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Glaserkennung zur Kollisionsvermeidung eines mobilen Roboter, 360 Grad us Sonar?
Hallo zusammen,
fuer einen autonom agierenden Roboter, welcher schon ueber IR-Sensoren und einen Laserscanner verfuegt, moechte ich zur Kollisionsvermeidung auch eine Erkennung von Glaswaenden ermoeglichen.
Da IR-Sensoren und Laser ja so ihre Probleme mit Glas haben, dachte ich, dass Ultraschall-Sensoren eventuell eine gute Loesung waeren.
Da der Robotor omnidirektional fahren kann, hatte ich die Idee mit 3 Ultraschall Sensoren, welche ueber einen Servo gedreht werden die Umgebung zu scannen, um eine komplette 360 Grad Rundumsicht zu erhalten, so wie es auch schon aehnlich hier im Forum umgesetzt wurde.
So wie ich das sehe, ist das Problem bei den Ultraschallsensoren jedoch der grosse Erfassungswinkel. Auf einen Meter Entfernung betraegt der "gescannte Umgebungsdurchmesser" ja je nach Sensor ca 50cm. Fuer eine komplett geoeffnete Glastuer sollte das zwar noch ausreichen aber sobald sie nur noch halboffen ist, wird es schon knapp einen Durchgang zu erkennen.
Nach ein wenig Recherche im Internet bin ich auf den "Narrow Beam" US Sensor SRF 235 gestossen: http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf235tech.htm
Mit einem 15 Grad Oeffnungswinkel waere das Problem zumindest stark minimiert. Auch die Reichweite von 1-1,2m wuerde noch gerade ausreichen. Problem hierbei ist nur, dass er bei harten glatten Flaechen (was ja Glastueren leider sind) schon ab einem Winkel von ueber 8 bis 9 Grad kein Echo mehr empfaengt. Sollte sich der Roboter also der Glastuer auch nur leicht von der Seite naehern, wuerde diese nicht mehr erkannt werden.
Als weitere Option habe ich die Fokussierung der US-Wellen ueber einen Parabolspiegel gefunden: http://mc.mikrocontroller.com/jufo/kapitel3_5.htm
Eine klasse Idee, die bei mir jedoch aufgrund der wahrscheinlich relativ grossen Ausmasse wegfaellt.
Meine Idee waere nun immer zwei US-Sensoren uebereinander zu verwenden und in einem kleinen Winkel zueinander zu positionieren. So wuerden sich die Oeffnungswinkel ueberlappen und es waere moeglich einen kleineren Erfassungswinkel zu realisieren. Zum Verstaendnis habe ich hier mal die Richtcharakteristik von 2 SRF02 uebereinander gelegt: Anhang 30134
Was haltet ihr von der Idee? Wuerde das so ueberhaupt funktionieren?
Habt ihr noch andere Vorschlaege? Gerne auch andere Sensorarten welche hierfuer besser geeignet waeren. Sehe ich das Problem mit dem Oeffnungswinkel vielleicht auch einfach viel zu eng und in der Realitaet laesst sich mit den US-Sensoren gut und exakt genug arbeiten?
Ich hoffe ich habe das Thema in das richtige Forum gepostet aber es geht mir schliesslich hautpsaechlich darum eine passende Sensorik zu finden.
Dennoch haette ich noch eine weitere Frage, die wahrscheinlich besser in ein anderes Forum gepasst haette. Aber als Neuling wollte ich jetzt nicht gleich alles zuspammen ;)
Und zwar geht es um die Positionsbestimmung von Servos. Fuer das Sonar muesste ich den Winkel der US-Sensoren ja recht genau wissen. So wie ich das verstanden habe geht es jedoch nicht die Position abzufragen. Ich kann sie nur ueber das PWM Signal vorgeben. Wie genau und zuverlaessig funktioniert das denn? Reicht es fuer meinen Verwendungszweck aus oder sollte ich lieber auf einen anderen Motortyp umsteigen? Oder gibt es doch Servomotoren mit Encoder zu einem akzeptablem Preis (ich habe zwar schon welche gefunden allerdings nur fuer >300 Euro)?
Wie sieht das aus mit der Positionierung nach Abschaltung oder wiederholtem Anfahren einer Position? Faehrt der Servo wieder exakt die gleiche Position an wie vorher bei gleichem PWM Signal? Oder ist eine Initialisierung zB ueber eine Lichtschranke noetig?
Ich hoffe ihr verzeiht mir, falls ich dumme Fragen stelle oder sonst irgendetwas falsch gemacht habe aber ich habe bisher noch relativ wenig praktische Erfahrung im Bereich Robotik und Sensorik, und habe erst die letzten Tage versucht mich in diesem Forum und im Internet etwas einzulesen.
Vielen Dank fuer alle Antworten und beste Gruesse
Marvin
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In dem Bild unten sieht man wie durch zwei Empfänger mit Tuben und Winkelversatz eine verbesserung der Auflösung erreichbar ist. Bie dieser Bauform müssen auch die Innenseiten jedes Tubus absorbierend beschichtet werden oder eine Geometrie aufweisen die die Weiterleitung eines an der Tubuswand reflektierten Echos an das Sensorelement verhindern (z.B. Mikrosägezahn Profil). Da die Sensorfläche selbst nicht verkleinert wird, ist bei rechtwinkeliger Ausrichtung zum Zielobjekt ein maximales Echosignal zu empfangen. Die entsprechende Signalauswertung kann hier eine erhebliche steigerung der Auflösung bringen.
Dargestellt ist eine einfache Detektion mit der bei gleichem geometrischen Aufbau nur eine geringe Steigerung der Auflösung erreicht wird.
Anhang 30136
Als Testaufbau bietet sich eine feste Montage der Empfangsantenne auf einem Stab etwa 30cm über dem Boden an (zur Vermeidung von Reflektionen) an dem Stab wird drehbar ein 1m Stab angebracht der parallel zum Boden läuft und mit dem Empfangsmast als Mittelpunkt eine Winkelskala.
Am anderen Ende des waagerechten Stabs wird ein weitere 30cm Stan angebracht auf dem ein Sender sitzt. mit diesem Aufbau kann man selbst die Richtkarakteristik ermitteln.
Der nächste Test wäre dann den Sender ober oder unterhalb der Empfangsantenne anzuordnen und am Entfernten Ende eine Reflektorfläche. Dabei kann man dann zum einen die Abschwächung einer nicht Rechtwinkelig zur Antenne stehenden Fläche unter verscheidenen Winkeln ermitteln, das Verhalten verschiedener Oberflächen und Materielien als auch bei gekrümten Flächen deren scheinebare Größe durch Streueung.
Der SRF08 kann das nicht. Der macht Pulsmessungen und hat eine Torzeit für die Echos. Kommt ein Echo nach Ende der Torzeit wird sie der nächsten Messung zugehörig angenommen. Um das Problem zu verringern, kann man die Signalverstärkung reduzieren. Ausgehend von Kugelwellen und der Signalausbreitung im Raum, fällt die Signalflußdichte (Schallpegel bei US) im Quadrat zu Entfernung ab.
Somit werden weiter entfernte Signale einen zu geringen Signal Rauschabstand haben um noch als Echos detektiert zu werden.
Das Verfahren berücksichtigt nicht, die Streuung an nahen Objekten mit gekrümmten Oberflächen und unterschiedliche Objektoberflächen.
Ein nahes Objekt mit ener Schallschluckenden Oberfläche (z.B. Schaumstoff) wird unter Umständen eine gleiche Signalamplitude haben wie ein entferntes Objekt mit einer perfekt reflektierenden Oberfläche (z.B. Schranktür mit glatter Kunststoffoberfläche oder Blech). Der SRF08 bietet halt einen Kompromiss der einen für den Anbieter kostengünstig herstellbaren Sensor möglich macht der die Anforderungen der meisten Anwender erfüllt.
Man muß selbst entscheiden ob einem das reicht oder nicht.
Eine Möglichkeit ist es sich einen solchen Sensor zu beschaffen und die oben Beschriebenen Testreihen durchzuführen und sich dann zwei US- Experimentierstes zu holen und mit diesen selbst einen Sensor aufzubauen und diesen dann soweit zu verbessern, das er mindestens die Lesitung des SRF08 erbringt und dessen Schwächen nicht aufweist.
Für mich persönlich besteht im letzteren Fall der Vorteil das man eine ganze Menge lernt.
Ich selbst habe mir dazu dann noch Literatur zu Radar besorgt, da daß durch die militärische Nutzung das am weitesten entwickelte Reflexions Ortungsverfahren ist.
