[Teoria] Ewolucja linefollowerów

[Sabre]

Chciałbym podzielić się z wami moimi spostrzeżeniami dotyczącymi rozwoju linefollowerów. Postęp dotyczy głównie elektroniki robota, jak i jego oprogramowania (o ile zawiera mikrokontroler), celowo pomijam mechanikę ponieważ w mniejszym stopniu wpływa ona na efekt końcowy (zdaję sobie sprawę z tego co napisałem, nie wszyscy muszą się z tym zgadzać).

Podział linefollowerów, z krótką charakterystyką, ze względu na poziom skomplikowania elektroniki i oprogramowania:

1. Elektronika "analogowa", brak mikrokontrolera, zazwyczaj tylko 2 czujniki. Robot taki działa jak światłolub i jedzie "odbijając" się od krawędzi linii, po której podąża. Jest bardzo wolny, "mózgiem" jest najczęściej mostek H (L293 i jego wariacje).

2. Elektronika analogowo-cyfrowa, mikrokontroler bez przetwornika ADC. Linefollower w tym wydaniu zawiera najczęściej komparatory, które przetwarzają analogowe dane z czujników na postać cyfrową, z dodatkową możliwością ustawienia progu wykrywania linii, poprzez ręczną kalibrację. W zależności od użytego mikrokontrolera oraz programu, ten typ robota ma spory potencjał, przy odpowiednich silnikach może być dość szybki.

3. Elektronika cyfrowa, mikrokontroler z ADC. Linefollower w tym wydaniu jest już bardziej zaawansowany od swoich poprzedników. W zależności od zastosowanego algorytmu możemy wydzielić grupę, która różni się sposobem interpretacji danych z czujników. Podstawowa wersja nie zawiera autokalibracji, próg wykrywania linii ustawiany jest ręcznie w programie robota.

3.5. Jest to pośrednia grupa linefollowerów zawierająca elektronikę jak typ 3, różnica polega na oprogramowaniu zawierającym autokalibrację czujników przed lub w trakcie przejazdu robota. Zaletą takiego rozwiązania jest dużo mniejsza wrażliwość na oświetlenie zewnętrzne toru, a głównie jego zmiany.

4. Kolejnym etapem rozwoju linefollowera jest zmiana w oprogramowaniu mniej w elektronice. Robot ten musi zawierać to samo co robot z punktu 3-3.5, ale algorytm zawiera już obsługę PID bądź samego PD. Ten typ linefollowera jest bardzo zaawansowany pod względem tak elektronicznym jak i oprogramowania. Potrafi płynnie pokonywać zakręty i poruszać się z prędkością przekraczającą 1m/s.

4.5 Podgrupą może być linefollower z bardziej zaawansowanym algorytmem PID/PD, który sam dobiera nastawy współczynników w zależności od prędkości przejazdu.

5. Kolejny etap charakteryzuje się zmianą w oprogramowaniu i/lub elektronice robota. Chodzi mianowicie o dodanie zapamiętywania trasy przez robota, aby w kolejnym przejeździe w pełni wykorzystać szybkość robota na odcinkach prostych i zwalnianie przed zakrętami. To rozwiązanie umożliwia osiąganie dużo większych prędkości przez linefollowera niż roboty z poprzednich grup. Elektronika takiego robota powinna zawierać bardzo szybką pamięć do zapisywania danych z czujników oraz o ile nie ma oznaczeń na torze (w postaci dodatkowych bocznych linii przed zakrętami), robot powinien zawierać enkodery do określania własnej pozycji względem początku toru.

6. Ostatnim etapem rozwoju linefollowera jaki przychodzi mi do głowy jest całkowita zmiana w sposobie wykrywania linii. Czujniki odbiciowe zostają zamienione na kamerę. Jest to najbardziej zaawansowany tak pod względem elektronicznym jak i oprogramowania robot podążający za linią. Musi zawierać bardzo szybki mikrokontroler, który będzie musiał z dużą szybkością analizować obraz z kamery i na jego podstawie podążać za linią. Oprogramowanie takiego robota musi zawierać algorytmy przetwarzania obrazu. Prędkości uzyskiwane przez tego typu linefollowery przekraczają 3m/s.

Mam nadzieję, że nie zapomniałem o czymś, jeśli macie jakieś uwagi co do powyższej "ewolucji" linefollowerów czekam na wasze uwagi.

[madik]

Fajnie że to poodsumowałeś. Zainteresowało mnie najbardziej technika z wykorzystaniem kamery (można wykorzystać CCD)... bardzo trudna pod względem programu.

Już ktoś sobie opatentował line follower z kamerą http://www.freepatentsonline.com/4368462.html

[Nawyk]

Zapomniałeś o algorytmach predykcyjnych

[Sabre]

Zapomniałeś o algorytmach predykcyjnych

Zależy co rozumiesz pod tym pojęciem. Z tego co się orientuję może być to dodatkowy algorytm do PID/PD, który niejako wyprzedza przeliczenie kolejny raz PID/PD dając wynik przed przeliczeniem, ale równie dobrze może to być użycie pamięci z zapisaną "mapą trasy", z której będziemy korzystać w trakcie kolejnego przejazdu. Jak coś pokręciłem to wyprostuj moje rozumowanie .

[Mihau]

Ja się spotkałem raczej z tym, że taki algorytm na podstawie pewnych założeń przewidzieć trasę. Np. jeśli trasa zaczyna zakręcać to zanim faktycznie zakręt się zacznie, już robot "wie" o tym i zaczyna skręcać.

Tyle, że to taka moja radosna twórczość.

[Nawyk]

Sabre, chodziło mi o pierwszą opcję

Poza wikipedią, która dosyć pobieżnie przedstawia temat;), sporo informacji jest pod hasłami "predictive control" i tą lekturę polecam.

A z polskich stron, warto przeczytać to:

http://www.label.pl/po/reg600info.html#z2