Поддержание высоты камеры при движении (заданной высоты)

[Dmitry 1]

Всем привет, прикрепил изображение-схему того что необходимо реализовать
Уже сломал голову как это реализовать.
Суть задачи:
есть робот с камерой
камера закреплена на оси Z
робот движется по неровной поверхности
и необходимо компенсировать эти неровности путем поднятия/опускания камеры по оси Z

На каких комплектующих ардуино это можно реализовать?
В какую сторону копать в поисках, буду рад любой помощи, любому совету!
Ни как не могу сам победить эту задачу.

 

[Старик Похабыч]

1) вычислять абсолютное значение высоты над уровнем моря. различные датчики давления. Но точность дешевых так себе. Со временем будет уползать показание. BME и нечто похожее.
2) GPS приемник. Опять же вычислять высоту. Но он получает значения раз в секунду, думаю этого маловато будет.
3) теоретически можно попробовать на MPU6050, но математика будет сложной. Ловить изменения ускорений и повороты, вычислять скорости и рассчитывать смещения

 

[Эдуард Анисимов]

Можно взять детали от CNC или вот такую вещь поискать, только не такую мощную.

AliExpress.com - Maintaining

Это для механики.

 

[Dmitry 1]

1) вычислять абсолютное значение высоты над уровнем моря. различные датчики давления. Но точность дешевых так себе. Со временем будет уползать показание. BME и нечто похожее.
2) GPS приемник. Опять же вычислять высоту. Но он получает значения раз в секунду, думаю этого маловато будет.
3) теоретически можно попробовать на MPU6050, но математика будет сложной. Ловить изменения ускорений и повороты, вычислять скорости и рассчитывать смещения

поскольку работа в помещении, то идеальным будет 3 вариант.
но с моим уровнем знаний это не реализовать
не знаете к кому обратиться ил где искать способ реализации

 

[poty]

Если речь о площадке типа такой, что изображена на рисунке, задача разделяется как минимум на две:

• сохранение горизонтальности установки камеры (и вот эта задача тоже может разделяться на две оси: по ходу движения и перпендикулярно ему);
• сохранение высоты установки камеры.

Первая задача, скорее всего, легче решается гироскопами и свободной подвеской в этих осях.
Вторая задача - гораздо сложнее. Смещение камеры, как я понимаю, не настолько велико, чтобы это достоверно можно было бы "поймать" по измерению давления или GPS. Я предполагаю, что лобовое решение проблемы - анализ изображения с камеры и коррекция по типу компенсации дрожания в современных видеокамерах. Это - довольно дорогие сенсоры, да и результат там не самый удобный в использовании. Если точности большой не надо, то акселерометр с инклинометром также может решить эту задачу. Если есть возможность подсветить объект, на который направлена камера, то можно попробовать реализовать тот же принцип, что используется в компьютерной мышке.

 

[Dmitry 1]

Если речь о площадке типа такой, что изображена на рисунке, задача разделяется как минимум на две:

• сохранение горизонтальности установки камеры (и вот эта задача тоже может разделяться на две оси: по ходу движения и перпендикулярно ему);
• сохранение высоты установки камеры.

Первая задача, скорее всего, легче решается гироскопами и свободной подвеской в этих осях.
Вторая задача - гораздо сложнее. Смещение камеры, как я понимаю, не настолько велико, чтобы это достоверно можно было бы "поймать" по измерению давления или GPS. Я предполагаю, что лобовое решение проблемы - анализ изображения с камеры и коррекция по типу компенсации дрожания в современных видеокамерах. Это - довольно дорогие сенсоры, да и результат там не самый удобный в использовании. Если точности большой не надо, то акселерометр с инклинометром также может решить эту задачу. Если есть возможность подсветить объект, на который направлена камера, то можно попробовать реализовать тот же принцип, что используется в компьютерной мышке.

сохранение горизонтальности уже есть мысли как реализовать
а вот по сохранении высоты, есть задача сделать максимально точной поддержание высоты +-1мм

 

[poty]

есть задача сделать максимально точной поддержание высоты +-1мм

Думаю, единственный способ - анализ изображения, пусть и размытого. На Ардуино это не сделать, нужно что-то помощнее.

 

[Dmitry 1]

Думаю, единственный способ - анализ изображения, пусть и размытого. На Ардуино это не сделать, нужно что-то помощнее.

а если на основании гироскопа? изменения угла и пройденный путь, и соответственно компенсация изменений

 

[Dmitry 1]

Измеритель уровня (уклономер) на основе Arduino и MPU6050: схема и программа

В этой статье мы рассмотрим создание цифрового измерителя уровня (инклинометра, креномера, уклономера) своими руками (DIY) на основе платы Arduino и MPU6050

microkontroller.ru

зная эти значения\отклонения от 0 можно регулировать высоту камеры?

Произошел наклон вперед, загорелся светодиод, сработал мотор-компенсировал отклонение, светодиод потух.

 

[poty]

Можно, но не с такой точностью, как Вы хотите. Первая проблема - точность самого инклинометра.
Если "неровности" не специально подготовлены, изменения угла не будут постоянными и вычисления быстро превращаются в довольно объемные вычисления с плавающей точкой и накапливающийся ошибкой.
Отдельная проблема - измерение пройденного горизонтального расстояния с высокой точностью. Если тележка опирается на поверхность плоскостью или имеет два трека, обязательно будет разность в пути между левой и правой стороной тележки (или нужно будет вычислять горизонтальное смещение, при этом учитывая боковое и вертикальное смещения тоже). В своё время я этим занимался и алгоритмы там непростые. Но всё возможно, конечно.

 

[Старик Похабыч]

Перемещение камеры в каком диапазоне ? Если считать потолок ровным и до 4 метров, то к примеру высоту определять по ультразвковому дальномеру
Опять же из вопрошающего приходиться силком вытягивать подробности... Может сразу паяльник ему ?

 

[Dmitry 1]

Перемещение камеры в каком диапазоне ? Если считать потолок ровным и до 4 метров, то к примеру высоту определять по ультразвковому дальномеру
Опять же из вопрошающего приходиться силком вытягивать подробности... Может сразу паяльник ему ?

Хорошее предложение по паяльнику, я просто не знаю что конкретно может потребоваться для реализации и поэтому не знаю что сказать.

 

[Старик Похабыч]

Чем больше подробностей будет тем проще отвечать. Но про высоту потолка, его ровность, и величину перемещения я ответов не увидел.
Опять же .. камера едет только в одном направлении или обратно тоже ? Направление строго прямая линия или с поворотами ? Траектория постоянная или может меняться ?

 

[Dmitry 1]

Чем больше подробностей будет тем проще отвечать. Но про высоту потолка, его ровность, и величину перемещения я ответов не увидел.

Потолок не достаточно ровный для ориентира+ различные помещения использования.
Основная суть задачи, необходимо поддерживать заданную высоту камеры относительно 0 точки отсчета при перемещении вперед. уклон до 5см. точность необходима максимально возможная, платформа на гусеницах.

Можно, но не с такой точностью, как Вы хотите. Первая проблема - точность самого инклинометра.
Если "неровности" не специально подготовлены, изменения угла не будут постоянными и вычисления быстро превращаются в довольно объемные вычисления с плавающей точкой и накапливающийся ошибкой.
Отдельная проблема - измерение пройденного горизонтального расстояния с высокой точностью. Если тележка опирается на поверхность плоскостью или имеет два трека, обязательно будет разность в пути между левой и правой стороной тележки (или нужно будет вычислять горизонтальное смещение, при этом учитывая боковое и вертикальное смещения тоже). В своё время я этим занимался и алгоритмы там непростые. Но всё возможно, конечно.

Спасибо, согласен что сложно это, но результат думаю будет достойный если это реализовать

 

[Старик Похабыч]

в целом V=V0+dt*A , dt имеется, А не совсем. начальное ускорение 0. Акселерометр будет ловить изменение ускорения, у него там вроде 1000 раз в сек точно можно. Что то и больше. Надо документацию смотреть. Соотв. вычисляется вертикальная скорость. А уже из скорости посчитать расстояние не сложно.

 

[Dmitry 1]

в целом V=V0+dt*A , dt имеется, А не совсем. начальное ускорение 0. Акселерометр будет ловить изменение ускорения, у него там вроде 1000 раз в сек точно можно. Что то и больше. Надо документацию смотреть. Соотв. вычисляется вертикальная скорость. А уже из скорости посчитать расстояние не сложно.

Спасибо, это отлично, что возможно реализовать. Но я честно скажу, я сам не смогу
Я по механике, а вот с программированием на вы(

 

[Старик Похабыч]

Это даже не программирование, это физика, равноускоренное движение. Тут программист может не справиться - не все такую физику помнят. Я например тоже плохо помню. Понимаю, что надо как то переходить к мгновенным скоростям и считать что за отрезок времени dt скорость была постоянной.

 

[Dmitry 1]

Это даже не программирование, это физика, равноускоренное движение. Тут программист может не справиться - не все такую физику помнят. Я например тоже плохо помню. Понимаю, что надо как то переходить к мгновенным скоростям и считать что за отрезок времени dt скорость была постоянной.

Как мне найти человека который поможет реализовать данную задачу. Я знаю суть задачи, но не понимаю метод реализации

 

[bort707]

Понимаю, что надо как то переходить к мгновенным скоростям и считать что за отрезок времени dt скорость была постоянной.

считать-то как раз не проблема, обыкновенное цифровое интегрирование. Вопрос в другом - откуда вы скорость и ускорение собираетесь получить с необходимой точностью? Акселерометр в условиях движущейся гусеничной платформы даст одни шумы...как мне кажется, абсолютно не пригодные для подсчета суммарного перемещения.

Честно говоря, я пока решения, которое дало бы заданную точность - не вижу даже близко...

 

[Dmitry 1]

считать-то как раз не проблема, обыкновенное цифровое интегрирование. Вопрос в другом - откуда вы скорость и ускорение собираетесь получить с подобной точностью? никакой акселерометр вам этого не даст, кмк

Честно говоря, я пока решения, которое дало бы такую точность - не вижу даже близко...

Если робот будет двигаться заданными шагами? Всегда с одной скоростью и проходить одно расстояние

 

[poty]

Если робот будет двигаться заданными шагами? Всегда с одной скоростью и проходить одно расстояние

При движении по пересечённой местности такого не будет. Линейное движение гусениц будет переходить в трёхосное перемещение. Нужно будет считать по трём осям + делать проекцию этих перемещений на ось Z, чтобы определить истинное смещение по высоте.
И я бы не был так уверен, что Вы сможете адекватно смещать камеру на нужное расстояние. Инерция, упругость крепежа, деформация корпуса, прогиб гусеницы.... Эту задачу решают военные при управлении беспилотниками и всякими ракетами управляемыми, и алгоритмы там - ой какие непростые!

 

[bort707]

Если робот будет двигаться заданными шагами? Всегда с одной скоростью и проходить одно расстояние

Вас же не горизонтальное перемещение интересует, а вертикальное? - какая разница. одинаковые у него шаги или нет...это не сильно помогает.

 

[Dmitry 1]

При движении по пересечённой местности такого не будет. Линейное движение гусениц будет переходить в трёхосное перемещение. Нужно будет считать по трём осям + делать проекцию этих перемещений на ось Z, чтобы определить истинное смещение по высоте.
И я бы не был так уверен, что Вы сможете адекватно смещать камеру на нужное расстояние. Инерция, упругость крепежа, деформация корпуса, прогиб гусеницы.... Эту задачу решают военные при управлении беспилотниками и всякими ракетами управляемыми, и алгоритмы там - ой какие непростые!

Движение будет внутри помещения, а уклон общей плоскости на длину 5-10 метров до 5 см

Вас же не горизонтальное перемещение интересует, а вертикальное? - какая разница. одинаковые у него шаги или нет...это не сильно помогает.

Как я это предполагаю: датчик измеряет на какой градус отклонился горизонт, известен путь пройденный с данным отклонением, предположим 1 оборот шагового двигателя, и опытным путём найти взаимосвязь и задать условие Ардуино, например 1 градус отклонения от горизонта равен ХХ миллиметрам на оси z, производить движение циклами. Где я ошибаюсь?

 

[bort707]

Как я это предполагаю: датчик измеряет на какой градус отклонился горизонт, известен путь пройденный с данным отклонением, предположим 1 оборот шагового двигателя,

пока примерно так

опытным путём найти взаимосвязь и задать условие Ардуино, например 1 градус отклонения от горизонта равен ХХ миллиметрам на оси z, производить движение циклами.

это все лишнее.

Вместо этого с хорошей частотой (10-100-1000 раз в секунду) измеряем угол и горизонтальное перемещение, усредняем данные и по формулам школьной геометрии получаем перемещение по вертикали за единицу времени. Шаг усреднения придется подобрать - это всегда компромисс между подавлением шумов и быстрым откликом на изменения

И не имеет никакого значения, двигается ли робот равными шагами или нет.

Весь вопрос в том, позволит ли инклинометр получить достаточно устойчивые данные, чтобы обеспечить нужную точность.

 

[poty]

Почему Вы учитываете только наклон по ходу движения? Пол имеет наклон только в одном направлении? (рассчитываемо, дополнительные вычисления)
Пол идеально ровный? Т.е., не будет локальных "возмущений" на пути к заветным 5 см?(снижение скорости)
5см на 5м - это угол 34". Сравните с одним из вариантов инклинометров. (особенно обратите внимание на частоту показаний для обеспечения такой точности)
На какой высоте подвешена камера? Наклон в любом направлении будет давать изменение в высоте, пропорциональное этой самой высоте. (рассчитываемо, дополнительные вычисления)
Каким образом будут демпфироваться точным образом вибрации от двигателя, передачи, упругости колёс/гусениц... (решаемо, но ценой снижения скорости)

В целом задача в Вашей формулировке превращается в вырожденную...

результат думаю будет достойный если это реализовать

в качестве академического - да