Navigation mittels Infrarot - "Winkelsendern"

Zitat:

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Zitat von ManniMammut

Also wir haben was ähnliches bei Jugend Forscht 2005 und '06 gebastelt. Wir hatten 3 Baken mit einem Laserstrahl, der über den Spiegel abgelenkt wurde ->war ziemlich plöd, weil sich durch die Rotation die Stative bewegt haben und durch die Ablenkung und die hohe Frequenz die 5mW-Laser zu schwach wurden. Gegen Sonnenlicht war das ganze außerdem auch sehr empfindlich.
Dieses Jahr hatten wir dann auf IR umgesattelt. Dafür haben wir wieder 3 Baken, mit jeweils 10 im Halbkreis angeordneten IR-Dioden, auf unserem "virtuellen" KoSy aufgestellt. Nen moduliertes (für jeden Sender gleich moduliert - also keine kodierten Baken) Signal wird von dem auf nem sich um 360° drehenden Schrittmotor Empfänger gesehen und verarbeitet. Dieses System war auch gegenüber Sonnenlicht unempfindlich. Die Berechnung des Standpunktes durch die Winkel hat auch recht zuverlässig funktioniert.

mfG, Manni

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Hey Manni, da habt Ihr ja ein richtig schönes Projekt gemacht.
Hast du ein paar mehr Infos?

Sigo

Zitat:

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Zitat von StEndres

War grad im Garten und da kam mich noch eine andere Möglichkeit. Diesmal nicht mit Winkelmessung sondern mit Abstandsmessung. Dazu wird (zur Positionsbestimmung mehrere) ein Sender aufgestellt, der ziemlich exakt z.B. mit 5 Umdrehungen pro Sekunde einen Spiegel rotiert und einen IR- oder Laserstrahl rotieren lässt. Also praktisch so wie oben. Nur ohne Winkelinformation. Wichtig ist nur, dass dies gleichmäßig geschieht und einigermaßen scharfe gerichtet ist. Der Empfänger besteht jetzt zum Beispiel aus 12 im Kreis in der Horizontalen mit r=10cm angeordneten Empfängerdioden, die den Strah empfangen. Der Strahl streicht jetzt also seitlich über den Kreis und die Dioden registrieren dies. Der zeitliche Abstand zwischen dem ersten und letzten Signal wird gemessen. Der Abstand zum Sender kann dann mit r=(s/t)/(2*PI*f) bestimmt werden, wobei f die Frequenz des Senders, s der Durchmesser des Empfängers und t der zeitlich Abstand der Signale ist. Die Signale zu Messen ist kein Problem. t liegt im höheren µs-Bereich (je nach f). Des sollte für einen µC kein Problem sein. Bei 12 Dioden sind rechnerisch bei einer Entfernung von 2m max. 10cm Toleranz drinnen. Bei 20 Empfängerdioden sind es nur noch 2,5 cm (f muss aber dabei sehr exakt sein!) Wer es genauer will, kann einfach den Kreis vergrößern und noch mehr Dioden draufsetzten. Wer eine häufigere Aktualisierung wünscht muss nur die Frequenz erhöhen.

Stefan

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Hallo Stefan ein interessanter Ansatz.
Die Dioden müssten aber, wenn ich das richtig verstehe, einen großen Empfangswinkel haben, wenn sie kreizförmig angeordnet sind, müssten ja die Dioden, die nur tangiert werden, möglichst auch noch was empfangen. Wenn das klappt, hat man so also den Abstand zum Sender.
Wie würdest du die Richtung ermitteln? Codieren oder die Dioden, die am meisten empfängt?

sigo

Hallo sigo. Um die Richtung zu ermitteln bräcuhte man zwei Sender. Nur anhand der Empfängerdioden könnte es auch gehen, aber nur sehr ungenau. Zwei oder mehr Sender sind da net so der Stress. Die braucht man sowieso für größere Gebiete. Echtes Kopfzerbrechen macht mir, wie du richtig erkannt hast, der Einfallswinkel der Dioden. Es sollte dringend so sein, dass die äußerersten Dioden etwas empfangen. Es würde zwar auch mit einem anderen Paar gehen, also weiter "innen" liegenende Dioden. Wichtig ist nur, dass ihre Verbindungslinie im rechten Winkel zur Sender-Empfängerlinie ist. Für die äußeren Dioden sind Abweichungen relativ unkritisch (hängt mim cos zusammen). Bei anderen wird der mögliche Fehler größer. Muss ich später mal durchrechnen.

Stefan

Zitat:

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Zitat von StEndres

Hallo sigo. Um die Richtung zu ermitteln bräcuhte man zwei Sender. Nur anhand der Empfängerdioden könnte es auch gehen, aber nur sehr ungenau. Zwei oder mehr Sender sind da net so der Stress. Die braucht man sowieso für größere Gebiete. Echtes Kopfzerbrechen macht mir, wie du richtig erkannt hast, der Einfallswinkel der Dioden. Es sollte dringend so sein, dass die äußerersten Dioden etwas empfangen. Es würde zwar auch mit einem anderen Paar gehen, also weiter "innen" liegenende Dioden. Wichtig ist nur, dass ihre Verbindungslinie im rechten Winkel zur Sender-Empfängerlinie ist. Für die äußeren Dioden sind Abweichungen relativ unkritisch (hängt mim cos zusammen). Bei anderen wird der mögliche Fehler größer. Muss ich später mal durchrechnen.

Stefan

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Hallo Stefan, Wenn man für jede Diode ein Paar bestehend aus 2 parallelen Dioden nimmt, die 90% zueinander stehn, als wenn sie auf die Zähne eines Sterns/Zahnrads montiert wären, würde es auf jeden Fall gehn, dann bekäme eine Diode immer das Licht aus besser als 45°. Bei Planaren Pindioden ist dann die Empfindlichkeit noch nicht so schlecht (ebenfalls cosinus oder so). Allerdings wär man da schon bei 2x 12 Dioden..

Warum willst du eigentlich die Entfernung so messen? Wenn man ohnehin eine Map der Sender braucht, kann man sich ja auch auf den Winkel beschränken und nur eine Rundumdiode (bestehend aus z.B. 4 Dioden) nehmen.

Alternative zu so vielen Dioden:
Wie wäre es mit einem Kreis/Stern/Zahnrad aus einer dicken Plexiplatte als Lichtsammler (leitet Plexi Infrarot?)

Wenn man in der Mitte in einer Bohrung die Fotodiode anordnet, würde wahrscheinlich immer etwas in die Mitte geleitet. Von oben könnte man die Scheibe mit einem Blech gleich gegen Sonnenlicht abschirmen.

Alternativ Spiegelkabinett..

Just a thought

Sigo

Genial wäre es natürlich, wenn man Längen mit Winkelmessung kombiniert. Dann bräuchte man nur einen Sender und hätte eine genaue Position. Ich denke aber, dass des mit der Winkelmessung auf größere Entfernungen (so 3-5m) schon zemlich ungenau wird, außer du drehst dich in 0,1° Schritten. Dies würde dann aber nur langsam gehen. Aber Prinzipiell wäre es ein coole Möglichkeit.
Bei derm Problem mit der Anordnung der DIoden würde ich dann wohl auf Doppeldioden setzten. Bei 30ct pro Stück net so tragisch. 7€ sind schon noch drinnen. Eine Diode würde net langen. Man braucht ja auch ein Endsignal. Außer, man teilt die Scheibe in vier Teile. Des würde gehen. Nur ob Plexiglas dafür geeignet ist...?

Stefan

Hallo Sigo!
Sorry, dass ich erst jetzt antworte, aber ich musste erst noch ein paar Sachen mit meinen JuFo-Kollegen klären ;-)
Wenn Du willst, kann ich dir ja mal die 15seitige "Dokumentation" bzw. Projektbeschreibung zu unserem Projekt schicken.

Manni

Zitat:

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Zitat von ManniMammut

Hallo Sigo!
Sorry, dass ich erst jetzt antworte, aber ich musste erst noch ein paar Sachen mit meinen JuFo-Kollegen klären ;-)
Wenn Du willst, kann ich dir ja mal die 15seitige "Dokumentation" bzw. Projektbeschreibung zu unserem Projekt schicken.

Manni

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Sehr gern Manni: silbergold @ surfeu.de (ohne spaces)
Danke

Zitat:

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Zitat von StEndres

Genial wäre es natürlich, wenn man Längen mit Winkelmessung kombiniert. Dann bräuchte man nur einen Sender und hätte eine genaue Position. Ich denke aber, dass des mit der Winkelmessung auf größere Entfernungen (so 3-5m) schon zemlich ungenau wird, außer du drehst dich in 0,1° Schritten. Dies würde dann aber nur langsam gehen. Aber Prinzipiell wäre es ein coole Möglichkeit.
Bei derm Problem mit der Anordnung der DIoden würde ich dann wohl auf Doppeldioden setzten. Bei 30ct pro Stück net so tragisch. 7€ sind schon noch drinnen. Eine Diode würde net langen. Man braucht ja auch ein Endsignal. Außer, man teilt die Scheibe in vier Teile. Des würde gehen. Nur ob Plexiglas dafür geeignet ist...?

Stefan

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Die Idee mit den im Kreis angeordneten Sensoren (Sensorpaaren) gefällt mir zunehmend. Den Abstand müsste man ziemlich genau und auch recht schnell verfolgen können. Auch die Richtung aus der der Strahl auf den Bot trifft, sollte sich sehr genau ermitteln lassen und so Infos zur Orientierung liefern. Wahrscheinlich kann man damit auch sehr gut z.B. bestimmte Strecken abfahren, wie z.B. eine bestimmte gerade Stecke usw.

Der Bot weiß also wie weit der Sender weg ist.
In Welcher Richtung der Sender sich bez. auf die Fahrtrichtung des Bots befindet.
Mit diesen Infos kann der Bot z.B. wahrscheinlich eine gerade Bahn fahren (Tangente oder Sekante) durch den Kreis, den der Sender übersteicht. Oder auch eine gespeicherte Bahn fahren, wenn man ihn zuvor auf den Start setzt.

Nur weiß der Bot nicht, in welchem Winkel vom Sender aus, er sich befindet, also in welche Richtung er fährt. Hierfür müsste er entweder zeitlich synchtonisiert sein, die codierte Winkelposition gesendet bekommen oder einen 2. Sender haben. Oder aber einen Kompass Sensor. Bei einem definierten Startplatz und Winkel für den Rasenmäher müsste das Verfahren aber auch ohne Kompass funktionieren.


Mit der Übertragung des Winkels könnte man eine Absolutposition bestimmen. Die Kombination mit den kreisförmigen Sensoren hätte den Vorteil, dass man dann mit 1 Sender auskäme und da man ja eine Länge misst, tatsächlich ohne externe Infos die Absolutposition bestimmen kann. Bei einen Winkelmessungen muss man ja die Länge aus einem eigenen Wegsensor oder einer Map holen..

Interessantes Thema

Gruß Sigo


I

Hi Sigo. So langsam kann ich mir echt vorstellen, dass daraus was wird. Des müssen wir unbedingt mal aufbauen.
Wenn man nur einen Sender hat oder will ist es das geschickteste den Sendewinkel und die Frequenz zu übertragen. Vielleicht 4 Bytes insgesamt. Ich denke, dass man eh über eine Lichtschranke und eine Streifenfolie die Geschwindigkeit des Motors vor dem Getriebe messen muss, um die Frequenz zu bestimmen. Dann muss man am Sender nur noch einen Startwinkel mit 0° eichen man hat zwei Probleme aufeinmal gelöst. Dann sollte auch die Winkelauflösung kein Problem sein. Der Empfänger bildet sich halt dann einen Mittelwert vom ersten und letzten empfangenen Winkel. Dann noch die Längernmessung und fertig ist ein System zur absoluten Positionsmessung. Wenn wir unseren Sender mit 10 Hz laufen lassen und etwa 50µs für einen Sendeblock brauchen, dann können wir immerhin auf 0,18° auflösen. Auf 5m Entfernung wäe damit sicherlich eine Abweichung <5cm drinnen, sowohl in der Läöngen- als auch in der Winkelmessung. Und mehr als 10 Messwerte brauchst du ehr net. Dann muss der Bot halt mal langsamer fahren.
Oder du baust auf den Sender gleich noch eine Diode drauf, die in die andere Richtung strahlt wie die erste und eigens angesteuert wird. Dadurch könnte man die Frequenz beibehalten, erhält aber doppelt soviele Messwerte, falls dein Bot extrem Zeitkritisch arbeitet.

Stefan

Ich hab etz keine Ahnung, ob des alles so klappt, wie wir uns des denken.