Funderingar kring ir-navigeringsutrustning

[eriikh]

Tjo!

Tänkte börja på ett nytt projekt när jag kommer hem till jul. Har tänkt mig en navigeringsutrustning till små robotar och dyl. bestående av 2st ir-fyrar liknande de VOR-fyrar som används inom flygnavigering. Dessa fungrar på så sätt att de skickar ut radialer från fyren som utrustningen i planet kan detektera. Man vet alltså vilken riktning från fyren som du har. Om man då skulle veta riktningen från 2st sådana fyrar så kan man ju räkna ut var man är. Ritade en bild i paint på hur jag menar.


(Bortse från texterna ovanför fyrarna)

Hur ska jag då lösa detta?

1. Det kommer behövas 1 ir-diod för varje radial jag tänkt sända ut och som det är nu funderar jag på 36st vilket ger 10* imellan varje. Det borde räcka för att bestämma position i ett vardagsrum..

2. Det behövs endast en diod (eller fler för bättre styrka) som roteras runt några gånger per sekund likt en radar. Dessa får då kontinueligt sända ut, tex en PWM-signal som visar i vilket läge den roterande fyren va när meddelandet sändes. Eftersom man kan pwma ut en signal med 40khz vars duration kontinuerligt ändras kan man få grymt hög teoretisk precision. Men detta kräver ju att pwmsignalen verkligen överensstämmer med verkligheten.

Fördel med 1: betydligt enklare, billigare om man inte kör med för många dioder, högre uppdateringsrate.

Fördel med 2: billigt iförhållande mot precisionen, högre precision.

Om jag skulle köra på alt. 2 så kommer jag nog ändå inte använda fler radialer än 256. (en byte) Då kan jag nog få fyren att rotera runt 300rpm vilket ger snabba uppdateringar.

Problem 2 är sedan hur man ska skilja fyrarna åt. Jag har funderat på helt olika pwm-frekvenser men jag tror det kan bli *lite* störningar när fyrarna sänder samtidigt. Detta vet jag faktiskt inte hur jag ska lösa, förslag?

Jag tänker börja med att låta en pic + 4st fotodioder vara "robot" och sända över fyrarnas radialer till min dator via rs232 så kan jag (med lite hjälp) knacka ihop ett program som visar picens position på (dator-)skärmen. Tror nog min lärare skulle vara mäkta inponerad om jag kommer så långt.

Kan tillägga att jag läser till pilot nu, så det är ju inte svårt att se var jag fick inspiration från

/Erik

[JimmyAndersson]

En idé för att lösa problemet med krockande pulser:
Ta bort pulserna från fyrarna.
Låt istället roboten sända ut pulserna och fyrarna detektera var roboten är.

En annan idé:
För att skilja fyrarna åt så kanske man skulle kunna sätta en vägg mellan detektorerna på roboten. Dvs:

Kod: Markera allt

  @                   @
   .                 .
   ...             ...
   ....          .....
   ......       ......
   .......    ........
            #
            #      
        o   #   o 
            #      
            #      

Då får de alltid olika signaler.
Korta pulser borde ha mindre chans att krocka än långa pulser.


Du skulle ju även kunna använda pulserna för att bestämma avståndet till fyrarna.

[eriikh]

Okej...

Hur ska då fyrarna berätta för roboten var den är? (IR går nog bort då pga störningar) Är ju nämligen den som ska veta det och inte fyrarna.. men jag håller med om att det blir lättare

Korta pulser är en bra idé. Om man kör pwm med duty på 0,001%-0,01% så är det ju väldigt liten chans att de skulle krocka med varandra. Man kan ju köra något filter för att ta bort de mätningar där de skulle råka krocka så inte hela systemet flippar ur.

Väggar går nog bort, kan bli knepigt om båda fyrar skulle råka befinna sig på samma sida om väggen..

Avståndsbedömning av korta avstånd med ljus, kräver inte det sjukt snabba kretsar? Eller var det en speciell teknik du tänkte på?

[Icecap]

Korta pulser på olika frekvenser som inte är harmoniska av varandra.

Men vilken version du än använder måste det ju finns en kommunikation retur. Har du "löpljus" på stationerna måste roboten veta vilken vinkel den ser, alltså måste det skickas en "nord"-puls från alla stationer.

Jag hade gjort en roterande IR-mottagare som sände av de olika frekvenser och hade intern "nord"-puls, då har man allt i ett: position och riktning. Enda krux: placeringen av stationerna (tornen) måste definieras i roboten först, sedan kan den räkna ut resten själv.

[JimmyAndersson]

Tänkte inte på avståndet. Det enda som skulle behövas är iofs en frekvensräknare per fyr. Jag testade att simulera en annan idé där man inverterar den mottagna pulsen från fyren och slår ihop med en bör-puls, men det blev en lite för stor apparat av det hela till slut. Det gick iallafall ut på att moduleringen som blir med pulserna skapar ett mönster som man slog upp i en tabell och på så sätt bestämde avståndet. Det fungerade, men det finns nog enklare sätt.

angående den första idén jag hade:

"Hur ska då fyrarna berätta för roboten var den är?"

Det *går* ju med RF, men det blir nog lite för rörigt med både IR och RF.

[oJsan]

Jag har en idé om att interlace´a radiofyrarna, dvs att köra dem varannan gång för att förhindra att de stör varandra.
För att skilja dem åt så skulle man kunna dela upp PWM:en i två "frekvensband" med ett litet glapp emellan för att säkerställa separationen. Detta kräver alltså att båda fyrar styrs från samma kontrollerkort eller att de kommunicerar med varandra på något sätt.
Om du dessutom ska använda radiofyrarna i en begränsad miljö (vardagsrum?) så är det ju smart att plocka bort onödiga radialer, tex. sånna som pekar in mot en vägg.

Okey.. håll i er nu, "revolution of mspaint"! (satt precis och saknade skissblocket på jobbet... en wacom-platta skulle vara gött.)
Bilden föreställer en reducerad variant av fyrarna, placerad i två hörn av rummet. De två raderna längst ner förestället interlace-schemat mellan fyrarna och siffrorna är alltså pwm-duty uttryckt i procent.
Givetvis så behövs fler än fem IR-dioder per fyr och PWM-stegen blir då tätare. Men jag skulle rekommendera att kanske börja med fem för att se om konceptet håller. Ditt största problem kommer nog att bli 'överlapp' mellan radialer, dvs att rikta IR-ljuset kan vara lite knepigt. Kanske går att göra någon form av tratt/reflektor?!

[oJsan]

Men vilken version du än använder måste det ju finns en kommunikation retur. Har du "löpljus" på stationerna måste roboten veta vilken vinkel den ser, alltså måste det skickas en "nord"-puls från alla stationer.

Nej varför det, varje vinkel har ju en specifik PWM-duty?
Men det är ju sant, att synca vid 0 grader eliminerar ju behovet av olika PWM för olika vinklar men skapar istället ett behov av sync (kanske via radio?).

[eriikh]

Här hade det kommit många svar

Icecap: Att få robotens riktning är helt klart intressant, frågan är om inte en kompass är mycket enklaren än att applicera en roterande ir-mottagare? Det blir nog svårt att få till något sånt på en robot av "få plats i vardagsrums"-storlek. Nordpuls behövs ju då heller inte eftersom fyrarna vet var nord är. (Får ställa in dom med kompass.)

Jimmy: Hehe, intressant, kanske blir svårt att knöka ner i en krets av pic-storlek.. men om man lyckas så räcker det ju med en fyr. ultraljud kanske?

José: Att rikta ir-ljuset hade jag tänkt göra med krympslag i lagom längd, ska testa lite olika längder och se vad det får för inverkan. Vill ju inte ha döda zoner mellan ir-dioderna heller. Är ju inte hela världen om det blir lite överlappning, felet blir ju bara till "granndioden" ändå.

Ang. separation av ir-fyrarna: om fyrarna har fri sikt till varandra så kan de nog få en varsin ir-mottagare och "lyssna" (se) om det är ledigt innan de sänder. Man kanske kan fixa ett system så de turas om att sända.

Allmänt: Hade tänka att detta ska funka oavsett hur många som navigerar via systemet, då det inte blir ett navigeringshjälpmedel annars enligt mig. Det blir mer en "radiolots" om man använder dubbelriktad kommunikation för att styra roboten och det räknar jag som fusk

På lång sikt tänkte jag att systemet med lite modifikation ska funka i större skala med modellflygplan och riktiga radiosändare istället för minirobotar och ir-sändare. Men det tar vi då.

[Icecap]

Att det skulle bli stort med roterande mottagare förstår jag inte: mottagar-dioden pekande uppåt och ett spegel i 45° vinkel som kör runt över den. "Nord"-pulsen tas så ut på denna roterande spegelhållare.

Med "nord"-puls menar jag enkom att den får en referens, inte att det är fysisk nord.

Fyrens position matar man in i räknedelen av roboten så att den vet vilka ytor som är tillgängliga i förhållande till fyren.

[baron3d]

Du måste ha minst 3st ir-fyrar.

[oJsan]

Varför då? Jag anser att två borde räcka med två för att bestämma en position i planet?
OM positioneringen hade baserats på avståndet till fyrarna så hade det krävts n+1 fyrar, där n är antalet dimensioner man rör sig i.
Visst blir det bättre ju fler referenser man har vid positionering, men teoretiskt sett räcker det med två i detta fall när vinkel mäts.

[baron3d]

Rita två punkter på ett papper och prova!!!

[eriikh]

baron3d: titta på min post längst upp så ser du varför det bara krävs 2st fyrar. Mitt vardagsrumsgolv är hyfsat platt så höjd behövs inte tas med.

[baron3d]

Den enda information du kan få om du har två fyrar är vinkeln, INGET mer!
Det finns ett oändligt antal positioner med samma vinkel.

Har du dessutom en kompass ombord så går det med två fyrar.
Annars är minst tre fyrar ett minimum.

[007sweden]

Kan du beskriva 2 vinklar som korsar varandra på flera punkter? Då fyrarna är 1m från varandra.

Eftersom du mäter vinkeln på båda fyrarna.