Rasenmähen per GPS

[sigo]

Hi sigo,


Eigentlich wäre mir auch der ganze Aufwand mit mehreren Baken zu groß. Die müssen ja alle exakt aufgestellt und ausgerichtet werden.

Christian

Ich bin mir nicht sicher, ob man die Baken wirklich genau positionieren muss, oder ob deren Existenz schon reicht.

Normalerweise braucht man ja eine Karte, siehe auch Seekarte, oder Flugkarte mit Peilsendern..

Aber ich glaube, dass man im Falle Rasenmäherrobo die Karte selbst lernen kann. Denn das Spielfeld ist ja durch das Kabel begrenzt, und aktuell fährt er ja auch nur Zufallswege. Wenn er also ein paar Orientierungsfahrten machen würde, könnte er sich dann nicht die Position der Peilsender selbst ermitteln? Mit Hilfe seine Odometriesensors und ggf. des Kompasses.


Ich hab grad mal ein wenig recherchiert. Hier fielen mir vor allem die folgenden Links auf:

http://www-personal.umich.edu/~johan...d/pos96rep.pdf

Das ist ein echt klasse Buch zum Stand der Positionsbestimmung von 1996.
Schau dir mal die Seiten 166 bis 172 an.

Danach habe ich noch diesen Link gefunden:

http://www.uni-koblenz.de/~agrt/lehr...dreas_kind.pdf
Dito ein kurzer Überblick auf deutsch.
Hier Seite 11-13

Der hat mich dann zu dieser Dissertation von Ingo Jotzo geführt, die unser Thema auf 239S. bearbeitet. Werde mir das morgen mal ansehen.

http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokser...=968783058.pdf

Viel Spaß beim Schmökern.

Sigo

[Christian H]

Hallo sigo,

gute Links! Alles in dem ersten Buch ist aber wohl in der gehobenen Preisklasse.

Noch ein Vorschlag zu der Bake mit 2 rotierenden Laserstrahlen. Dies kann man ja wesentlich vereinfachen! Der 2. Motor und Laser wird einfach durch einen Spiegel ersetzt! Das könnte mechanisch noch machbar sein. Laser mt Fächerstrahl kann man fertig kaufen. Es funktioniert aber auch wenn man einen spiegelnden runden Stahl mit einem Laserpointer anstrahlt. Hab ich eben mit einem Schraubenziehen probiert! Also einfach Rundstahl etwas exzentrisch auf gehacktes Servo setzen. Laser senrecht darüber positionieren. Spiegel dahinter. Drehzahl messen ( z.B. CNY70 und Diode) und auf gewünschte Rotationsgeschwindigkeit regel. Alles fest in einem stabilen Gehäuse fixieren. Fertig ist die Bake. Laser gegebebenfalls noch modulieren. Jetzt hängts nur noch davon ab ob die einzelnen Laserimpulse mit einem Phototransistor o.ä. und Hochpassfilter erfasst werden könnten. Mindestens 2 Baken und Impulsfolge im Mikrocontroller auf Robo auswerten. Könnte funktionieren und wäre nicht zu kompliziert! Exakte Zeitmessung wäre sicher kein Problem. Das könnte eine Genauigkeit im cm Bereich auf 10 m ergeben.

mfg

Christian

[sigo]

Hallo Christian,

OK, hab deinen Vorschlag verstanden.

1. Strahlaufweitung:
klar, wahlweise auf verchromtes Rohr oder eben einen Streifenlaser

2. Ein 2. planer Spiegel: klasse! Aber woher weiß der Robo aber, welcher Strahl vom Spiegel und welcher vom Laser kommt? Je nach Quadrant ist das doch unterschiedlich. Wenn ich dich richtig verstanden habe, haben wir keine zeitliche Synchronisation, oder?

3. Auseinanderhalten der Baken durch abwechselndes Senden


3. Servo bzw. Motor:

Gehacktes Servo höchstens für einen allerersten Versuch, es hat keine große Standzeit

Mit dieser Methode kann der Laser wahrscheinlich auch problemlos 100U/s drehen, wenn der Lichtstrahl nicht moduliert sein muss.
Ich würde einen kleinen drehzahlgeregelten Brushless - DC - Motor nehmen.

Man könnte z.B. einen kleinen PC-Lüfter nehmen, dem man die Flügel entfernt. Die Teile haben eine recht ordentliche Standzeit, sind leise und und laufruhig.

4a. unmodulierter Laser

Evtl. könnte das ja sogar tatsächlich mit einem Differenzierer / Impulsverstärker gehen, wenn der Strahl eingermaßen scharfe Kanten hat. Er müsste mehrstufig sein und nur schnelle Änderungen durchlassen.
Dieser Verstärker wäre aber auf dem Robo platziert und würde auch Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt. Evtl. würde dadurch auch die Sonne oder andere Lichtquellen moduliert und verstärkt. Der Verstärker würde (teilweise) mehrfach benötigt, da eine Rundumsicht erforderlich ist.
--> auch aufwändig

4b. modulierter Laser

Ich denke eher, dass es ein modulierter Laser sein muss, wegen aller Vorteile, die das bringt

- schmalbandiger Empfänger --> störsicherer
- hohe Verstärkungen driftfrei realisierbar

Ich würde nachwievor versuchen, den billigen Baustein TSOP7000 zu verwenden, da man dann die ganze hochempfindliche Verstärkerschaltung integriert hat. Einfach 4-8 Bausteine Rücken an Rücken, fertig.

Der Sender würde aber einfach nur auf der Trägerfrequenz von 455kHz senden. Sobald der Laser den Sensor für mind. 22µs beleuchtet, löst der Sensor aus. Also keine weitere Modulation, keine Datenübertragung etc..

kurze zeitliche Überlegung:
Wenn der Spiegel mit 100U/s rotieren würde, würde ein 1° weiter Strahl 27µs über einen punktförmigen Sensor streichen, das würde schon reichen.
Aber man kann ja auch mit 50U/s rotieren... *gg*

Der Empfänger ist billig und fertig. Deshalb wollte ich den auch evtl. nehmen. Hochverstärkende Schaltungen sind ja nicht trivial.

Der Laser muss dann ein IR-Laser zwischen 880 und 950nm sein.
Oder eben eine IR-LED mit Optik.

Frage: Wo gibt es solche Laserdioden? Was kosten die? Wie schnell kann man sie modulieren? Wie sind die Sicherheitsanforderungen? Vorteil: Der Laser strahlt nie lange auf einen Punkt.

Soweit meine Gedanken dazu.

Gruß Sigo

[Christian H]

Hallo Sigo,

zu 2: richtig eindeutig ist´s wohl nur für einen Quadranten. Platziert man 2 Baken etwas ausserhalb der Ecken eines rechteckigen Spielfeldes könnte das schon ausreichen. Ausserdem springt man ja nicht von einem Quadranten in den anderen. Gerade bei hoher Umdrehungsgeschwindingkeit müsste man einen kontinuierlichen Übergang von einem in den anderen Quadranten feststellen können.

zu 3: Abwechselndes Senden ist gar nicht notwendig. Die Baken läßt man mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotieren. Am Rhythmus erkennt man dann welches Signal zu welcher Bake gehört.

PC Lüfter ist gut. Geschwindigkeit müsste man halt verlangsamen.

Modulierter Laser ist wohl besser. Ich werde mal einige TSOP 7000 bestellen. Bin gespannt wie empfindlich die reagieren und auf welche Entfernungen man kommt.

Es ist sicherlich gut dass die gesamte Mechanik in den Baken ist und nicht auf dem Robo. Dadurch sind Erschütterungen kein Problem.

Ich denke das lohnt sich auszuprobieren. Laserdioden kann man sicherlich schnell modulieren. Da sehe ich kein Problem. Gut wäre wenn der TSOP7000 auch auf roten Laser ensprechen würde, damit man sich nicht aus versehen die Netzhaut verbrutzelt.

Gruss Christian

[Christian H]

Habe eben noch das Datenblatt angesehen. Mit roten Laser geht leider nicht´s.

[sigo]

Habe eben noch das Datenblatt angesehen. Mit roten Laser geht leider nicht´s.

Ja, ich weiß. Also muss ein IR-Laser her.
Ich denke eh, dass ein roter Strahl doch etwas seltsam im Garten kommt.

Kennt jemand eine Quelle für günstige IR-Laser-Dioden?

Sigo

[sigo]

zu 2: Mir wäre schon ein knapp 180° Radius lieber, bei eindeutiger Erkennung, ohne zusätzliche Restriktionen.

Evtl. kann man den 2. Strahl doppelt so breit machen.
1. gewölbter Spiegel, evtl. reicht ein verspannter normaler Spiegel, ist ja nur minimal.
2. 180° Segment eines Plexi-Rohres zwischen rotierenden Reflektor und Spiegel.
Der innere Radius des Rohres ist ja ein wenig kleiner als der Äußere somit haben wir in der Strahlebene eine Konkav-Linse. (oder?) Die Wandstärke entscheidet die Aufweitung. --> irgendwann mal ausrechnen..

zu 3: Hmm, Rhythmusbestimmung ist sicher machbar aber dann auch aufwändig zu identifizieren. Besonders wenn mal ein Strahl fehlt, usw.

zum Lüfter) Es gibt PC-Lüfter mit Taktausgang. Dazu passend gibt es auch gleich Drehzahlegel-ICs mit Überwachung der Drehzahl.

zu Christian schrieb: "Es ist sicherlich gut dass die gesamte Mechanik in den Baken ist und nicht auf dem Robo. Dadurch sind Erschütterungen kein Problem. "

Definiv, daher ja auch mein Vorschlag das so zu machen.
Ein weiterer Punkt ist, dass die Scan-Ebene ja waagerecht sein muss. Ein Bot, der mal auf einem kleinen Hügel fährt oder in ein Schlaglock würde ja seine Scan-Ebene verändern und in die Luft gucken..

Sicherheit:

Der Laser darf nur senden, wenn der Motor mit Nenndrehzahl rotiert. Das ist mit dem Taktausgang des Lüfters ja billig und sicher machbar.
Dann sind Expositionszeit und Einschaltdauer ja sehr kurz (ca. 30-100µs bzw. 1/360).

Sigo

[Robotniks]

Hi,

schau mal in die Elektor mit den Roboter Inhalt.
Da war was drinn mit GPS-Navigation.

Grüße Oli

[sigo]

Ich habe gerade mit TSOP7000 und einer normalen schnellen +/-10° - IR-LED ohne Reflektor @100mA,peak 12m weit gesendet.

Eine Datenübertragung mittels 8N1 UART-Objekten war bis ca. 7m @19,2kBit/s möglich.

Etwas jenseits der Spezifikation habe ich mit dem TSOP7000 gerade mit 38,4kBit/s auf ca. 5-6m übertragen.

Mit Optik, noch engerer Bündelung, 5x größerem Sendestrom, mehreren Dioden etc sollte noch einiges mehr möglich sein, bzw. die 12m noch zuverlässiger.

Apropos, gibt es eigentlich 1W IR-LEDs mit Optik? Ala Lumiled..

Als nächstes werde ich dann mal eine Mechanik machen, die den Lichtstrahl rotieren lässt.

Sigo

[Christian H]

Hallo


sigo: Eine reichweite von 12 m klingt ja vielversprechend. Wie sieht´s im Freien mit Sonnenlicht aus ?


Ich habe inzwischen an der Laserbake etwas bebastelt. Hierzu habe ich eine alte Festplatte ausgeweidet. Übrig sind nur das Gehäuse und die Festplatten. Darauf ist ein kleiner Spiegel montiert. Die Ansteuerung des Festplattenmotors ist mir zu kompliziert, insbesondere wenn man einen guten Gleichlauf haben will. Man bräuchte hierzu Drehstrom. Die Festplatte hat aber den starken Vorteil einer guten Stabilität und hohen Schwungmasse um eben einen guten Gleichlauf zu erreichen. Als Antrieb habe ich einen brushless Lüfter Motor und einen CD-Playermotor ausprobiert. Der Lüftermotor hätte den Vorteil, dass man über die gelbe Leitung die Geschwindigkeit kostenlos mitgeliefert bekommt. Der kleine CD- Motor läuft aber glechmäßiger.

Um einen Fächerstrahl zu erzeugen, verwende ich eine durchgebrannte Sicherung, wie auf den Bildern zu sehen. Funktioniert sehr gut.

Über den Spiegel werden pro Umlauf zwei Laserstrahlen auf den Sensor gelenkt. Der zeitliche Ablauf liefert den Winkel zur Bake.

Ein Bild zeigt den Empfänger. In der HF-Schachtel ist eine schnelle Photodiode und 2 stufiger Transistorverstärker. Ohne HF-Abschirmung gibts massig Störung durch den Mikrocontroller.

Das Signal geht ausserhalb der HF-Schachtel auf einen weiteren Verstärker. Am Eingang zusätzlich ein Hochpass mit Kondensator und Spule. Der Ausgang geht dirakt an einen Port des Mega32. Vorerst messe ich nur das Verhältniss der Zeiten zu denen die Laserstrahlen auftreffen.

Die Signale selbst kann man noch in 10 m Entfernung am Knacksen über einen Kopfhöhrer nachweisen.

In kleineren Entfernungen bis etwa 2 m ergibt sich eine Auflösung unter 1/3 Grad. Mit 2 Baken wäre eine gute Ortsbestimmung insofern möglich. Das Rauschen nimmt allerdings bei Sonnenlicht deutlich zu. Ausgereizt ist der Aufbau sicherlich noch nicht. Zumindest ein Rotlichtfilter müsste noch eine deutliche Verbesserung bringen. Die Anordnung mit dem Spiegel kann man verbessern. Für den Verstärker gibt´s sicher auch Verbesserungsmöglichkeiten, zumal ich Elektroniklaie bin. Vorteil der Bake ist ein simpler Aufbau.


Bild hier  
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Bild hier  
Bild hier  
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Video:
http://www.rasenrobo.de/IMGP2070.AVI

Der Spiegel dreht sich natürlich durch den Stroboskopeffekt nur scheinbar so langsam. (Kann man auch als Hinweis auf guten Gleichlauf ansehen)Zumindest etwa 20 U/sec sind kein Problem.


Nich böse sein, falls ich auf weitere Nachfragen zum Aufbau nicht so schnell antworten werden. Im Moment fehlt mir etwas die Zeit. Mir ging es primär darum zu zeigen, dass die Idee mit dem Spiegel funktionieren und zu einer hohen Ortsauflösung führen würde. Praxistauglichkeit ist natürlich eine andere Sache.


mfg

Christian