Obliczenie przemieszczenia na podstawie przyspieszeń.

[KajtomatO]

Witam forumowiczów, chciałbym napisać program, który obliczał by przemieszczenie w przestrzeni trójwymiarowej na podstawie danych z akcelerometrów i żyroskopów. Nie wiem jednak gdzie szukać informacji na ten temat, ani jak sprecyzować zapytanie. Więc najpierw chciałbym was poprosić o nakierowanie mnie, tzn czego tak naprawdę mam szukać 😉 (chodzi mi o obliczenia)

Wiem że akcelerometry i żyroskopy są dosyć nieprecyzyjne i obliczone przemieszczenie nie będzie dokładne, ale nie mam najmniejszego pojęcia jakie może być odchylenie. Jeżeli ktoś z was miał doświadczenie z podobnym zagadnieniem, mógł by mi powiedzieć czy po przemieszczeniu 10m, odchylenie będzie 10cm, 1m, 10m? Wiele zależy od samych czujników, dlatego załóżmy że czujniki są dobrej jakości 😉

Pozdrawiam, Student II (mam nadzieję) Roku Automatyki i Robotyki.

KajtomatO

[mog123]

http://www.instructables.com/id/Accelerometer-Gyro-Tutorial/step3/Combining-the-Accelerometer-and-Gyro/

😉

[MirekCz]

1.Tylko z akcelerometru i żyroskopu wszystkiego nie zrobisz. Powinieneś jeszcze mieć czujnik magnetyczny do określenia kierunku pola magnetycznego.

2.Dokładność generalnie zależy od pięciu czynników:

a) Jakości komponentów

b) ich kalibracji

c) algorytmu

d) typu ruchu (czym ruch bardziej dynamiczny tym trudniej ograniczyć błędy obrotu)

e) czasu (błąd się całkuje)

Zrobienie tego z dużą dokładnością przy dynamicznym ruchu jest bardzo trudne. Dosyć prosto można napisać algorytm obliczający przechył obiektu z dokładnością do 1 stopnia (kilku stopni przy dynamicznym ruchu). Jednak te kilka stopni błędu przy odjęciu siły grawitacji od przyśpieszenia cały czas się sumuje i po chwili wychodzi kaszana.

Przy pojedyńczych ruchach z małą ilością obrotu możesz dosyć łatwo zejść do błędu w granicach kilku %. Przy ciągłym ruchu jest to bardzo trudne, a gotowe systemy kosztują >1000$/szt.

PS. Chętnie bym się przekonał, że jestem w błędzie 🙂

[KajtomatO]

Więc tak, opiszę wszystko bardziej dokładnie.

Zamierzam zbudować autonomiczny sterowiec do pomieszczeń zamkniętych (hale, duże aule). (więc przyspieszenia będą dosyć małe, a prędkości jednostajne)

Przy czym trudno mówić o autonomiczności gdy nie jesteśmy w stanie określić pozycji sterowca. Najprostszym sposobem wydawało mi się wykorzystanie czujników odległości, ale w przypadku czujników nie-laserowych zasięg jest bardzo ograniczony, a czujniki laserowe są bardzo drogie*. Jako że czujniki odległości "nie dosięgną" ścian, nie będę wstanie określić pozycji sterowca.

(Jeszce jedno, na sterowcu najprawdopodobniej znajdzie się AHRS, tak więc twój link mog123 w tym wypadku się nie przyda, ale i tak jestem bardzo wdzięczny że go podałeś, przyda mi się prawdopodobnie w następnym projekcie, a sama strona jest dosyć ciekawa )

Kolejnym pomysłem który wpadł mi do głowy było wykorzystanie akcelerometrów (z AHRSu) + sam AHRS, ale doszedłem do wniosku że obliczanie przemieszczenia w ten sposób będzie bardzo niedokładne, im dłużej będziemy latać tym większe będzie odchylenie. Ale co gdyby skorygować dane w czasie lotu? Przed startem operator wprowadził by przybliżoną mapę obszaru działań, sterowiec wyposażylibyśmy oprócz AHRSu w zestaw dalmierzy. Lecąc na środku hali (auli) sterowiec oszacowywał by swoje położenie na podstawie danych z akcelerometrów. Będą one obarczone błędem, ale jeżeli zbliżymy się do ściany auli to będziemy w stanie do pewnego stopnia ten błąd skorygować. Nie będziemy w stanie błędu uniknąć, ale ponieważ będziemy go korygować nie powinien wyjść poza wartość krytyczną (walnąć w ścianę 😉 ) bo nawet jeżeli się zgubi (Tej ściany nie powinno tu być! ) to dzięki AHRS (który jest dosyć dokładny) oraz dalmierzowi zidentyfikuje ścianę do której się zbliża, a co za tym idzie swoją pozycję.

Może się udać tylko jeżeli podczas przemieszczania się, błąd z akcelerometrów nie będzie zbyt duży (dlatego pytałem się jakie może być odchylenie)

Sam "algorytm", który chcę zastosować jest dosyć prymitywny (ponieważ na I roku studiów nie nauczyłem się jeszcze niczego przydatnego 😉 ) i oparty o podstawową fizykę.

AHRS Podaje mi kąty eulera, za ich pomocą jestem w stanie wyliczyć rzuty przyśpieszeń każdej z osi z płaszczyzny akcelerometru na płaszczyznę "pomieszczenia".

W małym przedziale czasu dt (od T0 do T1, np 1/100s) obliczam średnie przyspieszenie dla każdej z osi. Ponieważ sterowiec nie obraca się zbyt szybko, więc przyjmuję że kąty eulera w czasie T0 = T1, obliczam rzuty przyśpieszeń na płaszczyznę auli (biorąc kąty z czasu T1). Obliczam aktualną prędkość v=v0+a*dt oraz przemieszczenie s=s0*v+(adt^2)/2 (dla każdej z osi osobno) Algorytm powtarzam biorąc oczywiście pod uwagę, że w czasie obliczeń sterowiec nie stał 😉

Co myślicie o moim pomyśle? Jest w tym jakaś nadzieja?

*Dalmierze laserowe

Znalazłem bardzo duży wybór dalmierzy laserowych, ale wszystkie o kosmicznych parametrach, a co za tym idzie kosmicznych cenach. Czy znajdę dalmierze o zasięgu około 100m, ale o stosunkowo niskiej dokładności (np 0,5m) Aby cena była bardziej przystępna?

Pozdrawiam.

[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

[MirekCz]

To nie będzie działać, chyba, że miałbyś bardzo dokładnie skalibrowane wszystkie czujniki, ale nawet wtedy błąd nie będzie mały.

Co do dalmierzy laserowych to mógłbyś coś dostosować np. z http://allegro.pl/bosch-dalmierz-laserowy-dle-70-miernik-odleglosci-i1809746318.html . Cena dosyć przystępna, a parametry dla Ciebie wystarczające. Znając kąt przechyłu pojazdu i odległość od dwóch ścian (zakładam budynek w przybliżeniu prostokątny i mierniki pod kątem prostym) możesz dosyć dokładnie obliczyć swoją pozycję.

[KajtomatO]

Ten BOSCH jest całkiem ciekawy, ale boje się że nie dam rady go przystosować do moich potrzeb. Naprawdę nie ma samych odległościomierzy laserowych w przystępnych cenach czy tylko ja nie potrafię szukać ? 🙂 Siedzę nad tym już trochę i nic..

btw, ciekawa alternatywa: http://www.robotshop.com/hagisonic-stargazer-localization-system-2.html tylko umieszczenie tych tabliczek na suficie może być bardzo kłopotliwe. Jako że sterowiec ma latać, znacznie lepszym miejscem była by podłoga.

[MirekCz]

Podłoga to fatalne miejsce, bo jak ludzie chodzą to przejdą się po tym i rozkopią, zasłonią itd.

Przyzwoitym miejscem byłyby ściany boczne, chociaż nie wiem czy urządzenie może z ten sposób działać.

No i cena 1000$ nie jest zbyt fajna...

[OldSkull]

Na akcelerometrach nie masz szans - błąd się całkuje dwukrotnie, więc w krótkim czasie by się okazało, że sterowiec pędzi z prędkością kilku machów w losowym kierunku i ciągle przyspiesza.

Jeżeli jest to sterowiec to najlepszym rozwiązaniem jest chyba kamera+laptop+znaczniki na ścianach i wyznaczanie własnej pozycji np. na podstawie jakiejś triangulacji.