Follow me robot - dokladnosc 1 metr

[adrub]

Cześć

Mam zamiar stworzyć Follow Me robota, który będzie podążał za człowiekiem i trzymał dystans 1 metra.

Planuję bazować na Raspberry Pi oraz komunikacji ze smartphonem (najprawdopodobniej bluetooth).

I teraz pytanie jak uzyskać dokładność jednego metra w najmniej inwazyjny sposób?

Opcja nr 1:

GPS RTK - czyli dodatkowa baza, która poprawia dokladność GPS. Problem polega na tym, że zakładam poruszanie sie z robotem po terenie 1 hektara, więc do rozwiązania kwestia komunikacji robota z bazą, jedyne co mi przychodzi do głowy to LoRa. A to wszystko robi sprawę mocno zagmatwaną.

Opcja nr 2.

Użyć sygnału Bluetooth lub Wifi ze smartphone'a odbieranego przez kilka anten na robocie w roznych miejscach i porownac moc. Na tej bazie odnaleźć kierunek i dystans... Ale tutaj dokladność jest bardzo słaba...

Opcja nr 3:

Uzyc LIDAR - ale pytanie jak zidentyfikować za pomocą LIDAR osobę, za ktorą robot ma podażać.

Opcja nr 4:

Jakiś system detekcji kierunku, gdzie znajduje się osoba (jaki?) plus sygnal stopu wysyłany np. gdy robot wejdzie w zasieg jakiejś sieci propagujacej na 1 metr.. Np. taki RFID lub NFC tylko mocniejszy.

Czy macie jakiś pomysł jak to ugryźć?

Dzieki za pomoc!

[deshipu]

Generalnie rzecz biorąc problem jest jak dotychczas nierozwiązany — inaczej już dawno mielibyśmy latające selfie-kamery i walizki podążające za nami po lotniskach. Jestem pewien, że jeśli uda ci się ten problem rozwiązać, to odniesiesz duży sukces.

[Gość es2]

Śledzona osoba ma nadajnik. Śledzący dwa kierunkowe odbiorniki. To pozwoli zlokalizować cel. Czujnik odległości załatwi resztę.

[deshipu]

Nadajnik czego? Fal radiowych? Ale one przecież nie rozchodzą się w sposób przewidywalny w środowisku pełnym przeszkód, odbić i zakłóceń.

Co to jest "czujnik odległości"? Sonar? Laserowy czujnik odbiciowy? — one też są wrażliwe na zakłócenia zewnętrzne, na kształt i materiał tego, na co się je skieruje, etc. Nie mówiąc już o przeszkodach pomiędzy celem a czujnikiem.

[ Dodano: 18-04-2018, 12:40 ]

A przecież nawet nie zaczęliśmy myśleć o bezpieczeństwie tego — o niewpadaniu na ludzi, nie przejeżdżaniu kotków, nie wchodzeniu na trasę szybko poruszających się obiektów, takich jak samochody...

Łatwiej chyba jednak będzie wytresować psa.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Gość es2]

Co to jest "czujnik odległości"? Sonar? Laserowy czujnik odbiciowy? — one też są wrażliwe na zakłócenia zewnętrzne, na kształt i materiał tego, na co się je skieruje, etc.

Czujniki parkowania jakoś sobie dają radę w naszym zakłóconym środowisku.

Czy na forum zawsze trzeb robić z igły widły?

Autor wątku nie napisał co będzie śledziło człowieka, wózek z dzieckiem, walizka, beczka z piwem. Wiadomo tylko, że robot. Nie wiadomo czy robot ma śledzić na lotnisku pełnym ludzi, w metrze, czy zabawka na hali sportowej i pokaz możliwości Arduino. Tego nie wiadomo, więc nie wiadomo też czy zgubienie człowieka jest niedopuszczalne. Czy będą przeszkody, etc.

Po co więc od razu torpedować moja odpowiedź?

Odpowiedzi kolegi sa takie aby juz na stracie zniechęcić do prób i projekt zlecić do wykonaniu, pewnie koledze, za sowite wynagrodzenie.

Jak sie nie chce pomóc, to po co zabierać głoś? Aby licznik odpowiedzi wzrósł?

[deshipu]

Czujniki parkowania jakoś sobie dają radę w naszym zakłóconym środowisku.

Sęk w tym, że własnie nie daje — dlatego za kierownicą siedzi człowiek, a ten sonar jest tylko pomocą. Samochody z w pełni automatycznym parkowaniem mają zupełnie inny zestaw czujników, zawierający kamery i lidar.

Autor wątku nie napisał co będzie śledziło człowieka, wózek z dzieckiem, walizka, beczka z piwem. Wiadomo tylko, że robot. Nie wiadomo czy robot ma śledzić na lotnisku pełnym ludzi, w metrze, czy zabawka na hali sportowej i pokaz możliwości Arduino. Tego nie wiadomo, więc nie wiadomo też czy zgubienie człowieka jest niedopuszczalne. Czy będą przeszkody, etc.

Skoro nie wspomniano o żadnych ułatwieniach i ograniczeniach, to należy przyjąć, że ich nie ma. Jasne, możesz powiedzieć "jeśli ten człowiek będzie szedł po z góry zadanej trasie z ustaloną prędkością, to zadanie jest trywialne", ale takie dodawanie sobie własnych ograniczeń do problemu nie pomaga autorowi pytania. Gdyby autor napisał dokładnie na czym ma polegać zadanie, to oczywiście wtedy można się zacząć zastanawiać nad uproszczeniami.

Po co więc od razu torpedować moja odpowiedź?

Odpowiedzi kolegi sa takie aby juz na stracie zniechęcić do prób i projekt zlecić do wykonaniu, pewnie koledze, za sowite wynagrodzenie.

Po to, żeby się koledze i tobie nie wydawało, że to jest trywialnie proste. Żeby uświadomić jakie problemy czyhają po drodze i że trzeba będzie niestety zdecydować się na pewne kompromisy. Że należy doprecyzować zadanie i zawęzić problem, żeby w ogóle dało się go rozwiązać. No i w końcu żeby nie marnować czasu i zasobów na budowanie czegoś, co nie będzie miało prawa zadziałać.

Sowite wynagrodzenie to mógłbym na tym zarobić patentując działające rozwiązanie, jeślibym tylko takie znał i na pewno nie traciłbym wtedy czasu na tłumaczenie podstaw na forum.

[marek1707]

es2: Nie rozumiem dlaczego tak ludziom ściemniasz, przecież jako doświadczony (a może wcale nie? - tylko po co wtedy zabierasz głos w sprawach na których się ewidentnie nie znasz?) ) nie możesz nie wiedzieć, że problem jest w ogólności bardzo trudny. Udajesz czy świadomie robisz sobie jaja z początkujących ludzi na Forum pisząc im takie brednie? Czy to może jakaś wrodzona presja pisania czegokolwiek gdy jest trochę miejsca?

Jeśli jeszcze chcesz dalej czytać, zdradzę Ci pewien patent, który sam stosuję w sytuacji takich pytań. To prosty eksperyment myślowy, spróbuj, nie boli:

Otóż wyobrażam sobie siebie siedzącego w kabinie takiego robota. Nie ma żadnych okien, ciemno, tylko dwie wajchy od silników (jak w czołgu) i tablica na której mam wyświetlane wskazania czujników. Jaki muszę mieć ich zestaw by podołać zadaniu? Ty już wiesz więc dostałeś je i siadasz: masz wskaźnik odległości (od czego? od nóg człowieka - to kompletny szum, od jego korpusu? na jakiej wysokości? a ręce? a gdy się odwróci bokiem? a gdy zejdzie ze stożka widzenia?) i masz dwa wskaźniki liczbowe/wychyłowe pokazujące siłę sygnału z dwóch anten kierunkowych. Nie mogą być zbyt wielkie więc szerokość wiązki to powiedzmy 20° plus oczywiście listki boczne i coś z tyłu. Nic więcej, dostajesz ze sztabu zadanie śledzenia człowieka i podążanie za nim w odległości 1m. Co to znaczy? Odległość od nogi, od korpusu? Nikogo nie obchodzą Twoje rozterki, napisałeś, że podołasz to teraz dawaj. Dasz radę. Nie wiesz czy jesteś akurat w tłumie, w sali gimnastycznej, na chodniku czy w kuchni. Opisz co byś robił, posłuchamy. Ja bym na pewno nie zdał, chyba że przypadek jest klinicznie czysty: duża wolna przestrzeń i bardzo wolno poruszający i nieobracający się człowiek z dokładnie na niego skalibrowanymi moim czujnikiem odległości. Anteny są oczywiście bezużyteczne, bo w polu bliskim żadna kierunkowość nie działa - wiedziałeś to, prawda?. A ja ciekaw jestem kiedy zaczniesz walić w drzwi i krzyczeć "wypuście mnie!" bo z trzech biegających liczb niczego sensownego nie odczytasz.

[Gość es2]

Może śledzony będzie rozwijał nić Ariadny?

Może sypał piaskiem (radioaktywnym albo fluorescencyjnym w promieniach UV) jak Grześ co szedł przez wieś?

Czekam aż autor sprecyzuje swoje potrzeby.

[marek1707]

Żałosne..

adrub: Już pewnie się domyślasz, że to trudne. 1metr to mało w stosunku do idącego człowieka - już samo to by nie "deptać mu po piętach" jest wyzwaniem bo przecież człowiek idzie raz szybciej (i stawia dłuższe kroki więc dalej za sobą zostawia stopy) a raz wolniej. Utrzymanie tak małej odległości może być trudne bez utrudniania mu życia. Człowiek nie jest punktem i jest wbrew pozorom bardzo mobilny, odwraca się, skręca za róg, mija innych ludzi, omija meble i słupy. Generalnie jest dynamicznym, trudnym do śledzenia celem w sytuacjach bardziej skomplikowanych niż pustynia. Zauważ, że im odległość będzie większa tym paradoksalnie będzie łatwiej. W polu widzenia jakiegokolwiek czujnika - np. kamery dalszy cel porusza się na boki wolniej. Z drugiej strony użyteczność tej cechy spada gdy weźmiemy pod uwagę miasto czy mieszkanie: z daleka łatwo taki cel czymkolwiek zasłonić. Być może dla danego typu czujników i danego typu motoryki robota jest jakaś optymalna odległość śledzenia. Musisz wziąć pod uwagę środowisko pracy takiego zestawu. Inaczej planuje się taką zabawkę gdy robisz akademicką przymiarkę a inaczej gdy ma to być coś praktycznego, komercyjnie sprzedawalnego.

Sam masz wątpliwości co do wyboru detektora i słusznie, nie ma jednej dobrej technologii. Kamera śledząca jakiś znacznik naklejony na plecaku? No może, ale oklejanie ludzi znakami to zły pomysł i źle się kojarzy. Charakterystyczna czapka jako marker widoczna dookólnie? Może jeszcze z mrugającą/nadającą coś diodą podczerwoną? Da się zrobić, ale bardzo szybko można znaleźć warunki w których to nie zadziała. Jeśli robot będzie niski, ma ograniczone pole widzenia. NFC na 1 metr? To już nie jest "Near" a cewka i energia będzie do tego potrzebna ogromna. No i masz informację jest/nie ma w zasięgu, chyba że jest technologia umożliwiająca jakieś pomiary ilościowe - ja się nie spotkałem. Niemniej jednak składowa magnetyczna fali EM jest najbardziej sensownym i chyba przewidywalnym medium w tej sytuacji. Pomijając opieranie się o stalową lodówkę. Co jeszcze? Może nadajnik ultradźwiękowy w kieszeni lub breloku i robot z głowicą/matrycą kilku mikrofonów dającą informację o kierunku a nawet i odległości? Ale to też może słabo działać w korytarzu, w pobliżu ścian i mebli - mam złe doświadczenia z przetwarzaniem takich sygnałów przy obecności silnych odbić. LIDAR jest fajny gdy robisz mapę otoczenia i szukasz robotem przejścia między słupami. Gdy "swój" człowiek będzie jedynym celem w zasięgu, sprawa jest oczywista. Można próbować śledzić cel w przypadku pojawienia się przeszkód stałych, ale gdy masz kilku ludzi i jeszcze na dodatek ich "cienie" zaczną się mijać - giniesz. GPS jest bardzo mocno zniekształcany w okolicach budynków, gór itp. Nie chciałbym, by mój "towarzysz" usiłował mnie przejechać lub zostawał w innym pokoju tylko dlatego, że poszliśmy nie tam gdzie instrukcja przewiduje. I to nie jest tak, że wszyscy mylą się tak samo więc błąd względny jest zero i różnicowy GPS wystarczy. A LoRa nie jest jakimś wyczynem, co więcej na odległościach rzędu 100m to każde radio low-power się sprawdzi. Nie musisz strzelać aż z takiej armatki, choć oczywiście znów - wszystko zależy od środowiska.

Poza tym weź pod uwagę względy psychologiczne. 1 metr ± jakaś tolerancja to dla wielu ludzi bariera intymności. Mogą nie życzyć sobie jej naruszania - także przez technologiczne pudło i to może być nie do przeskoczenia.

Co to ma być za urządzenie, możesz zdradzić? Jak planujesz zrobić napędy, to też wcale nietrywialny problem przy wyzwaniu trzymania się blisko idącego człowieka. Nawet mi byłoby trudno trzymać się w tej odległości od osoby, której zamiarów nie znam z góry.

[deshipu]

Z mojej strony mogę podać jeszcze jeden pomysł. Sam się trochę bawiłem pozycjonowaniem robotów (stąd wiem jakie to jest trudne) i to, co się dla mnie sprawdziło najlepiej, to zewnętrzna kamera zamocowana gdzieś wysoko i znaczniki (fiduciale) na robocie. W zależności od rozdzielczości kamery i mocy obliczeniowej taki układ jest w stanie dać ci pozycjonowanie z dokładnością do milimetrów.

Oczywiście nie zawsze można taką kamerę zamontować i tak jak marek1707 pisze, oklejanie ludzi symbolami może też być problematyczne, ale tam gdzie jest to możliwe to jest to najtańsze i najlepsze rozwiązanie. Oczywiście to Raspberry Pi, które sobie z góry, nie znając szczegółów, założyłeś może się nie wyrobić.

[ Dodano: 18-04-2018, 16:02 ]

Może śledzony będzie rozwijał nić Ariadny?

Wbrew pozorom ciągnięcie takiego robota na smyczy może być najlepszym i najbardziej niezawodnym rozwiązaniem. Oczywiście "smycz" może być tu tylko dla mierzenia odległości i kierunku, a robot może mieć własny napęd.

[adrub]

Panowie,

Dzięki za wszystkie odpowiedzi i trochę jadu 🙂

Robot ma być czymś w rodzaju automatycznymi taczkami / koszem na owoce w sadzie.

Sadownik ma lawirować między drzewkami i wrzucać do robota owoce.

Nie przewiduję tłumu ludzi 🙂. Dystans 1 metr nie musi być zachowany co do milimetra.

Wiem, że temat nie jest prosty, dlatego też stworzyłem tego posta 🙂.

Jedyne co mi obecnie przychodzi do głowy to system wizyjny wykrywający np. kamizelkę fulorescencyjną i jakiś marker i porównywanie wielkości markera jako miara odległości. W przypadku, gdy człowiek wyjdzie poza wizję to posiłkowanie się innym systemem np. GPS.

Ciągnięcie na smyczy byłoby całkiem niegłupie, ale przy kluczeniu między drzewami raczej nie wchodzi w grę. Wchodzi?

Tak samo jak inne czujniki bazujące na falach. Za dużo odbić i szumów.

Co o tym sądzicie?

[marek1707]

Ha, szkoda że nie napisałeś tego wszystkiego na początku. Dziwne podejście z tym dawkowaniem wiedzy, no ale nie jesteś pierwszy. Ludzie wypsztykali się w dywagacjach na tematy "tłumu", "przeszkód", "zakłóceń", "oklejania znacznikami" a tu środowisko jest jasno określone. Ciężko będzie teraz skłonić Forum do wejścia do tej samej rzeki (ale z inną wodą) i masowego zabierania głosu. Miejmy nadzieję.

To może na szybko co ja (teraz) myślę:

Ten 1 metr to było hasło które wielu zmyliło, bo wyglądało jak jakiś warunek od czapy a mimo to konieczny do spełnienia. Gdy już wiemy w jakim charakterze robot tam jest i jaką rolę ma pełnić, zadanie wydaje się zupełnie inne. Odległość w ogóle nie jest krytyczna a wręcz robot nie powinien pętać się pod nogami i przeszkadzać w chodzeniu, obchodzeniu drzew czy nawrotach. Powinien raczej utrzymywać sensowną trajektorię np. w miarę prosto między szpalerem (czy jak to tam w ogrodnictwie się nazywa) roślinek i być transporterem kosza. Wcelowanie garścią owoców w taki odpowiednio duży pojemnik nie powinno być trudne więc dystans może być bardzo różny. Mi by wystarczyło, żeby robot wyczuwał tempo mojej pracy i w miarę jej postępu posuwał się raczej do przodu, czasem lekko wstecz. By był mocno "terenowy" bo podłoże w sadzie jest zwykle w miarę płaskie, ale jakieś rowki, błotko, dołki, gałęzie czy konary się przecież zdarzają. Tak więc duże koła, 4 mocne silniki i potężne zasilanie. To może być poważny problem, bo wożenie własnej masy plus choćby 20kg ładunku to już wyzwanie w trudnych warunkach a w nietrywialnym sadzie jeden przejazd to kilkaset metrów. I tak razy 50. Na szczęście to nie wyścigówka, więc można dostać ogromne momenty z przekładni i moce napędów aż tak wielkie nie będą. Sterowanie oparłbym z jednej strony na wykrywaniu odległości do mnie - ale takiej uśrednionej żeby kosz nie pętał się za mną krok w krok, a z drugiej na utrzymywaniu trasy w alejce drzewek. Chyba niefajnym byłoby wrażenie, że każde odwrócenie uwagi od robota powoduje, że za chwilę muszę szukać wzrokiem gdzie tym razem zajechał i czy się o niego nie wywalę lub przyrąbię łokciem w kant kosza. Lepiej żeby przewidywalnie brnął do przodu równolegle z moją pracą na drzewach. Wolałbym zrobić krok i wrzucić mu owocki niż czekać aż odjedzie kawałek bo wlazł mi w drogę. Z tego powodu czujniki odległości od kolejno mijanych drzew mogłyby wystarczyć do orientacji w terenie. Do tego jako wsparcie można by rozważyć jakieś komendy głosowe lub klaśnięcia, choć w sadach to często czymś strzelacie na ptaki. Na pewno nic wymagającego podchodzenia i wciskania guzików w czasie przejazdu roboczego. Wszystko hands-free, no może oprócz sytuacji startowo-stopowych gdy chcemy go zawrócić czy przejść do następnej alejki.

W środowisku "ogrodowym" kamera chyba się nie sprawdzi. Drzewa, ich korony, pnie powodowałyby ciągłe w zaniki widzenia a nieprzewidywalne ruchy człowieka utrudniałby śledzenie. Hm, tu wiele zależy od charakteru samej pracy tj. rodzaju roślin. Mając szpaler malin nie włazimy na boki w chaszcze tylko stopniowo posuwamy się w jedną stronę i to jest prosty przypadek. W przypadku drzew musimy jednak zajść je od różnych stron, wleźć wyżej i to niedobrze. Napisz coś więcej o tym, bo to tylko moje domysły człowieka, który wie że jabłka to pewnie na jakichś drzewach rosną a marchewka to raczej w ziemi..

Skrytykowane metody oparte na sile sygnału mogłyby tu zadziałać pod warunkiem, że nadajnik miałby ch-kę dookólną, żeby robot nie myślał że odchodzę dalej gdy obróciłem się trochę i moc sygnału spadła przez zmianę kierunku anteny nadajnika. Być może jakaś podwójna metoda typu pudełko z diodą IR błyskającą w takt nadawanych impulsów ultradźwiękowych. Wtedy opóźnienie między jednym a drugim po stronie odbiorczej jest odległością. Drzewa są raczej elementem rozpraszającym niż odbijającym ultradźwięki więc być może wystarczy matryca kilku mikrofonów robiąca za odbiornik kierunkowy. Robiłem takie rzeczy i w polu to działa dobrze. Podobnie z radiem, choć tu nie anteny kierunkowe (za blisko) a raczej zwykłe monopole + metody fazowe i odpowiednio dobrana częstotliwość nośnej. Natomiast chyba odpadają wszelkie kamery śledzące na słupach i inne wymagające jakiejś infrastruktury stałej. Choć widziałem kiedyś rozwiązania autonomicznych traktorów na polu, gdzie do precyzyjnej nawigacji używano właśnie wzorcowych nadajników optyczno-akustycznych umieszczonych w rogach obszaru. Dzięki informacji z kilku nadajników dostali jakieś centymetry dokładności, no ale traktor jest wysoki i na pustym polu widzi daleko i dookoła.

Odkryte niebo dobrze wróży GPSowi, choć jakoś osobiście wolałbym mieć nawigację "lokalną" opartą na identyfikacji mnie, rzeczywistych przeszkód i rozumieniu otoczenia niż "globalną", wymagającą liczenia centymetrów w systemie ogarniającym całą Ziemię.