.: Vinculum :. - Hexabot

[HeXPloreR]

Also Hanno,

ich denke wenn man eine Gerade oder einen Bahnkurve läuft, dann zählt alleine der nächste Punkt der von den Beinen angefahren werden soll.

Eigentlich ist es sogar egal ob der Bot eine Gerade läuft oder eine Kurve, wenn man die Kurve in kleine Strecken unterteilt "merkt" der das nicht mal wirklich.
Die Ausrichtung wohin der Roboter läuft hängt davon ab, ob sich das Koordinatensystem gedreht hat oder nicht. Das dreht sich also nur, um im Beispiel von mir zu bleiben, wenn man ihm einen Winkel vorgibt der der nächsten Steigung des nächsten Geradensegments entspricht. Jetzt dreht man das Koordinatensystem des Roboters dem nächsten Winkel entsprechend. Wenn man die Winkel Änderung danach wegschmeisst hat man keinen Bezug mehr zum Urschprung, deswegen muss der mindestens mit der bisherigen Winkeländerung aufgerechnet werden. Das würde die Bahnkurve der Körpermittelpunktes ergeben.
Daneben muss aber für jedes Bein auch eine Berechnung durchgeführt werden die die Beine zur Körperbewegung mitnimmt- also in die IK gegegben wird - da wäre dann auch der Abstand des Beines von Körpermittelpunkt wichtig. Jetzt stellt man entweder jedem Bein eine eigene Kurve für die Fußpunkte bereit, oder lässt je eine Beinseite auf nur einer Kurve laufen. Die beiden Kurven teilt man auch in die Anzahl der Segmente der Körperkurve.... wobei ich grade beim schreiben merke, die braucht man dann wohl auch nicht mehr... - also es ergeben sich mindestens zwei Kurven eine mit kurzen, eine mit langen Segmenten, die Segmentschnittpunkte werden mit Geraden verbunden und diese langen Geraden dürfen nun nicht länger sein als die maximale Schrittlänge eines Beines.
Wenn man jetzt den Winkel zum Zielpunkt berechnet hat, kann kann man darüber auch die Geradenteilstücke berechen entweder mit Drehung oder ohne, wichtig ist nur das die Beinberechnung davon weiß ob ein Drehwinkel vorliegt oder nicht - also ob schräg gegangen werden soll oder pro Geradensegment um den anteiligen Winkel mitgedreht wird.

Fazit: Zum Laufen würde ich zwei Geradensegmente aus n-Segmenten einführen, auf denen sich die Fußpunkte befinden, eine Radius wird bestimmt je nachdem wie stark die Kurve sein soll <= 90°; der Abstand des Fußpunktes zum Körpermittelpunkt wird bestimmt um den Abstand der Fußkurve vom Körpermittelpunkt und damit die Länge der Geraden auf der inneren sowie Äusseren "Kurve" zu erhalte.

Zeichen mal eine Kreis auf Deinen Koordiantensystem oben, mit einem Schnittpunkt im Startpunkt und einem im Zielpunkt - dann zeteilst Du das kürzer Kreissegment gleichmässig mit Geraden. Der Winkel alpha wird automatisch pro Gerade anteilig mit geteilt.

[HannoHupmann]

Eigentlich ist es sogar egal ob der Bot eine Gerade läuft oder eine Kurve, wenn man die Kurve in kleine Strecken unterteilt "merkt" der das nicht mal wirklich.

Schon richtig, aber irgendjemand muss ihm ja sagen, wohin der nächste kleine Schritt gehen muss. Also kommt wieder die Bahnkurve ins Spiel.

Worauf ich im Prinzip hinaus will lässt sich ohne Probleme als Mensch machen. Geh einfach zur Türe des Zimmers und dreh dich dabei einmal um 360°, danach läufst du mit Blick zur Wand zurück zum PC. Jeder bekommt das hin, sich durch den Raum zu bewegen und dabei um seine Achse zu drehen oder quer zu laufen mit dem Gesicht in eine bestimmte Richtung. Genau das Gleiche geht mit einem Hexa auch, wenn die Mathematik dahinter gut genug ist.

Jetzt stellt man entweder jedem Bein eine eigene Kurve für die Fußpunkte bereit...

Darauf läuft es hinaus und die Mathematik dafür gilt es zu entwickeln.

...oder lässt je eine Beinseite auf nur einer Kurve laufen

Wenn ich dich richtig verstehe, willst du in etwa das implementieren was auch ein Panzer macht. Er bewegt eine Seite schneller als die Andere (nur eben Ketten statt geraden Stückchen) bzw. bei dir länger und kürzer. Finde ich persönlich nicht besondern effizent, wenn man Beine hat. Bei meinem Phoenix² hatte ich bereit für jeden Fuss eine eigene Kurve, alles andere reduziert die Möglichkeiten doch schon sehr.

Im Prinzip ist meine Steuerungen für den Hexa in mehreren Ebenen angelegt:
1a Ebene: Inverse Kinematik: Es werden aus der Vorgabe die Winkel der Servos alpha beta gamma berechnet
2 Ebene: Inverse Kinematik: Position der Fussspitze im Raum bestimmt durch f(x,y,h)= alpha, beta gamma übergeben an die Ebene 1.
2 Ebene: Inverse Kinematik: Lage des Körpers, kippen um die Längs und die Querachse f(Q, L)=dh und Übergabe der daraus resultierenden Höhenänderung
3a Ebene: Bahnplanung Fusspitze: Schritt: Vorgabe der Kurve auf der die Fussspitze entlang läuft f(dx, dy, ddh) mit Übergabe an Ebene 2
3b Ebene: Bahnplanung Fusspitze: Rückführung der Fussspitze auf die Anfangsposition f(dx, dy, ddH)
4 Ebene: Bahnplanung Körper: Bewegung im Raum von Start zu Zielkoordinaten mit entsprechender Ausrichtung f(ddx, ddy, Teta, h)
5 Ebene: Bewegung im Raum: Erstellen von Zielsequenzen um finale Position zu erreichen.

Ebene 1 und 2 sind abgeschlossen, jetzt will ich 3 und dann 4 implementieren. Die höhere Ebenen geben die Vorgaben immer weiter an die unteren Ebenen. Später ist dann noch geplant, dass ein Gyro die Lage überwacht und die Werte an die Ebene 2 übergibt.
Ebene 5 wird später die Abstandssensoren auswerten und anhand von erkannten Hindernissen einen Weg ermitteln, der um diese Hindernisse herum führt. Diese Ziele werden an Ebene 4 übergeben, die daraus ableitet, wie sich der Körper bewegen muss, um die Ziele zu erreichen. In der Ebene 3 werden daraus die Schritte generiert für jedes Bein und an Ebene 2 übergeben. Diese muss dann aus der Lage des Körpers und den Schrittvorgaben die Position der Fußspitze berechnen, die es zu erreichen gilt. Diese Werte werden an die Ebene 1 übergeben, die daraus dann tatsächliche Servowinkel generiert.

Natürlich muss man das nicht so kompliziert und komplex aufbauen, man kann sich das Leben einfacher machen in dem man rotation und Bewegen unabhängig anlegt. Dann dreht sich der Roboter erst in die Richtung und läuft dann immer gerade aus, dreht sich wieder, läuft gerade aus und so weiter. So braucht man nur drehen und gerade aus laufen implementieren. Ebene 5 und 6 können mit einer Fernsteuerung vom Menschen übernommen werden.

In Ebene 6 stell ich mir vor, dass eine Zielpunkt auf einer Karte angegeben wird und dieser erreicht werden soll. Dazu überprüft der Hexa die Sensoren und läuft auf direktem Weg zum Zielpunkt, stößt er dabei auf ein Hindernis versucht er einen Weg außen rum zu finden. Optimaler weise erstellt er dabei noch eine Karte, auf der das Hindernis eingetragen wird. Ist nach umgehen des Hindernisses der Zielpunkt erreicht: Perfekt. Falls nicht versuch einen anderen Weg zu finden. In dieser oder noch höheren Ebenen kann der Roboter dann auch erkennen, ob z.B. ein Durchgang breit genug ist um ihn quer zu durchlaufen oder er sich erst auf längs drehen muss.

usw.


PS:
11.412.211.223.344.111 Ebene: Weltherrschaft!

[robin]

Die Lösung ist eigentlich ganz einfach, 12Divisionen und 5 Vergleiche.

Dein Roboter hat doch bestimmt eine Maximalgeschwindigkeit pro berechnungsschritt vorgegeben und bewegungsrichtung vorgegeben.
Also z.B. X,Y,Z maximal 5mm/Berechnung, alpha,beta,gamma je 5°/Berechnung.
Jetzt Teilst du deinen Zurückzulegenden Weg durch das Maximum der jeweiligen Bewegungsrichtung (temporär, der alte Wert wird weiterhin benötigt). Größter Teiler.
Danach bestimmst du das Maximum der Ergebnisse und Teilst deine Bewegungsrichtungen durch den zuvor bestimmten Teiler.

--> Dein delta, das du zurücklegen musst um eine gleichmäßige Bewegung zwischen A und B zu erreichen.

[HannoHupmann]

@robin, so einfach ist es leider nicht oder ich versteh deine knappe Erklärung einfach nicht.

Die Bewegung ist nicht von der Geschwindigkeit abhängig, die hat überhaupt nichts damit zu tun. Es geht um eine Strecke und nicht wie schnell die Strecke zurückgelegt wird.
Es gibt natürliche eine maximale Strecke die die Fussspitze zurück legen kann. Diese Strecke ist davon abhängig wie weit die Spitze vom Drehpunkt in der Hüfte entfernt ist und damit wie hoch der Körper des Hexas über den Boden gehalten werden soll. D.h. hier hat man es mit einer variablen Strecke zu tun.

Auch deine Erklärung beschreibt nicht, wie die Bewegung der Fussspitze als Ableitung der Gesamtbewegung des Roboters aussehen muss. Einfaches aufsummieren von dx, dy Schritten funktioniert leider nicht, solange nicht irgendwo vorgegeben ist wie dx und dy aussehen muss.

Zurück zum Problem:
Im Moment ist die Aufgabenstellung 4a und 4b zu implementieren. D.h. wie müssen die 6 individuellen Bahnkurven der Füße aussehen um alle Bewegungen des Hexas abzudecken. Also laufen in alle Richtungen + dabei drehen um jeden beliebigen Winkel oder um es weniger technisch auszudrücken: wie müssen die Bahnkurven aussehen um Walzer tanzen zu können!

[robin]

Warum willst du mit 6 verschiedenen Bahnkurven rechnen? Selbst für Geländegänge ist nur eine Manipulation von Z der einzelnen Beine nötig (in der Regel über Endschalter am Fuß gelöst).

In deiner Obersten Berechnungsebene (Ebene 4+) hast du ein starres Koordinaten System mit fester Ausrichtung im Raum, im prinzip eine Karte. Hier drauf bewegt sich dein Roboter als Vektor (Punkt mit Richtung/-en).
Den Sinn von ebene 3 versteh ich nicht, denn deine IK muss nur 2 Dinge kennen, die aktuelle Position und delta Werte für jede Richtung/Drehung um daraus die neuen Servowinkel zu errechnen.

So würde ich das machen:
5+ Ebene: Map erstellen, Kolisionserkennung, Autonomes Laufen im Raum über X verschiedene Punkte
4 Ebene: Bahnplanung Körper: Bewegung im Raum von Start zu Zielkoordinaten einer größeren Teilstecke P1 zu P2, danach P2 zu P3....
3 Ebene: Teilschritte aus Bahn von Ebene 4 Erzeugen in abhängigkeit von maximal geschwindigkeit.
2a Ebene: Inverse Kinematik: Position der Fussspitze im Raum bestimmt durch f(x,y,h)= alpha, beta gamma übergeben an die Ebene 1.
2b Ebene: Inverse Kinematik: Lage des Körpers, kippen um die Längs und die Querachse f(Q, L)=dh und Übergabe der daraus resultierenden Höhenänderung
1 Ebene: Servosignale Generieren

Machen wir mal ein kleines Beispiel:
Dein Roboter befindet sich im Koordinatensystem an Punkt P1=(0,0,0,0°) und soll über P2(10cm,10cm,0,60°) nach P3(20cm,10cm,0,60°) laufen, ob das ganze jetzt als Kurve oder Gerade ist, spielt erstmal keine Rolle. Das ist jetzt Ebene 5+ und gibt einen Weg vor, der abgearbeitet werden soll ähnlich einem GCode.

Ebene4 bearbeitet jetzt nur eine Zeile des "GCodes" gehe von P1 nach P2. Alle weiten Punkte sind für Ebene4 ersteinmal uninteressant.

Ebene3 arbeitet jetzt immer nur Teilstücke des Weges aus Ebene4 ab (man kann wohl Ebene 3 und 4 zu einer zusammenfassen). Die Größer der Teilstücke hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der z.B. die Strecke zurückgelegt werden soll (schleichen, Trap, galopp) oder die als Maximum definiert ist (durch geschwindigkeit der Servos und Mechanik). Die Geschwindigkeitsangabe besteht aus einer Strecke pro berechnung und einem Winkel pro berechnung (als beispiel mal 10ms pro Berechnung). Sagen wir 5mm/Berechnung und 1°/Berechnung. Ausgehend von einer geraden zwischen P1 und P2 bedeutet das einen Abstand von ~141mm /5 = 28 Berechnungsschritte. Für den Winkel werden aber 60 benötigt. Hier kann man um einen gleichmäßigen gang zu ermöglichen und sich nicht 32 Berechnungen lang am ende zu drehen, die Geschwindigkeit anpassen. Also 141mm/60=2,35mm/Berechnung. Das wäre dann der Teilschritt der Bahnkurve und wird als deltaX,deltaY,...deltaalpha an die IK übergeben.

Ebene2: Inverse Kinematik und Kontrolle ob Bein zurückgesetzt werden muss.

Ebene1: Winkel in Zeit umrechnen und PPM-Signal erzeugen.

Das ganze lässt sich natürlich noch verfeinern und z.B. Beschleunigungsrampen einbauen. Ebene 2 könnte man mit Sicherheit auch noch mehrfach unterteilen z.B. mit Schwerpunktberechnung etc.

So würde ich das auf jedenfall machen, hoffe das ist jetzt etwas verständlicher, wie ich das gemeint habe.

[HannoHupmann]

Im Prinzip reden wir vom selben, bis auf die Tatsache mit der Geschwindigkeit. Eine Wegstrecke wird nun mal nicht in Geschwindigkeit gemessen sondern in Länge und auch ein Winkel lässt sich sehr gut in eine Länge umrechnen. Es geht auch nicht darum ob der Hexa schnell oder langsam den Weg zurück legt, zumal die Servos alle mit gleicher Geschwindigkeit laufen müssen d.h. ich kann keinen schneller oder langsamer laufen lasse. Grundsätzlich kann ich für alle Servos die Geschwindigkeit rauf setzen, dann wird er schneller in allen Servos oder eben langsamer für alle Servos.
Ein weiterer Punkt ist, dass man den Servos nur Signale geben kann, aber keine Rückmeldung bekommt wo sie sich tatsächlich befinden. Abgesehen davon ist es das Gleiche.

an Punkt P1=(0,0,0,0°) und soll über P2(10cm,10cm,0,60°) nach P3(20cm,10cm,0,60°) laufen, ob das ganze jetzt als Kurve oder Gerade ist, spielt erstmal keine Rolle.

Leider geht es genau darum!

Die Schwierigkeit liegt nicht in der übergeordneten Theorie, sondern z.B. darin wie die Mathematik aussehen muss um den Roboter z.B. zu drehen. Nun ist drehen um den Mittelpunkt noch recht einfach, aber drehen um einen beliebigen Punkt braucht eben 6 unterschiedliche Bahnkurven. Bei reinen bewegungen schräg oder gerade ist es deutlich einfacher. Hier mal die Berechung von meinem Phoenix² Projekt, die hatte noch eine feste Vorgabe für die Höhe h!


Heute Nachmittag habe ich mal versucht die beiden Linien auf denen sich die Beine bewegen werden zu überlagern. Da sich allerdings das Koordinatensystem dabei mit dreht ist es rechnerisch ziemlich aufwendig die ursprüngliche Weglinie im neuen Koordinatensystem darzustellen. Soviel Rechenpower hat mein µC vermutlich nicht.

[robin]

Wenn deine IK richtig implementiert ist, dann ist eine Kurve auch nur die länge eines Kreisbogens immer auf X addieren und der Winkel um den gedreht wird. Wichtig, damit es eine Kurve wird, ist das beide Werte gleichmäßig reduziert werden.