我可以用什么来检测户外的精确位置(英寸)?

电器工程 机器人技术 全球定位系统
2022-01-05 16:48:04

一段时间后我又回到了EE,所以请原谅我的无知。我正在寻找一种方法来检测户外的精确位置,以便为我儿子的项目导航机器人。
是否有低成本的三角测量或使用 GPS 的方法?我正在寻找精确到英寸的精度。此外,我不在乎是否需要将一些发射器放置在不同的位置以给设备提供参考。

这是机器人割草机。我有一个 2 英亩的院子,我的房子靠近中间,有几棵树作为障碍物。

我的 2 英亩院子

我的三个男孩中的两个(14 岁、11 岁、5 岁)提出了这个想法,所以这个项目的真正目标是花时间和他们在一起,激发他们对 EE 和 CE 的兴趣。

如上所述,成本是一个因素,但我不在乎我们是否会在接下来的 2 年里继续努力并花一点时间。

这是我目前的计划

  • 在板上包括一台 Windows PC,这样我就可以针对传感器进行编码。
  • 板载 Microsoft Connect 以帮助检测障碍物(Windows PC 的原因)
  • 包括用于一般位置的 USB GPS
  • 包括相机只是为了它的乐趣

在 2 年内,如果我有一些钱,那没关系,但我不想从疯狂昂贵的 GPS 开始。

感谢所有帮助过我的人!!!!

4个回答

您应该考虑翻转系统。机器人本身无需确定位置。它只需要知道该怎么做。这可以通过 WiFi 链接从固定 PC 与其通信。有了这样的链接,机器人是否确定位置或是否在固定安装中完成然后将结果传输给机器人都无关紧要。如果机器人失去了 WiFi 连接,它可以简单地停止。这可以防止它超出范围,因此无法获得它应该转身的信息,同时修剪附近的所有花园。我认为让机器人尽可能简单并将尽可能多的负担放在更易于监控、修复和使用的固定装置上也是一个好主意。

我实际上并没有这样做,但是这是我在思考您的问题时想到的。在机器人上有一个旋转的红外发射器。这可能每秒旋转一次左右。它射出一条相当窄的调制红外垂直狭缝。然后你在这个地方周围放置固定的红外传感器,主要是外围。这些指示它们何时感应到来自机器人的光束,这仅是重复间隔的一小部分。通过比较来自各种传感器的信号时间并了解它们的位置,您应该能够计算出机器人的位置。任何两个传感器的时间偏移除以信标周期,就可以告诉您从机器人看到的这两个传感器的相对角度。有了足够多的传感器和大量数学运算(在任何现代 PC 上都可以在几分之一秒内轻松完成),您可以求解机器人的绝对位置。然后,PC 通过 WiFi 链接通过 TCP 连接向机器人发送适当的命令。

机器人实际上并不需要位置信息。所有的“思考”都在固定 PC 上完成。机器人只需要一个带有 WiFI 模块和 TCP/IP 堆栈的小型嵌入式系统。您可以向机器人发送基本命令,例如相对方向、速度等。

来自任何两个传感器的数据将机器人置于还包括两个传感器的弧线上。精确的弧线取决于两个传感器的角度偏移。从理论上讲,您只需要三个弧线,这意味着三个传感器。我会使用更多,以便单个传感器可以由于各种原因暂时退出。这会过度约束问题,但使用正确的算法,您可以利用所有这些数据并找到机器人最可能的位置。

正如我所说,我还没有尝试过,但我认为你应该能够获得足够好的精度来控制割草机。至少这个方案不依赖于任何特别昂贵、难以获得的东西,或者任何推动你可以在你自己的后院合理测量的东西(例如,没有纳秒计时)。

以前的答案从割草机如何检测其位置的角度解决了这个问题。然而,传感器可以是外部的,即在房子上。放置摄像头,以便他们可以在您院子的任何地方看到割草机。在割草机和一些参考点上放一个符号或一面旗帜或一些五颜六色的东西(或使用红外反射器或 LED,这样您就可以在相机上安装陷波滤光片,只让红外光进入,简化跟踪代码)。由于摄像机是固定的,因此视频帧内的参考点和割草机的位置应提供明确的定位数据。精度将取决于相机分辨率。这样您就不必在车载电子设备上花费太多,并且您的图像处理代码可以“在家”运行。

我可以想出几种方法来实现这一点,具体取决于您希望机器人移动的范围(米还是 100 米?)

但是,GPS 绝对不会通过容易获得的硬件为您提供英寸级别的精度。要达到该精度,您需要执行载波相位差分校正。虽然这不是太棘手,但它并不像插入一个模块那么简单。您可以查看此项目以查看它的实现。

更简单的方法可能是使用红外或超声波信标,并使用机器人上的传感器来确定它与各种信标之间的相对范围。伺服安装接收器可以隔离与发射器的角度和相对信号强度。不幸的是,您不太可能以这种方式获得英寸级别的精度。

另一种选择是使用网络摄像头和一些众所周知的形状/颜色,并运行简单的图像识别。使用三角测量(也许用步进电机旋转网络摄像头)来确定你在哪里。如果您有显着的 CPU 性能(例如,BeagleBone 或上网本)而不是像 Arduino 这样的小型设备,这是可行的。