실외에서 정확한 위치 (인치)를 감지하기 위해 무엇을 사용할 수 있습니까?

얼마 후 EE로 돌아오고 있습니다. 무지 실례합니다. 아들과 함께 프로젝트를 위해 로봇을 탐색하기 위해 실외에서 정확한 위치를 감지하는 방법을 찾고 있습니다.
GPS를 삼각 측량하거나 사용하는 저비용 방법이 있습니까? 나는 인치 정밀도까지 찾고 있습니다. 또한 장치를 참조하기 위해 일부 송신기를 다른 위치에 배치 해야하는지 걱정하지 않습니다.

이것은 로봇 식 잔디 깎기 용입니다. 나는 2 에이커 야드를 가지고 있고 내 집은 몇 개의 나무를 장애물로하여 중앙 근처에 있습니다.

저의 세 소년 중 두 명 (14 세, 11 세, 5 세)이 아이디어를 얻었으므로이 프로젝트의 진정한 목표는 그들과 함께 시간을 보내고 EE 및 CE에 대한 관심을 불러 일으키는 것입니다.

따라서 비용은 중요한 요소이지만 앞으로 2 년 동안 노력하고 약간의 비용을 지출해도 상관 없습니다.

내 현재 계획은 다음과 같습니다

• 센서에 대해 코딩 할 수 있도록 Windows PC를 보드에 포함시킵니다.
• 장애물 감지에 도움이되는 Microsoft Connect 온보드 (Windows PC 이유)
• 일반 위치 용 USB GPS 포함
• 그것의 재미를 위해 카메라를 포함

2 년 안에 돈이 있으면 괜찮지 만 값 비싼 GPS로 시작하고 싶지 않습니다.

나를 도와 준 모든 사람에게 감사합니다 !!!!

시스템 뒤집기를 고려해야합니다. 로봇 자체가 위치를 결정할 필요는 없습니다. 해야 할 일만 알면됩니다. 이것은 무선 링크를 통해 고정 PC에서 통신 할 수 있습니다. 이러한 링크를 사용하면 로봇이 위치를 파악하는지 또는 고정 설치에서 수행되는지 결과가 로봇으로 전송되는지 여부는 중요하지 않습니다. 로봇이 WiFi 연결을 잃어버린 경우 간단히 중지 할 수 있습니다. 그것은 범위를 벗어나지 못하게하고 주변의 모든 화원을 깎아 내면서 돌아야 할 정보를 얻지 못하게합니다. 또한 로봇을 가능한 한 단순하게 유지하고 모니터링, 수정 및 작업이 더 쉬운 고정 설비에 많은 부담을주는 것이 좋습니다.

나는 실제로 이것을하지 않았지만 여기에 당신의 문제에 대해 생각하면서 내가 생각해 낸 것이 있습니다. 로봇에 회전하는 IR 이미 터가 있습니다. 이것은 1 초 정도 회전 할 수 있습니다. 변조 된 IR의 상당히 좁은 수직 슬릿을 쏘아냅니다. 그런 다음 고정 주변의 IR 센서를 주변에 배치하십시오. 이들은 로봇의 빔을 감지 할 때 반복 간격의 작은 부분에 대해서만 감지됩니다. 다양한 센서의 신호 타이밍을 비교하고 해당 위치를 알면 로봇의 위치를 ​​계산할 수 있어야합니다. 두 센서의 시간 오프셋을 비콘 주기로 나눈 값은 로봇에서 볼 때 두 센서의 상대 각도를 알려줍니다. 충분한 센서와 많은 수의 수학으로 (현대 PC에서 1 초만에 쉽게 수행), 로봇의 절대 위치를 해결할 수 있습니다. 그런 다음 PC는 WiFi 링크를 통해 TCP 연결을 통해 적절한 명령을 로봇에 보냅니다.

로봇은 실제로 위치 정보가 필요하지 않습니다. 모든 "생각"은 고정 PC에서 수행됩니다. 로봇에 필요한 모든 것은 WiFI 모듈과 TCP / IP 스택을 갖춘 소형 임베디드 시스템입니다. 상대 방향, 속도 등과 같은 기본 명령을 로봇에 보낼 수 있습니다.

두 센서의 데이터는 로봇을 두 센서를 포함하는 원호에 배치합니다. 정확한 아크는 두 센서의 각도 오프셋에 따라 다릅니다. 이론적으로 필요한 것은 3 개의 아크이며 이는 3 개의 센서를 의미합니다. 개별 센서가 여러 가지 이유로 일시적으로 제거 될 수 있도록 몇 가지를 더 사용하려고합니다. 그것은 문제를 과도하게 구속하지만 올바른 알고리즘을 사용하면이 모든 데이터를 사용하고 로봇의 가장 가능성이 높은 위치를 찾을 수 있습니다.

내가 말했듯이, 나는 이것을 시도하지 않았지만 잔디 깎는 기계를 제어하기에 충분한 정확도를 얻을 수 있어야한다고 생각합니다. 적어도이 계획은 특히 비싸고, 구하기 힘들거나, 자신의 뒷마당에서 합리적으로 측정 할 수있는 것들 (예 : 나노초 타이밍 없음)에 의존하지 않습니다.

이전 답변은 잔디 깎는 기계가 위치를 감지하는 방법의 관점에서 문제를 해결합니다. 그러나 센서는 외부, 즉 집에있을 수 있습니다. 마당의 어느 곳에서나 잔디 깍는 기계를 볼 수 있도록 카메라를 배치하십시오. 잔디 깍는 기계 및 일부 기준점에 기호 또는 깃발 또는 화려한 것을 넣으십시오 (또는 적외선 반사기 또는 LED를 사용하면 카메라에 노치 필터 렌즈를 설치하고 추적 코드를 간단하게 만들 수 있습니다). 카메라가 고정되어 있기 때문에 비디오 프레임 내 기준점과 잔디 깎이의 위치는 명확한 위치 데이터를 제공해야합니다. 정밀도는 카메라 해상도에 따라 다릅니다. 이렇게하면 온보드 전자 제품에 많은 비용을 들이지 않아도되며 이미지 처리 코드는 '집에서'실행할 수 있습니다.

로봇이 움직일 범위 (미터 또는 100 미터)에 따라 이것이 달성 될 수있는 몇 가지 방법을 생각할 수 있습니다.

그러나 GPS는 쉽게 사용할 수있는 하드웨어를 사용하여 인치 수준의 정밀도를 제공하지는 않습니다. 이 정밀도를 달성하려면 반송파 위상차 보정을 수행해야합니다. 너무 까다 롭지는 않지만 모듈을 연결하는 것만 큼 간단하지 않습니다. 이 프로젝트 를보고 구현을 볼 수 있습니다 .

IR 또는 초음파 비콘을 사용하고 로봇의 센서를 사용하여 다양한 비콘 간의 상대 범위를 결정하는 것이 더 쉬운 방법 일 수 있습니다. 서보 장착 수신기는 송신기 각도와 상대 신호 강도를 분리 할 수 ​​있습니다. 불행히도 당신은 이런 식으로 인치 수준의 정밀도를 얻지 못할 것입니다.

또 다른 옵션은 웹캠과 잘 알려진 모양 / 색상을 사용하고 간단한 이미지 인식을 실행하는 것입니다. 삼각 측량 (아마도 스테퍼 모터로 웹 캠 회전)을 사용하여 현재 위치를 파악하십시오. Arduino와 같은 작은 것보다 보드에 상당한 CPU oomph가있는 경우 (예 : BeagleBone 또는 넷북) 가능합니다.

나는 다른 모든 답변과 다른 경로를 보일 것입니다. 주변 마당에 전선을 묻습니다. 100kHz (또는 무언가) 신호를 출력하는 작은 회로로 구동하십시오. 그것은 모바일 플랫폼으로 감지하기가 매우 쉽습니다. 개를 마당에 보관하는 데 사용되는 울타리없는 시스템에서 사용하는 것과 동일한 기술입니다. 지옥, 아마도 센서로 사용할 장치 중 하나를 잡을 수 있습니다.

경계 제어를 제공합니다. 100kHz 신호를 감지하면 가장자리에 있습니다. 물론 모어없이 먼저 이것을 테스트하십시오 (아마도 첫 번째 디자인은이를 위해 수정 된 R / C 자동차 여야합니다. 또한 Windows PC를 버리고 Arduino 시스템을 가져와야합니다. 저렴하고 초기 투자 비용입니다. 몇 백 달러와 R / C 자동차에 프로토 타입이 있습니다.

부모로서 나는 당신이 이것을 가능한 한 안전하게 만들고 싶다고 확신합니다. 이것은 신뢰할 수있는 2 행정에 많은 전자 장치를 묶지 않는 것을 의미합니다. 80 년대 라디오 전자 잡지의 구본을 찾을 수 있는지 확인하십시오. 그들은 Lawn Ranger라고 불리는 로봇 식 모어 설계를 가지고있었습니다. 물론 원래 디자인을 재현하지는 않지만 컷 잔디 (장애물 회피, 경계 감지 및 탐색)를 감지하기위한 구축하기 쉬운 센서를 포함하여 몇 가지 새로운 혁신이 있었으며, 더 중요한 것은 1 파운드의 날카 롭고 경화 된 강철보다 훨씬 안전한 절단 날. 그들의 커팅 시스템은 본질적으로 x-acto 블레이드가 고정 된 한 쌍의 스윙 디스크였습니다. 디스크가 회전 할 수 있는데, 이는 바위 (또는 발!)가주는 방식에 방해가된다면 재앙이 덜 발생합니다. 일련의 기사를 확인하고 몇 가지 원칙을 현대적인 디자인에 적용하는 것이 좋습니다. 공공 도서관에서 구할 수 있습니다. 나는 그들이 가지고 있었다는 것을 안다.

행운을 빕니다, 이것은 젊은이들의 관심과 사고를 유지시켜 줄 훌륭한 프로젝트처럼 들립니다.

안정적인 위치 추적을 위해 자이로와 함께 GPS를 사용할 수 있는지 궁금합니다. 두 소스의 안정적인 위치 오류 신호 (PES)를 알고있는 경우 퍼지 논리 학습 방법을 적용 할 수 있습니다. 대규모 위치 감지를위한 GPS +/- 10m 및 자이로 또는 단거리 위치 추적을위한 기타 수단 +/- 0.1m

계획 1) 지그비 라디오 또는 온보드 데이터 수집 시스템을 사용하여 잔디밭을 깎고있는 각 어린이의 GPS 경로 추적 데이터를 측정합니다. 나중에 거리를 모으고, 경사 지터, 오버랩 또는 유효 트랙 수 X & Y를 분석하는 경로 분석 프로그램에서 안정성, 패턴, 속도, 효과를 분석하십시오.

2) 최적의 경로를 선택하여 기억합니다. 각 어린이가 사용하는 다양한 경로를 기록하고 경로 성능 및 안전을 위해 기록 된 경로를 평가하기위한 (쿠키 부스러기).

3) 직교 벡터, 경사 벡터, 원형 트랙을 사용하여 예초하여 다양한 경로 PES를 측정하고 각 차량 안내 방법에 대한 효과적인 추적 오류를 결정하고 생산 된 잔디밭의 미적 변화에 대한 의견.

분석을 위해 축적 된 기록 된 위치 신호를 사용하고 나중에 4 채널 서보 제어 시스템으로 로봇 추적을 시도하십시오. (가스, 스티어링, 브레이크 등)

가장 큰 교훈은 어린이, 고객 및 엔지니어와 의사 소통하는 방법을 배우는 것입니다. 설계하기 전에 사양을 작성하는 방법을 배우는 것이 가장 큰 교훈입니다. 수락 및 거부 기준이있는 입력, 처리 및 출력, 환경 입력 및 테스트 가능 / 측정 가능한 매개 변수 각 이정표에 대한 적절한 보상과 실패에 대한 결과가 있어야합니다.

프로젝트 계획, 디자인 사양 및 DVT 계획의 축소판입니다. (설계 검증 테스트)

당신의 성공은 그것에 달려 있습니다. 행운을 빌고 재미있게 보내.

이것은 시작일 뿐이지 만 John Swindle의 오디오 로컬 라이저 뒤에있는 이론을 설명하는이 PDF를 보는 것이 좋습니다 . 내가 기억하는 것처럼, 그것은 현지화의 다른 방법을 설명하고, 0.5 인치 이내의 정확한 John의 방법을 설명합니다! (설정은 사소하지 않으며 코드는 제공되지 않지만 DPRG (Dallas Personal Robotics Group) RoboColumbus 이벤트에 효과적입니다.)

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LPS에 대한 다른 질문에 대한 나의 답변을 참조하십시오. 짧은 대답은 이것이 매우 어려운 문제이며 기존 시스템은 상당히 비싸다는 것입니다 (수천 달러에서 시작). 초음파 센서 사용에 대한 제안은 좋은 것입니다 .Google의 경우 초음파 및 가청 사운드 사용에 대한 선행 기술을 찾을 수 있습니다.

현재 udacity는 무료 온라인 코스 인 Robotic Car 프로그래밍을 제공하여 Google이 자율 주행 자동차에서 어떻게 하는지를 알려줍니다. 기본적으로 GPS는 저장된 위치지도 및 비전 감지와 함께 총 포지셔닝에 GPS를 사용하여 고도의 정확도로 현지화합니다. 소프트웨어는 입자 필터를 사용합니다.

측량사가 사용하는 고가의 차동 GPS 장비를 사용한다면 GPS만으로도 가능하지만 비용면에서는 거의 효과가 없습니다. 제안한 바와 같이 두 개의 저비용 (Xbee일까요?) 트랜시버를 사용하는 경우 펄스를 전송하고 로봇의 트랜스미터에서 로봇의 트랜스미터로 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하여 매우 높은 정확도로 거리를 쉽게 측정 할 수 있습니다. 원격 중계기 및 후면. 이것은 수동 표면에서 신호를 수신하는 대신 고정 트랜스 폰더에 의해 다시 전송된다는 점을 제외하고는 RADAR과 같습니다.

편집 : 나는 이것에 대해 Kevin에 의해 불려 났기 때문에 아마도 더 잘 설명 할 것입니다 ;-) (모두 재미있게, 나는 Kevin을 가장 존경하며 어떻게 해야하는지에 대한 충분한 세부 정보를 제공하지 않았다는 것이 정확합니다. 이것을 구현하십시오).

두 포인트 사이의 전파 지연을 측정하려면 주로 두 가지가 필요합니다. 1) 반사로 인해 왜곡이 발생하기 때문에 직선 신호 경로. 2) 동기화 된 클럭을 사용하는 양쪽 끝의 일부 전자 장치와 필요한 정밀도까지 시간 간격을 측정하는 기능.

수신 국이 다른 국이 송신하는 신호로부터 자신의 클록을 도출 할 수 있기 때문에 동기화 된 클록은 비교적 쉽다. 이것은 클럭 복구를 통한 표준 동기 데이터 전송입니다.

다음은 1.25Gbps 양방향 데이터 링크를 통한 전파 지연 측정 종이로 , 10km 길이의 광섬유에서 이러한 종류의 정확도를 쉽게 얻을 수 있습니다. 그들은 상태 : "10km까지의 길이를 통해 서브 나노초의 정확도 ~ 1000 개 노드를 동기화 할 수 있어야합니다."

이 노트에서 두 노드 사이의 시간 오프셋을 결정하는 방법이 설명되어 있습니다. 이러한 노드는 예를 들어 1000BASE-X (기가비트 이더넷)에서 사용되는 8B / 10B 코딩 된 1.25Gbps 양방향 직렬 지점 간 통신 채널을 통해 연결됩니다. 시간 오프셋은 마커 신호를 사용하여 전파 지연을 측정하여 결정됩니다. 신호는 마스터에서 슬레이브 노드로 전송되고 (Virtex-5) FPGA의 SerialDeser / Deserializer (SerDes) 기능을 사용하여 다시 전송됩니다. 슬레이브 노드에서 복구 된 클럭은 슬레이브의 전송 클럭으로 사용되므로 완전한 시스템이 동기화됩니다. 1.25Gbps 직렬 통신 채널의 경우 단일 단위 간격 (즉, 800ps)의 해상도로 지연이 알려져 있습니다. 이 해상도는 마스터 노드의 송신 및 수신 클록 간의 위상 관계를 측정함으로써 더욱 향상 될 수 있습니다. 이 기술은 마스터와 슬레이브 노드 사이의 양방향 점대 점 연결을 용이하게하기 위해 두 개의 파장에서 사용되는 단일 10km 광섬유에서 작동하는 것으로 입증되었습니다.

또한

첫 번째 테스트 셋업은 3.125Gbps에서 작동하는 코딩 된 직렬 통신 채널을 사용하여 송신기와 수신기 사이의 전파 지연을 측정하는 원리를 검증하기 위해 구축되었습니다. 송신기와 수신기는 두 개의 개별 개발 보드에서 FPGA에 상주합니다. 이 첫 번째 테스트 셋업은 1 단위 간격의 분해능 (즉, 3.125Gbps에서 320ps)으로 100km 광섬유에서 전파 지연을 측정하는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다.

사용 된 장비 :

테스트 셋업은 2 개의 ML507 Xilinx 개발 보드로 구성됩니다 [7]. Virtex-5 FPGA는 각 보드에 장착됩니다. 하나의 ML507 개발 보드는 마스터 노드로 지정되고 다른 하나는 슬레이브 노드로 지정됩니다. 마스터 및 슬레이브는 SFP (Small Form Factor Pluggable) 트랜시버와 10km의 광섬유를 통해 연결되어 양방향 링크를 만듭니다. 이중 파장에서 작동하는 단일 섬유가 사용됩니다.

이제이 특정 설정은 대부분의 취미 로봇 공학 프로젝트에는 과잉이지만, 선반 개발 보드를 사용하지 않고 작업에 특별한 재능이 필요하지 않기 때문에 집에서 쉽게 재현 할 수 있습니다. 로봇의 경우 링크는 광섬유 케이블이 아닌 라디오입니다. 어쩌면 밝은 햇빛 아래에서 문제가 될 수 있다고 생각하지만 TV 리모컨과 같은 IR 링크 일 수도 있습니다. 밤에는 잘 작동했습니다!

다른 사람들이 말했듯이 현지화는 어려운 문제이며 합리적인 비용으로 1 인치 해상도는 매우 어렵습니다. 로봇 잔디 깍는 기계와 관련된 대학 수준의 경쟁이 있다는 것을 알고 싶을 것입니다 : 이온 로봇 잔디 깍는 기계 경쟁 . 저는 ION을 준비하는 팀의 일원이었습니다. 결국, 우리는 경쟁하지 않았지만 확실히 문제에 대해 생각하는 데 많은 시간을 보냈습니다. 참고 경쟁사의 대부분을지난 ION 대회에서 할당 된 시간 동안 현장의 50 % 미만을 깎았으며 플랫폼은 수만 달러에 달했습니다! 그러나 ION은 문제를 훨씬 쉽게 해결할 수 있도록 비콘과 같은 외부 탐색 도구를 허용하지 않기 때문에 이점이 있습니다. (시간 제한이 없습니다.) 팀의 프로젝트 보고서를 살펴 보는 것이 좋은 아이디어의 원천이 될 것입니다.

내가 당신과 같은 로봇 식 잔디 깎는 기계 프로젝트에 착수했다면 아마도 저렴한 GPS (거친 위치), IR / 초음파 / 다색 비콘 (fine (r) 위치), 인코더 (위치 추정) 및 컴퓨터 비전의 조합을 사용할 것입니다 (여러). 멋진 GPS 및 IMU 시스템에 수천 달러를 사용하지 않는 것이 좋습니다. Kinect는 좋은 아이디어이며 Lidar보다 훨씬 저렴합니다. 깊이 맵과 카메라 사이에 많은 것들이 있습니다.

또한 관련된 개념을 소개하기 위해 자율 주행 자동차 프로그래밍에 관한 Udacity 과정을 추천합니다.

1 인치 해상도의 요구 사항을 제거하기 위해 질문을 수정하고 Windows PC와 Microsoft Connect 온보드를 제공 할 것이라고 말 했으므로 로봇의 해당 하드웨어 만 있으면 아주 좋은 위치에있을 수 있다고 생각합니다.

사람들이 티까지의 거리를 찾는 데 사용하는 저렴한 골프 스코프를 보셨습니까?

그들이 작동하는 방식은 녹색에서 깃발의 인식 된 높이 (고정 높이)를 측정하고 티까지의 거리를 보여주는 것입니다. 먼 쪽의 각도와 높이를 알면 밑면의 길이를 계산할 수있는 단순한 직각 삼각형입니다. 이것은 아들이 기하학과 나중에 삼각법에서 배우는 것과 정확히 같은 종류입니다.

당신의 집은 당신의 부지의 모든 부분에서 보이는 것처럼 보이므로 아마도 2 개의 모서리를보고 거리를 계산하는 것이 쉬울 것입니까?

모어 자체의 사운드 에너지를 사용하십시오. 그것은 자신의 pinger입니다. 또는 그 소음을 사용하여 모어에 추가 된 오디오 처프 핑거를 대부분 마스킹하거나 크랭크 샤프트 또는 블레이드와 동기화 할 수 있습니다. 모어와 마당 주변의 몇 곳에 마이크를 놓으십시오. 음량을 기준으로 대략적인 위치를 추정하십시오. 가장 가까운 마이크에는 다중 경로 문제가 없습니다. 그런 다음 가장 가까운 마이크의 오디오를 상호 연관시켜 비행 시간 사운드 지연을 추정하십시오. 지연 추정치에서 노이즈를 제거하고 삼각을 적용하기위한 평균 또는 칼만 필터. 모어에서 사람으로부터 숨기고 처프 또는 엔진 진동을 감지 (교차 상관 관계) 할 수 있으면 정확도가 높아질 수 있습니다.

http://porcupineelectronics.com/uploads/LR3_Data_Sheet.pdf를 확인 하십시오. 이 작은 LR3 어댑터 (더 이상 사용되지 않지만 더 나은 어댑터가 사용 중임)를 사용하면 PC 또는 SBC를 Fluke 411D 거리 측정기와 인터페이스 할 수 있습니다. 새로운 장치 (LR4)는 최신 Fluke 미터와 함께 작동합니다. 고정밀 각도 측정을 위해 팬 / 틸트 플랫폼의 카메라와 결합되어 알려진 목표물과 팬 서보의 고해상도 인코더를 가리킬 수 있습니다. 필요한 정확도. 코드에 삼각법이 필요합니다 (고등학교 수학 이상). 인터넷에서 필수 방정식을 찾았습니다 (Wikipedia). 여기에 포함 시키지만 정보가 저장되어있는 가정용 컴퓨터에서 멀리 떨어져 있습니다. 시스템은 또한 맵 생성을 용이하게 할 수있다. 수동 진동 차단 기능이있는 자이로 안정화 플랫폼이 필요할 수 있습니다 (잔디 모어에는 진동이 많음). 즉석에서 측정하려면 레이저를 목표물로 유지하기 위해 추적 소프트웨어가 필요할 수 있습니다. 정확한 주행 거리는 계산 능력이 적당한 경우 "수정"사이에 더 많은 시간을 제공합니다.