IR-bake

[Dirk]

Hi inka,

nur kurz zu den Fragen:

1. Kegelreflektoren
Im Projekt von (Stephan Höhrmann) kann man das schön auf dem Titelbild sehen: Die US-Kapsel ist nach oben gerichtet, darüber liegt ein Kegel, der den US quasi horizontal in alle Richtungen in den Raum reflektiert.

2. Lichtkennung
Das war ein Vorschlag von Rabenauge: Der Roboter kann eine Bake per Licht (er hatte glaube ich IR vorgeschlagen) orten, damit man den US-Sensor in die Richtung der Bake drehen kann.

[Besserwessi]

Der Link zur Arbeit von Stephan Höhrmann ist interessant: die Intensität reicht da sogar mit 2 Kegelförmigen Reflektoren und das sogar mit einem einfachen Empfänger. Das vereinfacht die Sache natürlich deutlich, und erspart ein paar Vorversuche. Damit hätte man die Möglichkeit US rundum zu Senden und zu Empfangen. Das gerichtete Senden hätte man dann immer noch als Option für größere Reichweite, bzw. bei viel Hintergrundgeräusch. Wie gut die Empfängerschaltung auf den fertigen Modulen ist, muss man noch sehen. Wenn wider Erwarten das Modul zu schlecht ist, hätte man da schon mal einen Ansatz für den Eigenbau, wobei ich eher die Version hier aus dem RN-Wissen, mit variabler Verstärkung bevorzugen würde.

Der wesentliche Unterschied ist hier wohl das die Synchronisation hier wohl über IR statt Funk ablaufen soll (ist günstiger ?). Beim Senden in alle Richtungen wäre ich eher gegen die Reflexion an der Decke (geht draußen nicht), sondern eher für ein paar mehr Sendedioden + ggf. Optik und mehrere (3 oder 4) Empfänger Chips. Wenn der Bot in alle Richtungen IR sendet, muss ja auch nicht jede Bake jede Richtung empfangen, sofern die Baken unter sich verbunden sind. Für das eigentliche System macht es aber nicht viel Unterschied wie die LEDs ausgerichtet sind. Man wird wohl parallel zum US Puls ein IR Signal senden müssen, um die Empfänger synchron zu starten. Also wohl am Bot US + IR Senden und dann von den Baken ein Rücksignal (verzögert vom IR Signal - je Bake Unterschiedlich - mit der Zeitmessung oder der berechneten Position).

Die Alternative wäre sonst von den Baken US und IR im festen Takt zu senden (z.B. alle 100-200 ms eine Bake mit US, so dass etwa jede Sekunde alle einmal gesendet haben) und am Bot nur empfangt. Damit bräuchte man nur IR Kommunikation in eine Richtung, hätte aber eventuell mehr Stromverbrauch bei den Baken und halt immer ein Hintergrund Signal. Ob das wirklich mehr Strom ist müsste man sehen - nur US Senden kostet nicht viel, und man spart sich damit die meisten IR Empfänger an den Baken, die immer laufen müssten. Da könnte man auch überlegen das Signal zum US Senden extra zu erzeugen und zum Senden kein fertiges Modul zu nutzen. Als Vorteil würde das System auch für mehr als einen Bot Gleichzeitig gehen. Was einem damit aber weitgehend fehlt, ist aber die Orientierung des Bots. Das ginge ggf. mit einem Empfänger, der die Richtung bestimmen kann - ggf. als 2. , gerichteter US Empfänger.

[RolfD]

Manchmal hab ich das Gefühl, ihr lest meine Posts nicht...

Ich hatte bereits beschrieben und durchargumentiert, das es ein ungreichteter Schallimpuls und ein ungerichteter IR Impuls vom Bot kommend gleichzeitig gesendet werden muss... und auch schon beschrieben das 2 bis 3 "Baken" bzw. Empfänger für beides dann die Impulse aufnehmen.. um dann die Schall Laufzeit zu triangulieren!

Das ist ein simpeles Konzept was auf dem Bot mit einem Transistor, einer oder mehrere IR Dioden als Rundstrahler angeordnet und einem kleinen Hochtöner gesteuert von einem ADC portpin auskommt.. und an den Baken im Prinzip eine (bis zu 8) IR-Empfängerdiode (diese ganzen IR-ICs sind dafür ungeeignet) mit einer elektretkapsel + nf verstärker und einem Logik Board auskommt. Zusätzlich braucht man noch ein IR Sendediode an der Bake damit der Bot mit der Bake reden kann... und das wars schon! Was bitte ist daran kompliziert? Wo ist das Problem?

Fertige Ultraschallkapseln bündeln den Impuls viel zu sehr... und schicken zudem Impulspakete und keine Einzelimpulse ... wer das ignoriert hat das Funktionsprinzip nicht verstanden! Das gleiche gilt für fertige IR-Empfänger, denn sie reagieren im allgemeinen nicht auf einen "IR-Blitz" sondern ebenfalls auf Impulspakete!

Der Kegelreflektor ist zudem eine optionale Erweiterung, welche man auch auf dem Hochtöner anbringen könnte. Darüber diskutier ich aber erst wieder wenn ich den Aufbau soweit zusammen habe. Und das ist noch ein Punkt - ich habe gesagt das ich derzeit keine Gelegenheit habe, selbst was aufzubauen da ich nun erst mal 2 Wochen in Urlaub bin.

Und auch noch mal zur Orientierung des Bot: DIESES SYSTEM IST NICHT GEEIGNET UM DEN YAW WINKEL ZU MESSEN, das kann ein i2c-Kompas für 20 € auf dem Bot besser!

So ich bin dann mal weg!
Gruß

[Besserwessi]

Die Ultraschall-kapseln sind etwas stärker gerichtet als ein Hochton Lautsprechern - mit dem Reflektor in Kugel oder Kegelform macht das dann aber keinen so großen Unterschied mehr. Der wesentliche Unterschied ist dann mehr dass die Kapseln günstiger und kleiner sind, und wohl auch mit weniger Energie auskommen. Die Kapseln sind resonant, und könnte damit keine Einzelpulse senden, das sollte aber dennoch ausreichen für einen Auflösung beim Abstand von besser als 1 cm, ggf. auch 1 mm. Die Schwierigkeit ist halt die Erkennung der Periode, also Stufen von 1 Wellenlänge - wenn man die hat, ist der Fehler danach eher klein. Im Vergleich zur Messung in Reflexion hat man hier den Vorteil, das die Intensität nur vom Abstand abhängt, nicht mehr vom Reflektor. Damit wird die Auswertung der Pulspakete vereinfacht und auch mit den Kapseln sollten genaue Messungen möglich sein - ggf. braucht es halt für jeden Empfänger eine Kalibrierung. Ob dafür die Auswerteschaltung in den einfachen US Modulen taugt kann man probieren.

Die fertigen IR Empfänger arbeiten mit Pulspaketen, aber das ist nicht unbedingt ein Nachteil. Man kann auch damit eine genaue Synchronisierung erreichen - etwa bis in den Bereich von 1 Periode der Modulation (z.B. 40 kHz). Es gehört schon etwas Überlegung und wohl auch die Auswertung von mehr als einer Flanke dazu, aber an sich geht das. Ein Empfänger für IR pulse ist auch nicht so trivial, wenn man keine Verzögerung abhängig von der Signalintensität haben will. Auch ist das ein ganz schöner Aufwand im Vergleich zu einem, fertigen Empfänger, den man für < 1 EUR bekommt. Wenn man eine sehr hohe Auflösung (besser 1-10 µs) bei der Zeit haben will, wäre ggf. ein Eigenbau des IR-Empfängers hilfreich, aber auch da würde ich erst einmal testen wie gut es mit der einfachen Version geht. Den wirklichen Nachteil haben die fertigen IR Empfänger darin, das man kaum Information über die Amplitude bekommt. Das wäre ggf. interessant wenn man den Yaw Winkel sehr genau über einen gerichteten Sender (oder Empfänger) am Bot bestimmen will. Mit ein paar Abstrichen (etwas mehr Zeit, nicht ganz so genau) geht das aber auch mit den fertigen Empfängern noch.

Die Nutzung von Pulspaketen erlaubt auch einen besseren Schutz vor Störungen. Auch mit der Kombination Lautsprechern - Mikrofon wird man eher kurze Bursts senden, wenn auch eher eine etwas andere Form.

[Dirk]

Hi,

Manchmal hab ich das Gefühl, ihr lest meine Posts nicht...

Das Gefühl kenne ich!

DIESES SYSTEM IST NICHT GEEIGNET UM DEN YAW WINKEL ZU MESSEN

... wenn man den Yaw Winkel sehr genau über einen gerichteten Sender (oder Empfänger) am Bot bestimmen will

Wie gesagt: Richtig, solch ein System kann die absolute Drehrichtung (YAW) nicht messen. Wenn der Bot in gerader Linie in Bewegung ist, bekommt man nach mind. 2 Triangulationsergebnissen aber schon die Bewegungsrichtung und die ist bei gerader Vorausfahrt identisch mit YAW.

RolfD:

Das ist ein simpeles Konzept was auf dem Bot mit einem Transistor, einer oder mehrere IR Dioden als Rundstrahler angeordnet und einem kleinen Hochtöner gesteuert von einem ADC portpin auskommt.. und an den Baken im Prinzip eine (bis zu 8 ) IR-Empfängerdiode (diese ganzen IR-ICs sind dafür ungeeignet) mit einer elektretkapsel + nf verstärker und einem Logik Board auskommt. Zusätzlich braucht man noch ein IR Sendediode an der Bake damit der Bot mit der Bake reden kann... und das wars schon! Was bitte ist daran kompliziert? Wo ist das Problem?

Also wir hätten dann lt. RolfD:
==> Roboter:
- IR-Sender mit Rundumsicht
- US- oder Schallsender mit Rundumcharakteristik
- (Fehlt: IR-Empfänger???)

==> Baken:
- IR-Empfänger mit Rundumsicht
- US- oder Schallempfänger mit Rundumsicht
- IR-Sendediode mit Rundumsicht

Auch das war doch schon (z.B. von mir) vorgeschlagen worden, wobei ich für eine "universelle" Baken-Version nur ergänzt hatte:
- IR-Empfänger mit Rundumsicht auf dem Bot (muss ja, s.o.)
- US auch in die andere Richtung (Bot empfängt, Baken senden) optional vorsehen
- Lichtkennung der Bake optional

Dann könnten wir ja mit einem Schaltungsentwurf starten, oder inka?

[inka]

hi Dirk,

nett dass Du fragst ...

Ich würde sagen ja, wobei ich selbst schon ein wenig die übersicht verloren habe, was der letzter stand war und wer bei der diskussion nun das letzte wort hatte...

Um das alles nun sauber zu trennen habe ich am anfang vorgeschlagen zu diesem zeitpunkt einen neuen thread anzufangen und auch - ansatzweise - bereits einen artikel im RN-Wissen anzulegen. Auch um den stand beim entwicklungsstart festzuhalten, damit jeder weiss, welcher stand das war - und damit diese basis auch jederzeit erweitert, bzw. geändert werden kann...

Lieber Dirk, würdest Du das bitte übernehmen?

Als Du damals mich als projektleiter vorgeschlagen hast war das nett gemeint, aber inzwischen stolpere ich nur hinterher und komme mir wie jemand vor der zwar eine "wichtige" funktion innehat, aber ansonsten nur das aufschreibt was andere ihm sagen. In der industrie nannte man soetwas zun meiner zeit dort "frühstücksdirektor"...

Ich bin lesend und evtl. fragend und - wenn ich es kann - helfend immer noch dabei, am ende werden wir uns alle entscheiden müssen ob das entwickelte das ist was wir (jeder einzelne für sich) wollten und wieviel geld wir bereit sind dafür auszugeben...

In der zwischenzeit kostet es "nur" unsere zeit, sollte aber spassmachen...

[Dirk]

Hi inka,

Als Du damals mich als projektleiter vorgeschlagen hast war das nett gemeint,...

Das war wohl RolfD (siehe Post #123), aber ich habe dem natürlich auch gern zugestimmt und halte das weiter für sinnvoll, da du den praktischen Vorsprung mit einer eigenen Bake hast.

Tja, wie geht's weiter?
Ich bin da genauso ratlos wie du, vermute aber, dass wir eine gemeinsame Lösung weder letztlich alle wollen noch hinkriegen.

Ich merke bei verschiedenen Posts, dass die Kollegen teilweise eher selbst etwas ausprobieren wollen (z.B. RolfD nach seinem Urlaub) oder "nur" eine Art "Bastelanleitung" brauchen und dann alles im eigenen "Kämmerlein" so oder ganz anders umsetzen (z.B. Rabenauge), wieder andere beteiligen sich eher mit Grundlagen- und Wissens-Beiträgen, ohne dass klar ist, ob sie wirklich ein Bakensystem haben und nutzen möchten (z.B. Besserwessi).
Ich denke nicht, dass aus dieser Mischung ein Interesse für eine gemeinsame Hardware-Basis für eine Bake entstehen kann. Das soll keine Kritik sein, aber zu einem gemeinsamen Projekt gehört auch, sich wenigstens auf basale Fragen einigen zu können. Wenn das gelungen wäre, bräuchte es noch jemanden (=Projektleiter), der dann Vorschläge zur Schaltung macht, das Ergebnis dann irgendwann layoutet und bestellt.

Eine Möglichkeit wäre vielleicht noch einmal eine Rundfrage, wer daran interessiert ist, z.B. eine Platine anfertigen zu lassen, auf der die nötigen "Basisfunktionen" einer hier im Groben beschriebenen Bake aufbaubar sind. Eine Platinen-Herstellung lohnt sicher nur, wenn mind. 30 Einzelstücke (= Baken-Platinen) abgenommen werden, besser natürlich mehr.

Eine Alternative wäre, diesen Thread als Disskussionsforum weiter zu führen, aber ohne konkrete Absicht, daraus etwas Gemeinsames zu machen. Damit kann ich gut leben (du wohl auch im Sinne eines Beendens der Projektleitung).


Ich kann zwar auf Wunsch einen Artikel im RN-Wissen dazu anlegen, würde den aber nicht federführend abfassen und aktualisieren, weil ich schon eine "Handvoll" Artikel zum RP6 im RN-Wissen betreue.