Navigation mittels Triangulation

[Spurius]

Hey Oberallgeier,

danke, das ist mal ne ausführliche Erklärung. Ich denke aber, dass ich das besser gleich vektoriell angehe, weil sich das meiner Meinung nach leichter in einen µC implementieren lässt, ich meld mich dann auf jeden Fall nochmal, ob mit oder ohne Lösung...

[rockin_santa]

Hi Spurius,

ich knobel auch gerade an der Ortsbestimmung in der Ebene über mehrere Baken. Allerdings sagt mir die Laufzeitmessung mehr zu als die Winkelmessung, da mein Bot dann keine Suchdrehungen vollziehen muss.
Ich habe mir aber auch über dieses Problem meine Gedanken gemacht und ich würde es anders realisieren. Ich würde einen Magnetfeldsensor nehmen, um die "absolute" Ausrichtung des Bots im (hoffentlich homogenen) Magnetfeld bestimmen. Dann eine Bake peilen und ich habe eine Standlinie, auf der ich mich befinde. Dann den Winkel einer zweiten Bake abnehmen und ich habe zwei sich kreuzende Geraden in einer Ebene. Zur Sicherheit kann ich dann noch weitere Baken hinzunehmen und mir dann 2 Standlinien herauspicken, die möglichst rechtwinklig zu einander stehen.
Da Du Baken aufstellst, nehme ich an, dass das Revier des Bots gleich bleiben wird. Dann kannst Du auch gut ein paar mal mit dem Magnetfeldsensor über den Platz rennen und schauen, wie homogen es ist. Evt. begrenzte Bereiche, an denen z.B. Kabel verlaufen, durch Odometrie befahren.

Das ganze Prinzip ist aus der terrestrischen Navigation geklaut

Vielleicht hilft es Dir ja

gruß

rockin_santa

[HeXPloreR]

hallo,

braucht man den wirklich ein magnetfeld dazu??...ist es denn nicht ausreichend wenn mindestens zwei IR-Baken (vielleicht unterschiedlich moduliert?) anwesend sind, die über einen festen nullpunkt (etwa an der fahrtrichtung->nach vorne gekoppelt) und sobald der sensor ein signal empfängt (1.signal) = winkel relativ zum nullpunkt; sucht er das andere (2.signal - ggf anders modulierte)...daraus werden dann zwei geraden errechnet deren "übrigens einziger"schnittpunkt in der ebene, der standpunkt ist...das einzige wofür nun noch eine dritte bake benötigt wird ist die situation das die zwei baken auch auf EINER geraden mit dem bot stehen könnten und somit eine einzige position nicht ausgegeben werden kann bzw sie quasi auf der gesamten geraden ist. Das problem lässt sich auch mit einer erneuten messung an einem anderen ort umgehen...allerdings stimmt es schon je größer der winkel in dem sie sich schneiden (relativ zum bot gesehen - steht er also zwischen den baken, nicht ganz auf einer geraden wird er es ausgeben können-->großer winkel...nur so in etwa genau 180grad sind eben ein problem). Wenn der bot dementsprechend ausserhalb beider baken knapp mit ihnen auf einer geraden steht, so erhälst du wahrscheinlich nur noch ein signal weil das andere verdeckt ist, und wenn du ein zweites bekommst ist der winkel einfach zu klein um ein eine annehmbare (reproduzierbare)position auszugeben.

Aus gründen des zeitverlustes zum erneuten messen sollte man also alleine dafür schon drei IR-Baken nehmen...wobei die erkennung von zweien ausreicht...

Damit ist das problem der Position ja schon mal erledigt!! oder nicht?

GPS sagt ja auch erstmal nichts über meine richtung aus...das wird nämlich erste dazu errechnet mit mindestens zwei GPS-Positionen... frage mich immer wozu ich ein magnetfeld messen sollte, wo ich doch schöne baken setze? Irgendein ziel muß ich ja auch irgendwie bestimmen damit eine position ihren sinn erhält....aber zu sagen das mein ziel im norden liegt ( also es sei denn natürlich es ist denn wirklich so) versteh ich persönlich irgendwie nicht, dazu braucht es dann aber keine baken mehr...

Das system der terrestrischen Navigation beruht auf der erfassung einer position im dreidimensionalen raum (H x B x T ; X Y Z/-X-Y-Z) hier mal kugel (nicht Google) genannt ...welche dann mit vorliegendem karten material verglichen werden muß..und erst mindestens eine wiederholung mit änderung lässt eine navigation --> also richtungsbestimmung zu

mfg

[HeXPloreR]

nochmal eine frage: wenn ich zwei punkte male (baken) dadurch geraden ziehe, die sich in der mitte...sagen wir mal auf einem einfachen blatt papier...kreuzen, und das mein standort sein soll bzw des objekts...wieviele schnittpunkte ergeben sich dann nochmal genau bzw welche kann ich denn dann als unbrauchbar rausrechnen?? (<-- das ist die frage)...meine ja nur wenn ich von der zahl "1" nicht weniger als "1" runterrechnen wollte, wo lande ich denn dann...und wenn ich ja nur eine "1" habe weil ja auch nur "1" mal ein objekt das ich bestimmen will, warum sollte ich überhaupt die wahl zwischen mehreren positionen haben...wenn ich allerdings mehrere positionen errechnet habe (durch oben genannte mehrere messungen) dann kann man sie grafisch verbinden um eine wegstrecke zu erzeugen.

mfg

[rockin_santa]

Hallo HeXPloreR, ich arbeite mal die Fragen der Reihe nach ab;

braucht man den wirklich ein magnetfeld dazu??

Nein, nicht zwingend, allerdings reicht es nicht, den Winkel zwischen zwei Objekten zu messen, um damit einen Ort zu bestimmen. Man erhält dann einen Kreisbogen zwischen beiden Objekten, auf dem man sich irgendwo befindet. Gut, dann machen wir es auch noch zwischen zwei anderen Objekten, dann hat man zwei sich schneidende Kreisbögen. Technisch und mathematisch zumindest möglich. Hat man die Position, kann man dann auch die Roboterausrichtung im Raum über das Peilen einer Bake berechnen.
Ich persönlich finde den Ansatz mit dem Kompassmodul einfach attraktiver, da es sicherlich weitaus weniger mathematischer Aufwand sein wird und das Magnetfeld gibt es ja schon gratis dazu. Desweiteren hat man eine zweite unabhängige Größe, die man zusätzlich verwenden kann, um eventuelle Fehlmessungen zu erkennen. Wenn die Magnetfeldausrichtung nicht mit der Peilung der Objekte übereinstimmt, wird der Ort falsch berechnet sein. Man muss hier allerdings berücksichtigen, dass das tatsächliche Magnetfeld nicht zu 100 % homogen ist und jeder Bot ein Eigenmagnetfeld mit sich herumfährt. Erschwerend kommt noch hinzu, dass sich dieses über die Zeit hin verändern kann, wenn man ein magnetisches Chassis hat.

...ist es denn nicht ausreichend wenn mindestens zwei IR-Baken (vielleicht unterschiedlich moduliert?) anwesend sind, die über einen festen nullpunkt (etwa an der fahrtrichtung->nach vorne gekoppelt) und sobald der sensor ein signal empfängt (1.signal) = winkel relativ zum nullpunkt; sucht er das andere (2.signal - ggf anders modulierte)

Das man die IR-Baken unterschiedlich moduliert, ist sowieso nötig, um sie auseinander halten zu können.
Deine Idee, einen festen Nullpunkt mittels Baken zu setzen, habe ich nicht ganz nachvollziehen können. Aber wenn ich das richtig verstehe, glaube ich, der Ansatz funktioniert so nicht:
Bei zwei Baken in Reihe kann ich nur dann meine eigene Ausrichtung messen, wenn ich mich auch auf der Geraden befinde.
Eine Bake anpeilen, und den Bot dabei drehen reicht auch nicht, da sich diese ja irgendwo in der Nähe befindet und ich verschiedene Ausrichtungen habe, wenn ich mich in verschiedenen Ecken aufhalte. Angenommen, Du könntest einen Kirchturm in einiger Entfernung nehmen, würde es gehen, da sich die eigene Ausrichtung nur unwesentlich verändert, wenn der Bot über den Rasen bügelt.

Aus gründen des zeitverlustes zum erneuten messen sollte man also alleine dafür schon drei IR-Baken nehmen...wobei die erkennung von zweien ausreicht...

Richtig, und dann schon im Vorfeld auswählen, welche beiden Geraden das genauere Ergebnis liefern.

Damit ist das problem der Position ja schon mal erledigt!! oder nicht?

Genau, was fehlt ist die eigene Ausrichtung in der Ebene. Diese ist dann über das Peilen einer Bake errechenbar.

GPS sagt ja auch erstmal nichts über meine richtung aus...das wird nämlich erste dazu errechnet mit mindestens zwei GPS-Positionen...

GPS ist ein Verfahren, dass nur mit Laufzeitmessung arbeitet. In der Tat bekommt man nur den eigenen Ort, nicht aber die eigene Ausrichtung. Deshalb greift ein Schiff ja auch auf den Kompass zurück. Will man nämlich losfahren, muss man erst wissen, wohin. Beim Navigationssystem wird mittels zeitlich versetzter Messung die Ausrichtung ermittelt. Hier geht es auch, da man beim losfahren eh als Mensch visuell "navigiert", bis das Navi die Ausrichtung hat.

frage mich immer wozu ich ein magnetfeld messen sollte, wo ich doch schöne baken setze? Irgendein ziel muß ich ja auch irgendwie bestimmen damit eine position ihren sinn erhält....aber zu sagen das mein ziel im norden liegt ( also es sei denn natürlich es ist denn wirklich so) versteh ich persönlich irgendwie nicht, dazu braucht es dann aber keine baken mehr...

Wie gesagt, bei Winkelmessung von Baken ist eine Magnetfeldmessung nicht nötig. Man reduziert nur den mathematischen Aufwand. Für mich persönlich attraktiv, andere sagen sicherlich "Hey, was ne schöne Herausvorderung, das schaff ich".
Die Magnetfeldmessung dient ja auch nur der Bestimmung der Eigenausrichtung. Peile ich den relativen Winkel zwischen zwei Baken erhalte ich einen Kreisbogen, peile ich den relativen Winkel zwischen der Nord-Süd-Achse und einem Objekt erhalte ich eine Standlinie. Zwei sich kreuzende Standlinien ergeben genauso einen Ort wie zwei sich kreuzende Kreisbögen. In einem Fall brauche ich mindestens 3 Baken, im anderen Fall reichen mir 2 plus die eigene Ausrichtung. Im Idealfall.

Das system der terrestrischen Navigation beruht auf der erfassung einer position im dreidimensionalen raum (H x B x T ; X Y Z/-X-Y-Z) hier mal kugel (nicht Google) genannt ...welche dann mit vorliegendem karten material verglichen werden muß..und erst mindestens eine wiederholung mit änderung lässt eine navigation --> also richtungsbestimmung zu

Ja und Nein, natürlich befindet man sich bei der terrestrischen Navigation im Raum, allerdings ja auf der Oberfläche der Kugel (Wasser), weswegen es eine Navigation in der Ebene ist. Ich spreche hier von der Seefahrt, bei der Luftfahrt wird glaub ich hauptsächlich mit elektronischer Navigation (Funkpeilung, Laufzeitmessung) und dem Sichtflug gearbeitet.

nochmal eine frage: wenn ich zwei punkte male (baken) dadurch geraden ziehe, die sich in der mitte...sagen wir mal auf einem einfachen blatt papier...kreuzen, und das mein standort sein soll bzw des objekts...wieviele schnittpunkte ergeben sich dann nochmal genau bzw welche kann ich denn dann als unbrauchbar rausrechnen?? (<-- das ist die frage)...meine ja nur wenn ich von der zahl "1" nicht weniger als "1" runterrechnen wollte, wo lande ich denn dann...und wenn ich ja nur eine "1" habe weil ja auch nur "1" mal ein objekt das ich bestimmen will, warum sollte ich überhaupt die wahl zwischen mehreren positionen haben...wenn ich allerdings mehrere positionen errechnet habe (durch oben genannte mehrere messungen) dann kann man sie grafisch verbinden um eine wegstrecke zu erzeugen.

Ich weiss nicht genau, ob ich diese Frage richtig verstehe, ist etwas unklar vormuliert. aber ich versuch es mal:
Also angenommen, Du hast einen Haufen gut plazierter Baken und Dein Bot sitzt irgendwo dazwischen. Dann bekommst du ja bei der Winkelmessung sich kreuzende Linien (oder Kreisbögen, allerdings kann man sich das mit den Geraden wohl besser vorstellen), den so genannten Standlinien. Da reichen 2 Geraden zur Positionsbestimmung, idealer Weise. Stehen die Baken ungünstig, sollte man andere anpeilen. In jedem Fall steht der Bot aber erstmal auf der Stelle und es kreuzen sich alle Geraden in einem Punkt. Ich würde so vorgehen, dass ich am Anfang 3 oder gar 4 Standlinien ermitteln lasse und der Bot sich die beiden herauspickt, deren Winkel zueinander am nahsten an dem idealen Winkel von 90° herankommt. Die übrigen soll er wieder vergessen. Es bleibt aber eine Position, egal wie viele Standlinien ich übereinander lege. Man hat nicht die Wahl zwischen mehreren Positionen sondern nur zwischen mehreren Baken um die genauesten Messungen zu wählen.
Um die Verwirrung komplett zu machen: Genau genommen ergibt sich bei mehr als zwei Standlinien kein Punkt, sondern ein Dreieck. Dieses resultiert aus Messungenauigkeiten und ist praktisch nicht zu verhindern. In der Navigation wird es deswegen auch Fehlerdreieck genannt und man sagt, dass der Mittelpunkt dieses Dreiecks der angenommene Standort ist. Es ist genau genug und ich wage zu behaupten, dass der Schnittpunkt zweier Standlinien einem Bot genau genug ist, trotz Meßungenauigkeiten.

Macht man während des Fahrens des Bots mehrere Messungen so kann man graphisch diese verbinden und erhält die Kurslinie.


So, ich hoffe , Du konntest etwas mit den Antworten anfangen.

Gruß

rockin_santa

[HeXPloreR]

hey rockin_santa,

wow das ja mal was ...so schlecht liege ich ja garnicht mit meinen ausführungen

Aber nur noch mal zum verständnis, ich dachte mir das mit dem "eigenen nullpunkt" in etwa so:

wenn ich also annehmen kann mein wert für eine position die der sensorservo hat auf dem der sensor montiert ist, genau nach vorne in fahrt/laufrichtung (wo bei eine gezogene gerade durch die längsachse der objekts verläuft - 1. gerade) zeigt wäre 90°, weil er sich ja dreht (ca 180° nehm ich mal weils sich gut rechnet damit)...dann wäre die linke maximale ausrichtung 0° und die rechte 180°. Wenn ich nun da irgendwo drin stehe, idealer weise würde ich mit diesem aufbau auch noch die 180° wo die baken stehen abdecken, dann würde sich mein sensor von der mitte nach (hier mal) links drehen dabei ein signal einer bake empfangen, deren wert wäre also zwischen 0-90°, wenn ich jetz also genau wüßte um wieviel grad sich der sensor bis zum empfang verstellt hat, hätte ich den ersten winkel damit ja relativ zu der ersten geraden - wo bei es keinen unterschied macht ob ich den kompletten linken anschlag ausgenutz habe, weil ich ja moduliertes IR-licht verwende und entweder eine doppeltmessung der gleichen bake dadurch verhindern kann/verwerfe oder beim rücklauf nochmals entgegenkommend messe...wobei man diesen wert besser noch mit verarbeitet um zu mitteln...nun dreht sich der sensor nach rechts, über den nullpunkt der ja eigentlich 90°ist, ab da beginnt dann auch erst die nächste winkelmessung bis er die nächste bake trifft da auch wieder für die genauigkeit bis zum anschlag messen und dann zurück--->messwerte mitteln, und wieder haben wir einen winkel relativ zur "90°nullgeraden". fahre ich jetzt vor und wiederhole das ganze, bekomme ich die besagte kurslinie, bis ich nicht mehr mit einem sensor messen kann, weil ungünstige position ...dann lohnt es sich den ersten "90°nullpunkt samt servo um 90° grad nach rechts zu drehen und darüber einen zweiten der dann den linken bereich erfasst, damit habe ich dann sogar die möglichkeit parallel zu rechnen und spare mir eine gewissen rechenzeit. weiterhin besteht das problem wenn man genau in reihe mit den baken steht, allerdings nur wenn sie wirklich einfach im raum anstatt in den ecken stehen. da hilft es nichts...entweder dritte bake, oder eine einrechnung der vorhandene zwei in eine "null-nix-zu-messen-nicht anhalten-zone" ...das wäre zum beispiel für jeden durchgang (wenn man die baken denn mal zum spaß verschieben möchte) eine neue, sobald errechnet 2. feste gerade....

Okay es macht auch sinn ggf wie bei turnieren eine definierte baken anordnung zu wählen denn es bezieht sich die position ja nur auf die ebene in relation zu den baken, und es nutz mir nichts wenn ich vorher kein "spielfeld mit zielen" vorgegeben habe (und deshalb bräuchte ich kein Magnetfeld messen)...aber wie schnell oder langsam das ist steht außer frage...dennoch kann ich damit sehr gut meine position bestimmen. ich kenne mich da nicht so aus aber wird ein ziel nicht auch eventuell durch eine speziell modulierte IR-quelle gesetzt...oder schwarze linie oder durch graustufen...aber das ist ja wieder was völlig anderes...



mfg

[HeXPloreR]

@ rockin_santa...ach ja, das hier ist nicht mein thread...aber danke schön nochmal...hoffe Spurius hilft es auch weiter ...und sorry, bin neu habe es noch nicht so drauf mit den zitaten

[rockin_santa]

@HeXPloreR

Arg, ich glaube, in Deinen Gedankengängen ist irgendwo der Wurm drin. Du mischst hier auch zwei unterschiedliche Themen, was mich etwas verwirrt. Das eine ist die Vorgehensweise der Peilung. Die lasse ich hier mal aussen vor, da wir bei der hiesigen Diskussion über die Navigationsmöglichkeiten bisher davon ausgehen, dass wir schon genau genug Baken peilen können.

wenn ich also annehmen kann mein wert für eine position die der sensorservo hat auf dem der sensor montiert ist, genau nach vorne in fahrt/laufrichtung (wo bei eine gezogene gerade durch die längsachse der objekts verläuft - 1. gerade) zeigt wäre 90°, weil er sich ja dreht (ca 180° nehm ich mal weils sich gut rechnet damit)...dann wäre die linke maximale ausrichtung 0° und die rechte 180°. Wenn ich nun da irgendwo drin stehe, idealer weise würde ich mit diesem aufbau auch noch die 180° wo die baken stehen abdecken, dann würde sich mein sensor von der mitte nach (hier mal) links drehen dabei ein signal einer bake empfangen, deren wert wäre also zwischen 0-90°, wenn ich jetz also genau wüßte um wieviel grad sich der sensor bis zum empfang verstellt hat, hätte ich den ersten winkel damit ja relativ zu der ersten geraden - wo bei es keinen unterschied macht ob ich den kompletten linken anschlag ausgenutz habe, weil ich ja moduliertes IR-licht verwende und entweder eine doppeltmessung der gleichen bake dadurch verhindern kann/verwerfe oder beim rücklauf nochmals entgegenkommend messe...wobei man diesen wert besser noch mit verarbeitet um zu mitteln...nun dreht sich der sensor nach rechts, über den nullpunkt der ja eigentlich 90°ist, ab da beginnt dann auch erst die nächste winkelmessung bis er die nächste bake trifft da auch wieder für die genauigkeit bis zum anschlag messen und dann zurück--->messwerte mitteln, und wieder haben wir einen winkel relativ zur "90°nullgeraden". fahre ich jetzt vor und wiederhole das ganze, bekomme ich die besagte kurslinie, bis ich nicht mehr mit einem sensor messen kann, weil ungünstige position

Wenn ich Dich richtig verstehe, willst du die eigene Längsrichtung des Bots als Referenzgerade nehmen, von der Du aus den Winkel zwischen dieser Geraden und der Geraden, die durch die Bake und den Winkelsensor geht, bestimmst. Dann kennst Du aber nur den Winkel zwischen den beiden Geraden, die durch je eine Bake und deinen Winkelsensor geht. Deine 90° Nullgerade ist aber keine Referenz, mit der Du rechnen kannst, weil die Ausrichtung Deines Bots nicht bekannt ist. Hierfür hätte ich ja dann den Magnetfeldsensor genommen. Ohne diesen hast du dann ja nur den besagten Kreisbogen.
Ich versteh nicht ganz, wie Du dann schon losfährst, ein Bot hat zu diesem Zeitpunkt noch keine Position ermittelt.

Okay es macht auch sinn ggf wie bei turnieren eine definierte baken anordnung zu wählen denn es bezieht sich die position ja nur auf die ebene in relation zu den baken, und es nutz mir nichts wenn ich vorher kein "spielfeld mit zielen" vorgegeben habe (und deshalb bräuchte ich kein Magnetfeld messen)...aber wie schnell oder langsam das ist steht außer frage...dennoch kann ich damit sehr gut meine position bestimmen. ich kenne mich da nicht so aus aber wird ein ziel nicht auch eventuell durch eine speziell modulierte IR-quelle gesetzt...oder schwarze linie oder durch graustufen...aber das ist ja wieder was völlig anderes...

Also die jeweilige absolute Position der einzelnen Baken in der Ebene müssen bekannt sein. Aber es ist unerheblich, ob sie irgendwie geometrisch zueinander ausgerichtet sind. Idealerweise sollten sie weit von einander wegstehen.
Wie schon gesagt, ein Magnetfeldsensor ist nicht nötig, verringert aber den mathematischen Aufwand und ist eine zusätzliche Redundanz.

Du sprichts hier von Zielen. Was stellst Du Dir darunter vor? Aufgabenziele, wie z.B. einen Gegenstand finden?


Zur Mechanik noch ne kleine Anmerkung: Ich hätte meinen IR-Empfänger soweit abgeschirmt, dass ein möglichst kleiner Einfallswinkel besteht, ihm also Scheuklappen aufgesetzt. Das Ding auf einen Schrittmotor, der einen Schrittwinkel von höchstens 0,6° hat, montiert und munter drehen lassen. Somit hat man eine lineare Funktion zwischen den 360° eines Kreises und der Schrittanzahl einer Umdrehung. Ggf. kann man den Schrittmotor noch zusätzlich übersetzen.


Gruß

rockin_santa

[jeffrey]

nochmal eine frage: wenn ich zwei punkte male (baken) dadurch geraden ziehe, die sich in der mitte...sagen wir mal auf einem einfachen blatt papier...kreuzen, und das mein standort sein soll bzw des objekts...wieviele schnittpunkte ergeben sich dann nochmal genau bzw welche kann ich denn dann als unbrauchbar rausrechnen?? (<-- das ist die frage)...meine ja nur wenn ich von der zahl "1" nicht weniger als "1" runterrechnen wollte, wo lande ich denn dann...und wenn ich ja nur eine "1" habe weil ja auch nur "1" mal ein objekt das ich bestimmen will, warum sollte ich überhaupt die wahl zwischen mehreren positionen haben...wenn ich allerdings mehrere positionen errechnet habe (durch oben genannte mehrere messungen) dann kann man sie grafisch verbinden um eine wegstrecke zu erzeugen.

mfg

hi,
also 2 baken reichen nicht, es gibt unendlich viele punkte mit gleichem winkel zu beiden punkten (thales lässt grüßen).
mfg jeffrey

[oberallgeier]

... 2 baken reichen nicht, ... unendlich viele punkte ...

Da hätte dem Kollegen ein kurzer Blick in mein früheres, ausführliches Posting (hier, weiter oben) reichen sollen. Irgendwie scheinen mir Mäuse beim Hochscrollen etwas viel Widerstand zu haben . . .