Unterschiede zum hc-sr04 gibt. Allerdings ging es mir nicht um das finale Sensor-Setup, sondern mehr um eine generelle Idee zur Realisierung. Ob ich letzten Endes z.B. den Sensor um 1° oder 2° neige ist kein großer Unterschied. Mir geht es um eine generelle Idee zur Realisierung.


Ich finde die Idee mit den IR-Sensoren recht interessant. Ich habe hier noch einige rumliegen, fand diese aber zu instabil, als dass ich über einen ernsthaften Einsatz nachgedacht habe. Ich konnte die Volt-Distance-Kurve nur entweder im Nahbereich oder im Fernbereich exakt abbilden. Zudem waren deren Messungen sehr anfällig für Lichteinflüsse. Bei direktem oder auch indirektem Sonnenlicht war sogar überhaupt keine Messung mehr möglich. Mein Roboter muss allerdings so stabil sein, dass er auch vor einem Fenster vorbeifahren kann und dabei kein Fehlverhalten zeigt. D.h. ggf. muss ich hier zwei Sorten Sensoren für ein redundantes Messverhalten einsetzen?

Ich habe auch schon über den Einsatz eines RADAR-Sensors nachgedacht. (z.B. diesen hier: SMR-324 / SMR-334) Allerdings ist die Reichweite sehr groß und ich Suche eine Lösung für den Nahbereich (ca. 20cm bis 4m). Die großen Entfernungen deckt ja bereits der Laserscanner ab.

Des Weiteren bastle ich parallel an einer Lösung mit Intel Intel RealSense herum. Ich werde die Tage versuchen, meine R200 in ROS zu integrieren.

Jedoch wäre mir eine möglichst kostengünstige Lösung am liebsten. Habt Ihr vielleicht gute Erfahrungen mit den IR-Sensoren gemacht? Oder habt ihr andere Ideen?

Auch die Idee, den UR-Strahl zu kontrollieren gefällt mir. Kann ich so effektiv einer Interferenz der Sensoren untereinander entgegenwirken? Denn wenn ich die Sensoren abwechelnd betreibe wirkt sich dies negativ auf den Messzyklus des Gesamtsystems aus.

Noch eine letzte Anmerkung: Den von mir momentan eingesetzten Ultraschallsensor ist kein Muss. Ich habe noch diverse andere Modelle hier. Ggf. tausche ich diesen ohnehin im finalen Konzept aus.

Viele Grüße,
Astro

[i_make_it]

Auch die Idee, den UR-Strahl zu kontrollieren gefällt mir. Kann ich so effektiv einer Interferenz der Sensoren untereinander entgegenwirken?
Denn wenn ich die Sensoren abwechelnd betreibe wirkt sich dies negativ auf den Messzyklus des Gesamtsystems aus.

Mir sind keinerlei kostengünstige Sensoren bekannt die dahingehend geeignet sind.

Beim Selbstbau von US- und IR-Sensorsystemen. kann man Sender, möglichst mit Rundstrahlcharakteristik und mehrere Empfänger mit Richtcharakteristik kombinieren.
Man nutzt also das gegenseitige Stören als Feature, in dem man einen anstatt mehrere Sender nimmt und so zeitgleich verschiedene räumliche Abschnitte abdecken kann.

Da US-Kapseln erst mal anschwingen müssen und die meisten auf einer Resonanzfrequenz arbeiten, ist mit günstigen US-Kapseln kaum eine Frequenzmodulation (FM) möglich und den Burst zu zerhacken (Um so eine Adresse über Puls-pausen aufzuprägen) ist auch nicht mit entsprechender Geschwindigkeit drin.
Bei durchstimmbaren US-Kapseln ist FM möglich und auch ein komplettes FMCW System, das mit Mehrfachechos umgehen kann.
Aber auch die Empfängerkapseln die das dann auch wieder aufnehmen können sind teurer.

Die Probleme wurden in den 1980ern angegangen, aber sind halt heute durch LIDAR, RADAR und Bildverarbeitung für die Wirtschaft obsolet.
Bsp.: http://www.google.cd/patents/DE3701521A1?cl=de&hl=fr

Bei KFZ Abstandswarnern (Einparkhilfen), ist die gegenseitige Störung z.B. kein Problem, da die Störung nur einen zu kleinen Abstand vortäuscht. Dann hält der Fahrer halt an obwohl noch Platz ist.

[Defiant]

Laserscanner oder 3D Kamera ist schon ein Anfang. Mein Vorschlag wäre einen leg detector zu nehmen. Damit sollte die Unterscheidung Hindernis vs Fuß deutlich einfacher werden.

[AstroRobot]

Hallo Defiant,

das mit dem leg detector ist wirklich eine interessante Idee und sicherlich auch eine Überlegung wert. Da mein Roboter allerdings nur 30cm hoch ist, wird die seeded-Variante sicherlich schwer umzusetzen. Nichtsdestotrotz kann man auch mit der unseeded-Variante sicherlich einige Informationen gewinnen. Insbesondere auch in Verbindung mit eines Sensor Fusion Konzept.

Viele Grüße,
Astro

[Ceos]

als Idee vielleicht mal TOF Sensoren in Betracht ziehen

Die senden moduliertes Licht und werten das reflektierte Licht speziell aus um eine Abstandsinformation zu erhalten.
Vorteil ist, man kann mittels einfacher optischer Linsen bequem den Empfangsbereich tunen und die Hindernissgröße ist auch relativ irrelevant, solange es wenigstens etwas Licht reflektiert (das Betrifft auch den Boden, man müsset also eine art künstlichen Horizont haben damit man kein Licht vom Teppich oder so empfängt)

Außerdem kann man solche ToF Receiver praktisch selber bauen (Die geschwindigkeit und Auflösung wird nur etwas schlechter als bei den Integrierten Lösungen)
Fotoelement/Transistor + Kondensatoren + schnelle Analoge Schalter + µC mit differentiellem ADC

[AstroRobot]

Hallo Ceos,

vielen Dank für deinen Vorschlag!

Ja, ich stimme dir zu. Eine ToF-Kamera (wie z.B. die von mir untersuchte Intel RealSense) ist sicherlich eine sinnvolle Ergänzung meines Systems. Ich bin mir sicher, dass ich diese in nicht allzu ferner Zukunft einbinden werde. Hier lassen sich viele zusätzliche Informationen gewinnen und mittels Sensorfusion kann die Stabilität des Gesamtsystems deutlich erhöht werden.

Zunächst jedoch arbeite ich an einem Ultraschallsensor / LIDAR Konzept. Ich habe mich dazu entschlossen, die US-Sensoren in sich kreuzenden Bahnen anzuordnen. Dadurch erhalte ich eine höhere Genauigkeit, da ich Felder identifizieren kann, in denen sich die Detektionsbereiche der Sensoren überschneiden. Hier mal eine grobe Skizze:

Viele Grüße,
Astro

[Ceos]

die US-Sensoren in sich kreuzenden Bahnen anzuordnen

denk daran dass gleichzeitiges senden der Sensoren zur interferenz untereinander führt, die arbeiten schließlich mit echo laufzeit und wenn sensor 1 genau das gleiche brüllt (gleiche frequenz) weis sensor 2 garnicht ob es überhaupt sein eigenes echo ist, du brauchst also US Sensoren die immer abwechselnd abtasten oder du machst ein empfänger-array und einen einzigen sender

[oberallgeier]

.. ToF-Kamera (wie z.B. die von mir untersuchte Intel RealSense) ist sicherlich eine sinnvolle Ergänzung meines Systems ..

Hast Du die R 200 schon? Ist ja nicht wirklich günstig ! ? Ich liebäugle gerade mit den deutlich günstigeren, aber sicher leistungsschwächeren VL53L0X/ToF-breakout, die es bei Pololu (und anderen) - je Stück - für den Bruchteil gibt. Dort bin ich aber noch nciht über die maximale Messrate gestolpert - nur über die angegebene, gute Funktion von I²C bis 400 kHz.
Die Warnung von Ceos wegen der Interferenzen bei US kann ich nur bestätigen. Ich habe ein Pärchen, die krächzen in leicht unterschiedliche Richtungen - entsprechend der Keule aus dem Datenblatt. Zur Maximierung der Abtastrate werden die wechselweise so bedient, dass ich die Nummer zwei starte, >unmittelbar< bevor ich die Daten von der Nummer eins abhole und sinngemäß. Das klappt ganz gut, aber die Messsfrequenz ist dann statt rund 15 Hz nur noch gute 7,5 Hz. Deine Messanordnung "über Kreuz" mache ist gut, dieses System nutze ich auch um mich über untere Bereichsgrenzen etwas hinwegzuschummeln.