Menavigasi Robot Dengan Sensor Sepatu, Tanpa GPS, Tanpa Peta: 13 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Oleh obluobluIkuti Tentang: oblu adalah sensor navigasi dalam ruangan Selengkapnya Tentang oblu »

Robot bergerak di jalur yang telah diprogram dan mentransmisikan (melalui bluetooth) informasi pergerakan aktualnya ke telepon untuk pelacakan waktu nyata. Arduino sudah diprogram dengan path dan oblu digunakan untuk mendeteksi gerakan robot. oblu mengirimkan informasi gerakan ke Arduino secara berkala. Berdasarkan itu, Arduino mengontrol gerakan roda untuk membiarkan robot mengikuti jalur yang telah ditentukan.

Langkah 1: PENDAHULUAN SINGKAT

Proyek ini tentang membuat robot bergerak di jalur yang telah ditentukan dengan presisi, tanpa menggunakan GPS atau WiFi atau Bluetooth untuk penentuan posisi, bahkan peta atau rencana tata letak bangunan. Dan gambarkan jalur sebenarnya (ke skala), secara real-time. Bluetooth dapat digunakan sebagai pengganti kabel, untuk mentransmisikan informasi lokasi secara real-time.

Langkah 2: CERITA LATAR BELAKANG MENARIK

Agenda utama tim kami adalah mengembangkan sensor navigasi pejalan kaki yang dipasang di sepatu. Namun, kami didekati oleh kelompok riset akademis dengan persyaratan robot navigasi dalam ruangan dan pemantauan posisi realtime secara simultan. Mereka ingin menggunakan sistem seperti itu untuk memetakan radiasi di ruang tertutup atau mendeteksi kebocoran gas dalam pengaturan industri. Tempat-tempat seperti itu berbahaya bagi manusia. mencari solusi yang kuat untuk navigasi dalam ruangan robot berbasis Arduino kami.

Pilihan kami yang jelas untuk modul sensor gerak (IMU) apa pun adalah "oblu" (Ref gambar di atas). Tetapi bagian yang sulit di sini adalah bahwa firmware oblu yang ada cocok untuk Pedestrian Dead Reckoning (PDR) atau Navigasi Pedestrian yang dipasang di dalam ruangan, dengan kata sederhana. Performa PDR oblu di dalam ruangan sebagai IMU yang dipasang di kaki cukup mengesankan. Ketersediaan aplikasi Android (Xoblu) untuk pelacakan real-time oblu sebagai sensor sepatu, menambah keuntungan. Namun, tantangannya adalah memanfaatkan algoritma yang ada yang didasarkan pada model berjalan manusia, untuk menavigasi robot dan memantaunya.

Langkah 3: INTRO SINGKAT UNTUK "oblu"

"oblu" adalah platform pengembangan mini, berbiaya rendah, dan sumber terbuka yang ditargetkan untuk aplikasi penginderaan gerak yang dapat dipakai. Ini adalah baterai isi ulang Li-ion yang dapat dioperasikan dan memungkinkan pengisian baterai USB onboard. Ini memiliki modul Bluetooth (BLE 4.1) onboard untuk komunikasi nirkabel. "oblu" menghosting mikrokontroler floating point 32-bit (AT32UC3C Atmel) yang memungkinkan penyelesaian persamaan navigasi yang kompleks di atas kapal. Oleh karena itu, seseorang melakukan semua pemrosesan gerakan pada oblu itu sendiri dan hanya mengirimkan hasil akhir. Hal ini membuat integrasi oblu dengan sistem asosiasi menjadi sangat sederhana. "oblu" juga memiliki susunan multi-IMU (MIMU) yang memungkinkan penggabungan sensor dan meningkatkan kinerja penginderaan gerak. Pendekatan MIMU menambah keunikan "oblu".

perhitungan internal oblu didasarkan pada berjalan manusia. oblu memberikan perpindahan antara dua langkah berturut-turut dan perubahan heading. Bagaimana - ketika kaki menyentuh tanah, kecepatan sol adalah nol, yaitu sol berhenti. Dengan cara ini oblu mendeteksi 'langkah' dan memperbaiki beberapa kesalahan internal. Dan koreksi kesalahan yang sering ini, menghasilkan kinerja pelacakan yang luar biasa. Jadi di sinilah letak tangkapannya. Bagaimana jika robot kita juga berjalan dengan cara yang sama - bergerak, berhenti, bergerak, berhenti.. Faktanya, oblu dapat digunakan untuk objek apa pun yang gerakannya memiliki momen nol dan bukan nol reguler. Jadi kami bergerak maju dengan oblu dan dalam waktu singkat kami dapat merakit robot dan sistem pelacakan kami.

Langkah 4: APA KEGUNAAN "oblu"?

Kita menghabiskan hampir 70% waktu kita di dalam ruangan. Oleh karena itu, ada banyak aplikasi yang membutuhkan navigasi dalam ruangan manusia dan mesin. Solusi penentuan posisi yang paling umum digunakan adalah GPS/GNSS berbasis satelit yang baik untuk navigasi luar ruangan. Ini gagal di lingkungan dalam ruangan atau di lingkungan perkotaan yang tidak dapat diakses oleh langit yang cerah. Aplikasi tersebut adalah geo-survei daerah kumuh atau daerah di bawah kanopi pohon yang lebat, navigasi robot di dalam ruangan, penentuan posisi agen penyelamat untuk pemadaman kebakaran, kecelakaan pertambangan, perang kota, dll.

Pendahulu oblu diperkenalkan sebagai sensor sepatu yang sangat ringkas (atau sensor PDR) untuk penentuan posisi petugas pemadam kebakaran, yang kemudian ditingkatkan dan dimodifikasi sebagai platform pengembangan yang sangat dapat dikonfigurasi untuk pembuat yang mencari alat yang mudah-akurat- solusi penginderaan inersia yang terjangkau untuk navigasi dalam ruangan manusia serta robot. Sejauh ini, pengguna oblu telah mendemonstrasikan aplikasinya dalam melacak pejalan kaki, keselamatan industri dan manajemen sumber daya, kepolisian taktis, survei geografis area tanpa GPS, robot navigasi mandiri, robot bantu, game, AR/VR, perawatan gangguan gerakan, pemahaman fisika gerakan dll. oblu cocok untuk aplikasi dengan batasan ruang, mis penginderaan gerak yang dapat dikenakan. Ini juga dapat digunakan sebagai IMU nirkabel, berkat Bluetooth on-board. Kehadiran kemampuan pemrosesan floating point on-board, bersama dengan empat susunan IMU, memungkinkan penggabungan sensor dan pemrosesan gerakan di dalam modul itu sendiri, yang pada gilirannya menghasilkan penginderaan gerakan yang sangat akurat.

Langkah 5: CERITA PROYEK

Kisah proyek ini ada di video…

Langkah 6: DESKRIPSI SISTEM

Robot bergerak di jalur yang telah diprogram dan mentransmisikan (melalui bluetooth) informasi pergerakan aktualnya ke telepon untuk pelacakan waktu nyata.

Arduino sudah diprogram dengan path dan oblu digunakan untuk mendeteksi gerakan robot. oblu mengirimkan informasi gerakan ke Arduino secara berkala. Berdasarkan itu, Arduino mengontrol gerakan roda untuk membiarkan robot mengikuti jalur yang telah ditentukan.

Jalur robot diprogram sebagai satu set segmen garis lurus. Setiap segmen garis ditentukan oleh panjang dan orientasinya terhadap yang sebelumnya. Gerakan robot dijaga kerahasiaannya, yaitu bergerak dalam garis lurus, tetapi dalam segmen yang lebih kecil (sebut saja 'langkah' untuk kesederhanaan). Pada akhir setiap langkah, oblu mengirimkan panjang langkah dan tingkat deviasi (perubahan orientasi) dari garis lurus, ke Arduino. Arduino mengoreksi keselarasan robot pada setiap langkah menerima informasi tersebut, jika menemukan penyimpangan dari garis lurus yang telah ditentukan. Sesuai program, robot selalu seharusnya bergerak dalam garis lurus. Namun, mungkin menyimpang dari garis lurus dan mungkin berjalan pada sudut tertentu atau jalur miring karena non-idealitas seperti permukaan yang tidak rata, ketidakseimbangan massa dalam perakitan robot, ketidakseimbangan arsitektur atau listrik pada motor dc atau orientasi acak dari roda depan yang berjalan bebas. Ambil satu langkah.. perbaiki arahmu… bergerak maju. Robot juga bergerak mundur jika menempuh lebih dari panjang yang diprogram dari segmen garis tertentu. Panjang langkah berikutnya tergantung pada jarak yang tersisa yang harus ditempuh dari segmen garis lurus tertentu. Robot mengambil langkah besar ketika jarak yang akan ditempuh lebih besar dan mengambil langkah kecil di dekat tujuan (yaitu ujung setiap segmen garis lurus). oblu mengirimkan data ke Arduino dan telepon (melalui bluetooth) secara bersamaan. Xoblu (aplikasi Android) melakukan beberapa perhitungan sederhana untuk membangun jalur berdasarkan informasi pergerakan yang diterima dari robot, yang digunakan untuk pelacakan waktu nyata di ponsel. (Konstruksi jalur menggunakan Xoblu diilustrasikan pada gambar kedua).

Singkatnya, oblu merasakan gerakan dan mengomunikasikan informasi gerakan ke Arduino dan telepon secara berkala. Berdasarkan jalur yang diprogram dan informasi gerakan (dikirim oleh oblu), Arduino mengontrol gerakan roda. Pergerakan robot TIDAK dikendalikan dari jarak jauh kecuali untuk perintah start/stop.

Untuk firmware oblu kunjungi

Untuk kode robot Aurduino, kunjungi

Langkah 7: PEMODELAN PATH

Robot dapat dikendalikan dengan baik jika berjalan dalam segmen garis lurus saja. Oleh karena itu, lintasan harus terlebih dahulu dimodelkan sebagai kumpulan segmen garis lurus. Gambar-gambar tersebut berisi beberapa contoh lintasan dan representasinya dalam hal perpindahan dan orientasi. Ini adalah bagaimana jalan diprogram di Arduino.

Demikian juga setiap jalur yang merupakan kumpulan segmen garis lurus, dapat didefinisikan dan diprogram di Arduino.

Langkah 8: PERAKITAN SIRKUIT

Diagram integrasi sistem tingkat atas. Arduino dan oblu adalah bagian dari perakitan perangkat keras. UART digunakan untuk komunikasi antara Arduino dan oblu. (Harap perhatikan koneksi Rx/Tx koneksi.) Arah aliran data hanya untuk referensi. Seluruh perangkat keras berkomunikasi dengan smartphone (Xoblu) menggunakan bluetooth.

Langkah 9: DIAGRAM SIRKUIT

Koneksi listrik rinci antara Arduino, oblu, driver motor dan baterai.

Langkah 10: PROTOKOL KOMUNIKASI:

Di bawah ini adalah bagaimana komunikasi data terjadi antara sensor oblu yang dipasang pada robot dan smartphone, yaitu Xoblu:

Langkah 1: Xoblu mengirimkan perintah START ke oblu Langkah 2: oblu mengakui menerima perintah dengan mengirimkan ACK yang sesuai ke Xoblu Langkah 3: oblu mengirimkan paket DATA yang berisi informasi perpindahan dan orientasi untuk setiap langkah, pada setiap langkah, ke Xoblu. (langkah = setiap kali mendeteksi gerakan nol atau berhenti terdeteksi). Langkah 4: Xoblu mengakui menerima paket DATA terakhir dengan mengirimkan ACK yang sesuai ke oblu. (Siklus langkah 3 dan 4 diulang sampai Xoblu mengirimkan STOP. Saat menerima perintah STOP, oblu mengeksekusi Langkah 5) Langkah 5: STOP - (i) Hentikan pemrosesan di oblu (ii) Hentikan semua output di oblu Silakan lihat Catatan Aplikasi oblu untuk detail MULAI, ACK, DATA, dan BERHENTI

Langkah 11: BAGAIMANA CARA "oblu" IMU BEKERJA (opsional):

Menyajikan beberapa referensi tentang gambaran umum oblu dan prinsip dasar pengoperasian sensor PDR yang dipasang di kaki:

Kode sumber oblu yang tersedia ditargetkan untuk navigasi yang dipasang di kaki. Dan yang terbaik dioptimalkan untuk tujuan itu. Video di bawah ini mencakup prinsip dasar operasinya:

Berikut adalah beberapa artikel sederhana tentang sensor PDR yang dipasang di kaki:1. Lacak langkahku

2. Lanjutkan melacak langkah saya

Anda dapat merujuk dokumen ini untuk rincian tentang perhitungan kematian pejalan kaki menggunakan sensor kaki.

Langkah 12: Kunjungi "oblu.io" (opsional)

Tonton video untuk kemungkinan aplikasi "oblu":

----------------Tolong bagikan umpan balik, saran, dan tinggalkan komentar Anda. Harapan Terbaik!

Langkah 13: KOMPONEN

1 oblu (platform pengembangan IMU opensource)

1 Smart Motor Robot Car Battery Box Chassis Kit DIY Speed Encoder untuk Arduino

1 Ukuran Setengah Papan Tempat Memotong Solder

1 Kabel Jumper Pria / Wanita

2 Kapasitor 1000 F

1 Texas Instruments Dual H-Bridge driver motor L293D

1 Arduino Mega 2560 & Genuino Mega 2560

4 Layanan Web Amazon AA 2800 Ni-MH Isi Ulang