Autonomer, kompakter Roboter zur Kartierung und Navigation

Zitat:

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Zitat von Gil-Galad

Hallo
Ich bin selber mit einem Ähnlichen Projekt beschäfftigt
Ich bräuchte IR-Entfernungs sensoren woher hast du diese gekauft
MFG Jacob

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Oh, klingt spannend. Hast du dazu irgendwo was öffentlich?
Wenn du speziell Sensoren mit Adapterboard für die Phidgets suchst: http://www.eztronics.nl/webshop/cata...products_id/91
Das Board lässt sich direkt auch mit anderen IR-Sensoren verbinden. Bei dem Shop hab ich nun drei Mal bestellt und bin sehr zufrieden.
Wenn es dir sonst "nur" um die Sharp Sensoren geht, gibt es wie schon erwähnt unzählige Shops (siehe Sheff).

Zitat:

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Zitat von Sheff

[...] Werden aber US-Sensoren auch irgendwie beeinflüsst? Ich meine, wenn du schon auf 2D/3D Ebene arbeitest, dann musstest du ziemlich viele Erfahrungen gesammelt haben. [...]
Lex

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Ich ärgere mich derweil mit der Wegstreckenmessung und defekten Fahrtreglern herum und hatte leider nicht viel Zeit für Tests.
Ich kann aber sagen, dass die Messwerte des Ultraschallsensors wegen der "Messkeule" teilweise stark von denen der Infrarotsensoren (an gleicher Position) unterscheiden. Flächen von vorstehenden Wandteilen erkennt der US-Sensor auf einem großen Winkelbereich. Im Kamerabild erkennt man da deutlich, dass keine Wand vorhanden ist.. eine Abtastung per IR zeigt da einen angenäherten Wandverlauf. Obacht aber wenn Zwischentüren (geöffnet) in Raumteilern mit Glasfenstern eingefasst sind. Mein Bot ist vorgestern fröhlich bei voller Fahrt gegen eine Glasscheibe gefahren und erst der "alarmierte" Beschleunigungssensor hat die Motoren stoppen lassen.. 8( An der Stelle wäre ein aktiver US-Sensor vorteilhaft gewesen.

Oft zitiertes Szenario: Tastet dein Sensor ein Objekt ab, das von oben gesehen einen Keil bildet, wird das Signal komplett abgelenkt. Wo beim US-Sensor kein Signal reflektiert wird (Totalreflektion), zeigen die IR-Sensoren zumindest noch vermeidlich entfernte Wände. Etwas gurgeln nach "ultraschall messfehler" findet da gute Vorlesungsfolien als Einstieg.

Gruß

Ein paar Wochen sind nun vergangen. Ich habe an verschiedenen Baustellen gearbeitet und aber EIN Problem holt mich scheinbar immer wieder ein.

Ich hatte vor drei Wochen große Probleme mit meinen Fahrtreglern. Die ursprünglich verbauten Regler hatten ja die störende Bremsfunktion, die ich auch mit extra angesetzten Wartezeiten des Programmablaufs nicht zufriedenstellend umgehen konnte. Ich habe bei Conrad zwei neue Regler gekauft. Es waren die einzigen im Sortiment, die keine Bremsfunktion haben und pro Stück unter 20€ liegen.
Conrad Regler

Bild hier  

Am Tag des Einbaus hatte ich im Eifer des Gefecht einen der Regler (oder beide?) falsch angeschlossen und diesen beschädigt. Problematisch war, dass ich nicht wusste, welcher der Regler defekt und welche Bauteile betroffen waren. Ich habe einen Mitarbeiter dort nach Hilfe gefragt und, was ich nicht gedacht hätte, ist er mit mir den kompletten Schaltplan durchgegangen und hat erklärt, was den evtl. defekt sein könnte. Zuhause habe ich die Regler mit einer "Hilfsverdrahtung" noch mal unter die Lupe genommen. (Ein Foto im Anhang zeigt eine Drahtkonstruktion, die das Potential der IC-Ausgänge über die LEDs anzeigen soll.)
Es stellte sich heraus, dass die ICs in Ordnung sind und es an den Transistoren liegt. Beide haben anfangs ordentlich gearbeitet, im Laufenden Betrieb (Erwärmung) hat einer der Transistoren geschaltet und damit den Versorgungsakku kurzgeschlossen. Erkennen ließ sich das nur dadurch, dass sich die Fahrgeschwindigkeit plötzlich verringerte und sich das Kühlblech erwärmte.

Bild hier  

Naja, Ersatz gekauft, neue Transistoren und zur Sicherheit auch die Dioden in dem Umfeld umgelötet und dann lief es auch. Die Potis hatten nicht "ganz" die Widerstandswerte, die aufgedruckt waren. Ich habe sie gleich im nächsten Schwung durch neue und genauere Potis ersetzt. Nun lief das die letzten zwei Wochen einigermaßen. Die Nullstellung und maximale Motorspannung lassen sich übrigens durch die Potis einstellen.

In der Zeit habe ich dann mit den "neuen" Fahrmanövern herumgetestet und der dringende Bedarf einer Motorsynchronisation hat sich breitgemacht. Die Motoren sind mittlerweile unterschiedlich eingefahren, die Getriebe verursachen unterschiedlichen Widerstand und die Fahrtregler laufen nicht gleichmäßig. Synchron waren die Kettendrehzahlen bei einer Spannungsdifferenz beider Reglerausgänge von 0,4V - im Rückwärtsgang war es wieder komplett verstellt. - Das Ganze ändert sich dann von Akkuladung zu Akkuladung.. 8(
Gelernt habe ich daraus, mich auf keinen Fall auf die festgelegten Winkel (PWM) zu verlassen.

Umgesetzt ist die Synchronisation durch einen Thread, der bei Fahrtantritt gestartet, während der Fahrt Ticks zählt (pro Tick 6,5mm Wegstrecke), nachregelt und bei Stillstand beendet wird.
Ich bin dabei die Software komplett umzustricken, die Threads anders zu organisieren und die nächsten Tage soll die Netzwerkfunktionalität dazukommen. Also eigentlich brav, unspektakulär mit am Codezeilen schieben..
Heute war es dann wieder soweit - beim Testen des Thread Management steuert einer der Regler den Rückwärtsgang nicht mehr korrekt. Vorwärts klappt, Stoppen klappt aber Rückwärts dreht dann nur noch eine Kette.

Hat jemand einen Tipp? Ich brauche einen bzw. zwei günstige Regler (30€ pro Stück wäre ok), die Vorwärts- sowie Rückwärtsdrehrichtung zuverlässig beherrschen ;) und KEINE Bremse haben.
1A Maximalstrom sollte kein Problem sein und betreiben würde ich die gerne mit 7-8 Zellen.

Ich habe eben noch das Modell entdeckt. Zum selbst bauen - aber vorerst keine Lust mehr auf Löterei. :/
"Volksregler"

Hallo,
irgend wie komme ich gerade nicht ganz mit ;), wie misst du denn die Drehzahl der Motoren oder Antriebsräder?

Hier wäre auch noch ein Modul ...
http://www.shop.robotikhardware.de/s...roducts_id=112

Zitat:

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Zitat von the_muck

Hallo,
irgend wie komme ich gerade nicht ganz mit ;), wie misst du denn die Drehzahl der Motoren oder Antriebsräder?

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Hi, ich messe die Motordrehzahl an einer "Abzweigung" im Getriebe.
5 Motorumdrehungen werden auf 3 Radumdrehungen untersetzt (20:12 Zähne)

Ich verwende aktuell einen Microschalter (mit Kipphebel woran eine kleine Rolle montiert ist) und erfasse damit zwei Nocken einer Achse (nenne ich jetzt mal Nockenwelle).
So hätte ich ja bei direktem Abgriff der Motorachse nur 2 Nocken pro Motorumdrehung. Um das zu erhöhen habe ich die Motorachse zu Nockenwelle um 1:3 übersetzt (8:24 Zähne).
Das ergäbe dann bei 5 Motorumdrehungen 15x2 Nocken - also 10 Einschaltsignale (steigende Flanken) pro Radumdrehnung.
Zusätzlich zu den Einschaltsignalen lassen sich auch die Ausschaltsignale verwenden wodurch ich pro Radumdrehung auf insgesamt 20 Flanken bekomme.

Pro Radumdrehung lege ich, optimistisch und ohne Schlupf, 130mm zurück. Also 6,5mm pro Flanke.

Zitat:

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Zitat von the_muck

Hier wäre auch noch ein Modul ...
http://www.shop.robotikhardware.de/s...roducts_id=112

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Danke für den Tipp. Das Board sieht so ganz gut aus, PWM ist auch dabei und wahrscheinlich sauber ansteuerbar. Bei dem Board stören die mich die zwei zusätzlichen Leistungen pro Motor für die Steuerung der Drehrichtung..
Ich muss gestehen, dass ich mir die Pulsweiten von Modellbaufahrtreglern noch nie mit einem Oszilloskop angeschaut habe. Da wird wahrscheinlich einfach die mittlere Pulsweite als Mittelstellung genommen und die Motorrichtung durch unter- oder überschreiten der Mittelstellung definiert. </Vermutung>
Ich werde mich in dem Shop dort noch mal umschauen.

Hallo,
20 Impulse pro Radumdrehung finde ich recht wenig und mit der Mechanik holt man sich ja wieder Spiel in die Regelung + das Entprellen des Microschalters. Ich habe mir mal eine PI Regelung für einen Motor gebaut der mit 32 Impulsen bei 500-5000 u/min arbeitet das funktionierte mit Messung der Flanken-Zeit sehr gut und ist ist schnell.

Hier mal ein "RC Signal" das geht über die Pulsbreite wie du gesagt hast
http://www.youtube.com/watch?v=K_KUtNSWuhc

1,5ms Mitte, 1ms "unten", 2ms "oben", bei ~ 45Hz

Mit den beiden Leitungen zum ansteuern gebe ich dir recht aber ich finde die Methode genauer/definierter. Bei meinen RC Modellen hatte ich immer wieder Aussetzer der Steller so das dass Auto einfach mal langsam fuhr auch wenn es eigentlich stehe sollte ;).

Ich weiß das du auf Kettenantrieb setzen willst, irgend wie finde ich aber wenn man sich durchs Forum liest das dies der aufwändigste Weg ist. Die mechanische Beanspruchung ist halt nicht ohne und die Positionierung wenn sich das Fahrzeug in Winkel XY° drehen muss ungenauer. Welchen Unterbau verwendest du denn jetzt, Lego oder den Panzer?! Mehr Bilder davon wären nicht schlecht.

Ich würde mir für erste Versuche immer so was bauen

Bild hier  

Also 2 angetriebene Räder mit einem Stützrad...

aber ich denke für einen Unterbauwechsel ist es zu spät ;).

Im laufe der Zeit stellte sich bei mir heraus das nichts über solide Mechanik geht, die kleinen Roboter müssen mehr leisten als man zuvor denkt.

Darf ich fragen was du Schulisch / Beruflich machst?

Zitat:

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Zitat von the_muck

Hallo,
20 Impulse pro Radumdrehung finde ich recht wenig und mit der Mechanik holt man sich ja wieder Spiel in die Regelung + das Entprellen des Microschalters. Ich habe mir mal eine PI Regelung für einen Motor gebaut der mit 32 Impulsen bei 500-5000 u/min arbeitet das funktionierte mit Messung der Flanken-Zeit sehr gut und ist ist schnell.

Hier mal ein "RC Signal" das geht über die Pulsbreite wie du gesagt hast
http://www.youtube.com/watch?v=K_KUtNSWuhc

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Danke für den Hinweis zur PI-Regelung. Ich bin noch nicht lang in dem Robotik-Thema und hatte bisher nur vermutet, dass es dazu doch eine Notation geben "müsste". Durch Herumprobieren kam ich auf die MotorSyncThread Idee. Der Thread bildet das Verhalten offenbar ähnlich ab, ich will mich da (auch noch) einlesen.
Ein (Statistik) Thread verwaltet die einkommenden Events der Drehzahlgeber und berechnet dazu Geschwindigkeit, Ticks/Sekunde usw.. Der MotorSyncThread verwertet die Hochrechnungen, die zurückgelegten Wegstrecken und regelt die Motoren so nach, dass die Differenz der Wegstrecken möglichst null ist.

Zitat:

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Zitat von the_muck

Mit den beiden Leitungen zum ansteuern gebe ich dir recht aber ich finde die Methode genauer/definierter. Bei meinen RC Modellen hatte ich immer wieder Aussetzer der Steller so das dass Auto einfach mal langsam fuhr auch wenn es eigentlich stehe sollte ;).

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Du hast mich schon fast überzeugt, solch einen Controller anzuschaffen. Die feinere Steuerung der PWM ist mit meinem aktuellen, fast binären Zustand nicht zu vergleichen. Einzige Bedingung ist, dass ich den Controller direkt mit dem InterfaceKit ansteuern kann. Das InterfaceKit hat eine 5V Spannung auf den Ausgängen und begrenzt den Ausgangsstrom auf rund 20mA (müsste ich nachmessen).
Ist die Kombination mit meinem IFK so möglich? Ich habe nicht konkretes zu den Eingangsspezifikationen von "IN_A" und "IN_B" gefunden.

Zitat:

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Zitat von the_muck

Ich weiß das du auf Kettenantrieb setzen willst, irgend wie finde ich aber wenn man sich durchs Forum liest das dies der aufwändigste Weg ist. Die mechanische Beanspruchung ist halt nicht ohne und die Positionierung wenn sich das Fahrzeug in Winkel XY° drehen muss ungenauer. Welchen Unterbau verwendest du denn jetzt, Lego oder den Panzer?! Mehr Bilder davon wären nicht schlecht.

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Ich verwende den LEGO Unterbau. Aktuell sind die Conrad-Regler verbaut. Gestern habe ich mich noch durchgedrungen und den dritten Transistor des defekten Reglers gewechselt. - Nun läuft die Mühle vorerst wieder.
Die vorhandenen Bilder verlinke ich gleich noch mal, dass auch Unangemeldete davon was sehen können. Weitere suche ich mal raus, ansonsten habe ich den YouTube Link in meiner Signatur eingetragen. Da hab ich zumindest etwas ältere Fahrerei von vor der Softwareumstellung und mit den alten "BremsNervReglern" hochgeladen.

Ich stimme dir in den Punkten Kettenantrieb, Beanspruchung und Rotation zu.
Die Kette erschien mir am sinnvollsten weil ich das Panzer Modell einfach noch liegen hatte und mir die Fortbewegung durch geradeaus, rückwärts, 90° linksrum, 90° rechtsrum einfach vorkommt. Ein Gefährt wie der c´t Bot hat doch sicher seine Schwierigkeiten mit Türschwellen, Teppichen und kleinen Hindernissen oder?

Zur Rotation hatte ich in einem früheren Post die Schwenkbereiche der Servotürme skizziert. Ich habe heute einige Klassen zur Karten- und Messwertverwaltung begonnen und die Umrechnung der Koordinatensysteme komplett überarbeitet. Der Roboter soll vor und nach der Rotation eine lokale Karte erzeugen und die Messwerte vergleichen. Dadurch, hoffe ich, den Rotationswinkel erfassen und als "gelernte Aktion" ablegen zu können.

Zitat:

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Zitat von the_muck

[...]aber ich denke für einen Unterbauwechsel ist es zu spät ;).
Im laufe der Zeit stellte sich bei mir heraus das nichts über solide Mechanik geht, die kleinen Roboter müssen mehr leisten als man zuvor denkt.
Darf ich fragen was du Schulisch / Beruflich machst?

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Ein Unterbauwechsel ist kein Problem, alles Wichtige ist unter bzw. an dem Holzbrett verbaut. Ich hoffe noch, irgendwann ein robusteren Unterbau ergattern zu können. Auf der Industriemesse habe ich die Tage einige Roboter und speziell auch separate Unterbauten in Aktion gesehen. Leider sind die, auch wenn ich bereit bin Geld für das Thema zu lassen, absolut nicht in meinem Rahmen.

Klar darfst du - ich studiere angewandte Informatik, Vertiefung Computergrafik und Visualisierung.

Hallo,
ein "Industrie" Chassis muss es ja nicht sein, schau mal hier nach den Rasen oder Saug Robotern aber wenn du das mit den Stellern in den Griff bekommst dann sieht es doch nicht schlecht aus. (Und ich mag Lego ;)).

Für die Regelung gibt es hier im Wiki einen super Beitrag und auch einiges zu Gabellichtschranken, die Ergebnisse der PI Regelung am Motor fand ich faszinierend, nie wieder ohne ;).

Bei deinen Interfaces musst du schauen was sie für PWMs können die Meinungen im Netz zur Frequenz sind unterschiedlich und sehr vom Motor abhängig, aber kHz Bereich sollte es sein denke ich.
Interessant das bei dem RN Board nirgendwo die Spannung steht aber 5V Logik ist es ;).

http://www.phidgets.com/index.php

hier habe ich leider nichts über PWMs gefunden...

Ich finde das Projekt sehr interessant!! Hier im RN geht es meist um Mechanik, Elektronik, Sensorik und Programmierung auf Hardware ebene. Du bist ja schon eine Ecke tiefer in der Programmierung ;). Halt uns auf dem Laufenden...

Zitat:

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Zitat von the_muck

Hallo,
ein "Industrie" Chassis muss es ja nicht sein, schau mal hier nach den Rasen oder Saug Robotern aber wenn du das mit den Stellern in den Griff bekommst dann sieht es doch nicht schlecht aus. (Und ich mag Lego ;)).

Für die Regelung gibt es hier im Wiki einen super Beitrag und auch einiges zu Gabellichtschranken, die Ergebnisse der PI Regelung am Motor fand ich faszinierend, nie wieder ohne ;).

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Wie cool ist das denn? Während du den Beitrag geschrieben hast, war ich dabei eine alte PS/2 (Kugel-)Computermaus zu zerlegen. Das Resultat nach frickeln, dremeln und etwas Löterei: Zwei Lichtschranken mit jeweils ca. 40 Zähnen auf der Encoderscheibe (falls man das so nennen kann). Mit der Lichtschranke wäre ich die erwähnten mechanischen Probleme los und könnte meine Flanken pro Radumdrehung von 20 auf 400 steigern. Phototransistor sowie IR-LED habe ich eben spontan direkt an ein InterfaceKit angeschlossen. Das scheint zu klappen, am Eingang kann ich An/Aus Zustände erfassen. Stellt sich noch die Frage, bis zu welcher Frequenz die Eingänge maximal arbeiten.. Die nächsten Tage.

Bild hier  Bild hier  

Den Umbau in eine kleine Box mit Welle o.Ä. schiebe ich ebenfalls vorerst, derzeit gibt es leider zu viel Anderes zu tun. - Hätte ich das mal vorher gewusst.. :-/

Zitat:

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Zitat von the_muck

Bei deinen Interfaces musst du schauen was sie für PWMs können die Meinungen im Netz zur Frequenz sind unterschiedlich und sehr vom Motor abhängig, aber kHz Bereich sollte es sein denke ich.
Interessant das bei dem RN Board nirgendwo die Spannung steht aber 5V Logik ist es ;).
http://www.phidgets.com/index.php
hier habe ich leider nichts über PWMs gefunden...

Ich finde das Projekt sehr interessant!! Hier im RN geht es meist um Mechanik, Elektronik, Sensorik und Programmierung auf Hardware ebene. Du bist ja schon eine Ecke tiefer in der Programmierung ;). Halt uns auf dem Laufenden...

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Werde ich. Zu den PWM und Co. habe ich einen Ausschnitt des AdvancedServoController eingefügt. Ist die "Output Controller Update Rate" evtl. die gesuchte Frequenz?

Bild hier  

Hallo,
hier ist mal was zur Drehzahl...

http://www.rn-wissen.de/index.php/Be..._mit_Drehgeber

Das Schnelle Bild vom Oszi zeigt das Signal der Lichtschranke bei ~9500 u/min mit eben der 32er Lochscheibe.

Ich habe mir die phidgets Teile mal angeschaut, eigentlich ganz nett aber irgend wie ist die Update Rate für Regelungen recht langsam finde ich. Auch das mit dem PWM Signal für den Motor sehe ich noch Problematisch, die µC haben Hardware PWMs, du müsstest das ja mit der Software stricken.

Ideal wäre es wohl für dich wenn man ein Modul hat das mit einem µC die Motoren regelt und das alles extern vom Computer macht. Du gibst die Drehzahl an (meinetwegen mit dem Servosignal) und das Modul hält diese so weit wie möglich. Aber ob es das fertig zu kaufen gibt ?!

Zitat:

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Zitat von the_muck

Das Schnelle Bild vom Oszi zeigt das Signal der Lichtschranke bei ~9500 u/min mit eben der 32er Lochscheibe.

Ich habe mir die phidgets Teile mal angeschaut, eigentlich ganz nett aber irgend wie ist die Update Rate für Regelungen recht langsam finde ich. Auch das mit dem PWM Signal für den Motor sehe ich noch Problematisch, die µC haben Hardware PWMs, du müsstest das ja mit der Software stricken.

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Ist denn eine hohe Update Rate so wichtig? Ich würde naiv sagen, dass mir 20 oder 30 Takte pro Sekunde reichen sollten.

Zitat:

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Zitat von the_muck

Ideal wäre es wohl für dich wenn man ein Modul hat das mit einem µC die Motoren regelt und das alles extern vom Computer macht. Du gibst die Drehzahl an (meinetwegen mit dem Servosignal) und das Modul hält diese so weit wie möglich.

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Ich habe mir das empfohlene RN-VN2 DualMotor Fertigmodul bestellt, mal schauen wann es ankommt.
Ist ein µC, der die Motoren regelt bzw. das Hardware PWM, wie du es beschrieben hast, dem AdvancedServoBoard überlegen? Zeitkritisch ist meine Anwendung ja nicht. Ein Modul, dass die Drehzahl selbstständig hält - das wäre was. Aber dann ja auch schon eine "komplette" Regelung.

Zum Vorankommen der letzten Tage:
Nun ist endlich der größte Brocken der Softwareumstellung getan.
Wobei ich ja nicht weiß was noch kommt also bleiben wir bei "einem großen Brocken". ;)

Die Architektur ist grob in die Punkte
- GrandCentral, der zentralen Klasse, die alle Teilbereiche miteinander verbindet
- Kartenverwaltung, Umrechnung der Sensordaten mit lokaler und globaler Karte (Punktwolken)
- BotThreadverwaltung steuert Verhaltensmuster (als Threads)
- Eventverwaltung umfasst Ereignisempfänger, Ereignisquellen (Sensoren, Servos usw.)
- SensorAktorKomponenten ist die Gruppe von Objekten, die Hardwarekombinationen abbilden (z.B. ServoTower besteht aus Servo0, Servo1 und IR80cm)
- GUI mit 2D Swing und 3D OpenGL Darstellung
zu unterteilen.

Lokal lassen sich weiterhin direkt 2D und 3D Darstellung starten. Bisher habe ich den Roboter per VNC direkt über seine GUI gesteuert und Messwerte darüber anzeigen lassen.
Ich habe mich die letzten Wochen mit Sockets genauer auseinandergesetzt und Testprojekte geschrieben. Das ist etwas aufwändig und letztlich ja nicht mein Fokus. Ein eigenes Protokoll hätte beschrieben werden müssen.. ich habe nun eine komfortablere Lösung per Java Remote Method Invocation (RMI) umgesetzt.

Bild hier  
Bild hier  

Der Roboter kann nun von mehreren Clients gleichzeitig über eine GUI-Anwendung angesteuert werden. Auf dem Bot läuft quasi ein Server, bei dem sich Clients anmelden können und z.B. bei Änderungen des Kartenmaterials benachrichtigt werden. Die komplette Funktionalität, wie Fahrkommandos absetzen, BotThreads starten und die Punktwolkendarstellung ist damit von OS X, Windows und Ubuntu aus möglich. Die Prozessorlast des Bots ist, trotz des Starts aus Eclipse auf unter 3% gesunken. Die Visualisierung der Punktwolken ist komplett Sache der Clients und soll später flexibler werden.

Für Freunde der bewegten Bilder die Aufnahme des Testlaufs:
http://www.youtube.com/watch?v=8GpwtBVU4IE