वालेस स्वायत्त रोबोट - भाग 4 - आईआर दूरी और "एएमपी" सेंसर जोड़ें: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

नमस्कार, आज हम वालेस की क्षमताओं में सुधार के अगले चरण की शुरुआत कर रहे हैं। विशेष रूप से, हम इन्फ्रारेड डिस्टेंस सेंसर का उपयोग करके बाधाओं का पता लगाने और उनसे बचने की क्षमता में सुधार करने की कोशिश कर रहे हैं, और रोबोक्ला मोटर-कंट्रोलर की करंट की निगरानी करने और उसे एक वर्चुअल (सॉफ़्टवेयर) "सेंसर" में बदलने की क्षमता का भी लाभ उठा रहे हैं। अंत में, हम देखेंगे कि एसएलएएम (एक साथ स्थान और मैपिंग) (अभी के लिए) के बिना कैसे नेविगेट किया जाता है, क्योंकि रोबोट में अभी तक आईएमयू (जड़ता माप इकाई) या टीओएफ (उड़ान का समय) सेंसर नहीं है।

नेविगेशन द्वारा, प्रारंभ में यह केवल दो मुख्य लक्ष्य होंगे:

1. बाधाओं से बचें
2. पहचानें कि यह कहीं अटक गया है और कोई प्रगति नहीं कर रहा है। ("प्रगति" का अर्थ है कि क्या यह किसी सार्थक दूरी को आगे बढ़ाता है)
3. इसके लिए एक संभावित तीसरा लक्ष्य हो सकता है कि वह स्वयं को एक दीवार से वर्गाकार रूप से संरेखित करने का प्रयास करे।

यह परियोजना एक रोबोट किट के साथ शुरू हुई और एक कीबोर्ड और एसएसएच कनेक्शन का उपयोग करके काम करने के लिए बुनियादी आंदोलनों को प्राप्त करना।

दूसरा चरण कई सेंसरों को जोड़ने के लिए तैयार करने के लिए पर्याप्त सहायक सर्किटरी जोड़ना था।

पिछले निर्देश में, हमने कई HCSR04 ध्वनिक सेंसर जोड़े थे और रोबोट अब बाधाओं से बच सकता है क्योंकि यह अपार्टमेंट के चारों ओर घूमता है।

जबकि यह रसोई और दालान में अच्छी, ठोस सपाट सतहों के साथ अच्छा करता है, भोजन कक्ष के पास आने पर यह पूरी तरह से अंधा होता है। यह मेज और कुर्सी के पैरों को "देख" नहीं सकता।

एक सुधार ठेठ मोटर-धाराओं का ट्रैक रखने के लिए हो सकता है, और यदि मान कूदते हैं, तो रोबोट ने कुछ मारा होगा। यह एक अच्छा "प्लान बी" या सी भी है। लेकिन यह वास्तव में भोजन क्षेत्र के आसपास नेविगेट करने में मदद नहीं करता है।

(अद्यतन: वास्तव में, अभी के लिए, वर्तमान-निगरानी योजना ए है जब मैं पीछे से अस्थायी रूप से हटा दिया गया है और पीछे से सेंसर)।

इस खंड के लिए वीडियो बाधा-परिहार सेंसर के अंतिम चरण का गठन करता है।

वीडियो में आप जो देख रहे हैं वह छह फ्रंट एचसीएसआर04 ध्वनिक सेंसर और दो शार्प आईआर सेंसर हैं। वीडियो में IR सेंसर ज्यादा चलन में नहीं आए। उनकी खूबी 'ज्यादातर तब होती है जब रोबोट खुद को खाने के क्षेत्र में टेबल और कुर्सी के पैरों के सामने पाता है।

सेंसर के अलावा, करंट-मॉनिटर विशेष रूप से उलटने के दौरान चलन में आता है, अगर यह किसी चीज से टकराता है।

अंत में, यह पिछले 100 चालों के इतिहास का उपयोग करता है, और एक प्रश्न का उत्तर देने के लिए कुछ बुनियादी विश्लेषण करता है:

"क्या हाल ही में वास्तविक प्रगति हुई है (या यह कुछ दोहराए जाने वाले नृत्य में फंस गया है)?"

तो वीडियो में जब आप एक फॉरवर्ड-रिवर्स को दोहराते हुए देखते हैं, तो वह मुड़ जाता है, इसका मतलब है कि उसने फॉरवर्ड-रिवर्स पैटर्न को पहचान लिया, इस प्रकार कुछ और करने की कोशिश करता है।

सॉफ्टवेयर के इस संस्करण का एकमात्र क्रमादेशित लक्ष्य निरंतर आगे बढ़ने की कोशिश करना और बाधाओं से बचने का प्रयास करना था।

चरण 1: सहायक सर्किटरी जोड़ें (MCP3008)

इससे पहले कि हम IR सेंसर जोड़ सकें, हमें उनके और रास्पबेरी पाई के बीच इंटरफेस सर्किटरी की आवश्यकता होगी।

हम एक MCP3008 एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर जोड़ेंगे। इस चिप को रास्पबेरी पाई से कैसे जोड़ा जाए, इसके लिए कई ऑनलाइन संसाधन हैं, इसलिए मैं यहां इसमें ज्यादा नहीं जाऊंगा।

अनिवार्य रूप से, हमारे पास एक विकल्प है। यदि IR सेंसर का संस्करण 3V पर काम करता है, तो MCP3008, और हम सीधे रास्पबेरी से जुड़ सकते हैं।

[३वी आईआर सेंसर] - [एमसीपी३००८] -- [रास्पबेरी पाई]

मेरे मामले में, हालांकि, मैं ज्यादातर 5V चला रहा हूं, इसका मतलब है कि एक द्वि-दिशात्मक स्तर का मज़दूर।

[५वी आईआर सेंसर] -- [एमसीपी३००८] -- [५वी-टू-३वी द्वि-दिशात्मक बस] -- [रास्पबेरी पाई]

नोट: IR सेंसर से केवल एक सिग्नल आउटपुट होता है। यह सीधे MCP3008 की इनपुट एनालॉग सिग्नल लाइनों में से एक पर जाता है। MCP3008 से, 4 डेटा लाइनें हैं जिन्हें हमें (द्वि-दिशात्मक बस के माध्यम से) रास्पबेरी पाई से जोड़ने की आवश्यकता है।

फिलहाल, हमारा रोबोट सिर्फ दो IR सेंसर का उपयोग करके चलने वाला है, लेकिन हम आसानी से और जोड़ सकते हैं। MCP3008 आठ एनालॉग इनपुट चैनल।

चरण 2: माउंट आईआर सेंसर

शार्प कई अलग-अलग IR सेंसर बनाता है, और उनके पास अलग-अलग रेंज और कवरेज क्षेत्र होते हैं। मैंने GP2Y0A60SZLF मॉडल का ऑर्डर दिया था। आपके द्वारा चुना गया मॉडल सेंसर के स्थान और अभिविन्यास को प्रभावित करेगा। दुर्भाग्य से मेरे लिए, मैंने वास्तव में शोध नहीं किया कि कौन से सेंसर प्राप्त करना है। यह "एक प्रतिष्ठित स्रोत से उचित समय और मूल्य पर मुझे कौन से लोग मिल सकते हैं, उनके द्वारा दिए गए निर्णय" से अधिक था।

(अपडेट: हालांकि, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता, क्योंकि ये सेंसर आंतरिक परिवेश प्रकाश व्यवस्था से भ्रमित हो रहे हैं। मैं अभी भी उस मुद्दे की खोज कर रहा हूं)

इन सेंसर को रोबोट पर माउंट करने के कम से कम तीन तरीके हैं।

1. उन्हें एक निश्चित स्थिति में, सामने की ओर, एक दूसरे से थोड़ी दूर की ओर मुख करके रखें।
2. उन्हें एक सर्वो पर रखें, सामने की ओर, एक दूसरे से थोड़ा दूर की ओर।
3. उन्हें एक निश्चित स्थिति में, सामने की तरफ, लेकिन सबसे बाएं और सबसे दाएं सबसे दूर के कोनों पर, एक दूसरे की ओर कोण पर रखें।

पसंद # 1 की पसंद # 3 से तुलना करने पर, मुझे लगता है कि #3 अधिक टक्कर क्षेत्र को कवर करेगा। यदि आप छवियों पर एक नज़र डालते हैं, तो विकल्प #3 न केवल सेंसर फ़ील्ड ओवरलैप करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि वे केंद्र और रोबोट की बाहरी चौड़ाई से परे भी कवर कर सकते हैं।

विकल्प # 1 के साथ, जितना अधिक सेंसर एक-दूसरे से अलग होते हैं, केंद्र में उतना ही अधिक अंधा स्थान होता है।

हम # 2 कर सकते थे, (मैंने सर्वो के साथ कुछ छवियों को एक संभावना के रूप में जोड़ा) और उन्हें एक स्वीप किया है, और जाहिर है कि यह अधिकतर क्षेत्र को कवर कर सकता है। हालांकि, मैं कम से कम दो कारणों से, यथासंभव लंबे समय तक सर्वो के उपयोग में देरी करना चाहता हूं:

• हम रास्पबेरी पाई पर पीडब्लूएम संचार चैनलों में से एक का उपयोग करेंगे। (इसे बढ़ाना संभव है लेकिन फिर भी…)
• सर्वो के साथ वर्तमान ड्रा महत्वपूर्ण हो सकता है
• यह हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में और इजाफा करता है

टाइम-ऑफ-फ़्लाइट (टीओएफ), या शायद एक कैमरा जैसे अधिक महत्वपूर्ण सेंसर जोड़ते समय मैं सर्वो विकल्प को बाद में छोड़ना चाहता हूं।

विकल्प #2 के साथ एक और संभावित लाभ है जो अन्य दो विकल्पों के साथ उपलब्ध नहीं है। ये IR सेंसर प्रकाश के आधार पर भ्रमित हो सकते हैं। यह हो सकता है कि रोबोट को किसी ऐसी वस्तु का पठन प्राप्त हो जो आसन्न रूप से करीब हो जब वास्तव में कोई पास की वस्तु न हो। विकल्प #3 के साथ, चूंकि उनके क्षेत्र ओवरलैप हो सकते हैं, दोनों सेंसर एक ही वस्तु (विभिन्न कोणों से) को पंजीकृत कर सकते हैं।

इसलिए हम प्लेसमेंट विकल्प #3 के साथ जा रहे हैं।

चरण 3: परीक्षण का समय

रास्पबेरी पाई, MCP3008 ADC और शार्प IR सेंसर के बीच सभी कनेक्शन बनाने के बाद, यह परीक्षण करने का समय है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि सिस्टम नए सेंसर के साथ काम कर रहा है, बस एक साधारण परीक्षण।

पिछले इंस्ट्रक्शंस की तरह, मैं जितना संभव हो सके वायरिंगपीआई सी लाइब्रेरी का उपयोग करता हूं। चीजों को आसान बनाता है। कुछ ऐसा जो वायरिंगपीआई वेबसाइट की समीक्षा से बहुत स्पष्ट नहीं है, वह यह है कि एमसीपी 3004/3008 के लिए प्रत्यक्ष समर्थन है।

इसके बिना भी, आप केवल SPI एक्सटेंशन का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन जरूरत नहीं है। यदि आप वायरिंग पीआई के लिए गॉर्डन के गिट रिपोजिटरी पर नज़र डालें, तो आप समर्थित चिप्स की एक सूची में आ जाएंगे, जिनमें से एक एमसीपी 3004/3008 के लिए है।

मैंने कोड को एक फ़ाइल के रूप में संलग्न करने का निर्णय लिया क्योंकि मैं इसे इस पृष्ठ पर सही ढंग से प्रदर्शित नहीं कर सका।

चरण 4: एक वर्चुअल सेंसर - एम्पसेंसर

रोबोट को बाहरी दुनिया के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए आप जितने अलग-अलग तरीके अपना सकते हैं, उतना ही अच्छा है।

रोबोट में वर्तमान में आठ HCSR04 ध्वनिक सोनार सेंसर हैं (वे इस निर्देश का फोकस नहीं हैं), और अब इसमें दो तीव्र IR दूरी सेंसर हैं। जैसा कि पहले कहा गया है, हम कुछ और का लाभ उठा सकते हैं: रोबोक्ला की मोटर-करंट सेंसिंग सुविधा।

हम उस क्वेरी कॉल को मोटर-कंट्रोलर को C++ क्लास में लपेट सकते हैं और इसे AmpSensor कह सकते हैं।

सॉफ़्टवेयर में कुछ "स्मार्ट" जोड़कर, हम सीधे गति (आगे, पीछे), और घूर्णी आंदोलनों (बाएं, दाएं) के दौरान विशिष्ट वर्तमान-ड्रा को मॉनिटर और समायोजित कर सकते हैं। एक बार जब हम amps की उन श्रेणियों को जान लेते हैं, तो हम एक महत्वपूर्ण मान का चयन कर सकते हैं, ताकि यदि AmpSensor को मोटर-नियंत्रक से वर्तमान रीडिंग मिलती है जो इस मान से अधिक है, तो हम जानते हैं कि मोटर्स शायद ठप हो गए हैं, और यह आमतौर पर इंगित करता है कि रोबोट टकरा गया है किसी चीज में।

यदि हम सॉफ़्टवेयर में कुछ लचीलापन जोड़ते हैं (कमांड-लाइन args, और/या ऑपरेशन के दौरान कीबोर्ड इनपुट), तो हम "क्रिटिकल-एम्प्स" थ्रेशोल्ड को बढ़ा / घटा सकते हैं जैसा कि हम प्रयोग करते हैं केवल रोबोट को स्थानांतरित करने और वस्तुओं में टकराने से, दोनों सीधे अंदर, या घुमाते समय।

चूंकि सॉफ़्टवेयर का हमारा नेविगेशन भाग गति की दिशा जानता है, हम उस सभी जानकारी का उपयोग शायद आंदोलन को रोकने के लिए कर सकते हैं, और कुछ और करने से पहले कुछ छोटी अवधि के लिए आंदोलन को उलटने का प्रयास कर सकते हैं।

चरण 5: नेविगेशन

रोबोट वर्तमान में वास्तविक दुनिया की प्रतिक्रिया में सीमित है। इसमें बाधा से बचने के लिए कुछ नज़दीकी दूरी के सेंसर हैं, और इसमें वर्तमान-ड्रा की निगरानी की एक फॉल-बैक तकनीक है, अगर दूरी सेंसर एक बाधा को याद करते हैं।

इसमें एन्कोडर के साथ मोटर नहीं है, और इसमें आईएमयू (जड़त्व-माप-इकाई) नहीं है, जिससे यह जानना अधिक कठिन हो जाता है कि यह वास्तव में चल रहा है या घूर्णन कर रहा है, और कितना।

जबकि किसी को रोबोट पर वर्तमान में सेंसर के साथ किसी प्रकार की दूरी का संकेत मिल सकता है, उनका देखने का क्षेत्र व्यापक है, और अप्रत्याशितता है। ध्वनिक सोनार सही ढंग से वापस प्रतिबिंबित नहीं हो सकता है; इन्फ्रारेड को अन्य प्रकाश व्यवस्था, या यहां तक कि कई परावर्तक सतहों द्वारा भ्रमित किया जा सकता है। मुझे यकीन नहीं है कि रोबोट चल रहा है और कितना और किस दिशा में यह जानने के लिए तकनीक के रूप में दूरी में परिवर्तन को ट्रैक करने का प्रयास करना वास्तव में परेशानी के लायक है।

मैंने जानबूझकर एक Arduino जैसे माइक्रो-कंट्रोलर का उपयोग नहीं करना चुना क्योंकि a) मुझे यह psuedo-C++ वातावरण पसंद नहीं है, b) और यह कि बहुत अधिक विकास रीड-राइट मेमोरी (?) को खराब कर देगा, और मैं विकसित करने के लिए एक होस्ट कंप्यूटर की आवश्यकता होगी (?) या शायद मैं सिर्फ रास्पबेरी पाई की तरह होता हूं।

रास्पियन चलाने वाला पाई, हालांकि, वास्तविक समय का ओएस नहीं है, इसलिए इन सेंसर की अस्थिरता और हर बार ठीक से नहीं पढ़ने वाले ओएस के बीच, मुझे लगा कि इन सेंसर का उद्देश्य बाधा से बचने के लिए बेहतर अनुकूल था और नहीं वास्तविक दूरी-माप।

वह दृष्टिकोण जटिल लग रहा था और इतना लाभ नहीं था, जब हम उस उद्देश्य (एसएलएएम) के लिए बेहतर टीओएफ (उड़ान के समय) सेंसर (बाद में) का उपयोग कर सकते थे।

एक दृष्टिकोण जिसका हम उपयोग कर सकते हैं, वह यह है कि पिछले X सेकंड या कमांड के भीतर कौन से आंदोलन-आदेश जारी किए गए हैं, इसका किसी प्रकार का ट्रैक रखें।

उदाहरण के तौर पर, कहें कि रोबोट तिरछे कोने का सामना कर रहा है। सेंसर का एक सेट यह बताता है कि यह एक दीवार के बहुत करीब है, इसलिए यह घूमता है, लेकिन फिर सेंसर का दूसरा सेट इसे बताता है कि यह दूसरी दीवार के बहुत करीब है। यह केवल साइड-टू-साइड पैटर्न को दोहराते हुए समाप्त होता है।

उपरोक्त उदाहरण सिर्फ एक बहुत ही सरल मामला है। कुछ स्मार्ट जोड़ने से बार-बार होने वाले पैटर्न को एक नए स्तर तक बढ़ाया जा सकता है, लेकिन रोबोट कोने में अटका रहता है।

उदाहरण के लिए, आगे और पीछे घूमने के बजाय, यह एक तरह से घूमता है, क्षणिक उल्टा करता है (जो तब महत्वपूर्ण दूरी के संकेतों को साफ करता है), और भले ही यह दूसरी दिशा में घूमता हो, फिर भी यह किसी कोण पर वापस कोने में आगे बढ़ता है।, अनिवार्य रूप से एक ही चीज़ के अधिक जटिल पटर को दोहराते हुए।

इसका मतलब है कि हम वास्तव में आदेशों के इतिहास का उपयोग कर सकते हैं, और उस जानकारी का दोहन और उपयोग करने के तरीके पर एक नज़र डाल सकते हैं।

मैं आंदोलन-इतिहास का उपयोग करने के दो बहुत ही बुनियादी (अल्पविकसित) तरीकों के बारे में सोच सकता हूं।

• चालों की अंतिम एक्स संख्या के लिए, क्या वे वाई पैटर्न से मेल खाते हैं। एक सरल उदाहरण हो सकता है (और यह हुआ) "आगे, उल्टा, आगे, उल्टा, ….."। तो यह मिलान करने वाला फ़ंक्शन है जो या तो TRUE (पैटर्न मिला) या FALSE (नहीं मिला) देता है। यदि सही है, तो कार्यक्रम के नेविगेशन भाग में, अन्य आंदोलन-अनुक्रमों का प्रयास करें।
• चालों की अंतिम X संख्या के लिए, क्या कोई सामान्य या शुद्ध अग्रगामी गति है। कोई कैसे निर्धारित कर सकता है कि वास्तविक अग्रगामी गति क्या है? खैर.. एक आसान तुलना यह है कि अंतिम एक्स चाल के लिए, "फॉरवर्ड" "रिवर्स" से अधिक होता है। लेकिन यह केवल एक ही होना जरूरी नहीं है। इसके बारे में कैसे: "दाएं, दाएं, बाएं, दाएं"। उस स्थिति में, रोबोट को एक कोने से बाहर निकलने के लिए दाएं मुड़ना पड़ता है या क्योंकि यह एक कोण पर दीवार से संपर्क करता है, जिसे वास्तविक आगे की प्रगति माना जा सकता है। दूसरी ओर, "बाएँ, दाएँ, बाएँ, दाएँ …" को वास्तविक आगे की प्रगति नहीं माना जा सकता है। इस प्रकार, यदि "दाएं" "बाएं" से अधिक होता है, या "बाएं" "दाएं" से अधिक होता है, तो यह वास्तविक प्रगति हो सकती है।

इस निर्देश की शुरुआत में, मैंने उल्लेख किया कि एक संभावित तीसरा लक्ष्य एक दीवार से ऊपर उठना या संरेखित करना हो सकता है। उसके लिए, हालांकि, हमें "क्या हम किसी वस्तु के करीब हैं" से अधिक की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, यदि हम दूरी के संबंध में यथोचित रूप से अच्छी, स्थिर प्रतिक्रिया देने के लिए दो फॉरवर्ड-फेसिंग ध्वनिक सेंसर (इस लेख का फोकस नहीं) प्राप्त कर सकते हैं, तो जाहिर है कि अगर कोई दूसरे की तुलना में बहुत अलग मूल्य की रिपोर्ट करता है, तो रोबोट दीवार के पास पहुंच गया है एक कोण पर, और यह देखने के लिए कुछ पैंतरेबाज़ी का प्रयास कर सकते हैं कि क्या वे मान एक दूसरे के पास आते हैं (दीवार का सामना करना पड़ रहा है)।

चरण 6: अंतिम विचार, अगला चरण…

आशा है कि इस निर्देशयोग्य ने कुछ विचार दिए।

अधिक सेंसर जोड़ने से कुछ फायदे और चुनौतियाँ सामने आती हैं।

उपरोक्त मामले में, सभी ध्वनिक सेंसर एक साथ अच्छी तरह से काम करते थे और यह सॉफ्टवेयर के साथ सीधे-सीधे थे।

एक बार जब आईआर सेंसर मिश्रण में शामिल हो गए, तो यह थोड़ा और चुनौतीपूर्ण हो गया। इसका कारण यह है कि उनके देखने के कुछ क्षेत्र ध्वनिक सेंसर के साथ ओवरलैप हो गए हैं। परिवेश-प्रकाश की बदलती परिस्थितियों के साथ IR सेंसर थोड़े संवेदनशील और अप्रत्याशित लग रहे थे, जबकि निश्चित रूप से ध्वनिक सेंसर प्रकाश से प्रभावित नहीं होते हैं।

और इसलिए चुनौती यह थी कि क्या किया जाए यदि एक ध्वनिक सेंसर हमें बता रहा है कि कोई बाधा नहीं है, लेकिन आईआर सेंसर है।

अभी के लिए, परीक्षण-और-त्रुटि के बाद, चीजें इस प्राथमिकता में समाप्त हो गईं:

1. amp-संवेदन
2. आईआर-सेंसिंग
3. ध्वनिक-संवेदन

और मैंने जो किया वह सिर्फ IR सेंसर की संवेदनशीलता को कम करने के लिए था, इसलिए वे केवल बहुत करीब की वस्तुओं का पता लगाएंगे (जैसे आसन्न कुर्सी पैर)

अब तक, किसी भी मल्टी-थ्रेडिंग या इंटरप्ट-संचालित सॉफ़्टवेयर को करने की आवश्यकता नहीं है, हालांकि मुझे कभी-कभी रास्पबेरी पाई और रोबोक्ला मोटर-कंट्रोलर (सीरियल संचार की हानि) के बीच नियंत्रण की हानि का सामना करना पड़ता है।

यह वह जगह है जहां ई-स्टॉप सर्किट (पिछले निर्देश देखें) सामान्य रूप से उपयोग में आएगा। हालांकि, चूंकि मैं नहीं चाहता (अभी तक) विकास के दौरान रोबोक्ला को रीसेट करने से निपटना है, और रोबोट इतनी तेजी से नहीं जा रहा है, और मैं इसकी निगरानी करने और इसे बंद करने के लिए मौजूद हूं, मैंने नहीं किया है ई-स्टॉप को जोड़ा।

आखिरकार, बहु-सूत्रण सबसे अधिक आवश्यक होगा।

अगला कदम…

इसे यहां तक पहुंचाने के लिए धन्यवाद।

मैंने कुछ VL53L1X IR लेजर ToF (टाइम-ऑफ-फ्लाइट) सेंसर प्राप्त किए, जिससे कि सर्वो के साथ मिलकर अगले इंस्ट्रक्शनल का विषय सबसे अधिक संभावना है।