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Re: Positionserkennung

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On 17.07.16 01.57, Hans-Peter Diettrich wrote:
> Eben bin ich über einen Vorschlag gestolpert, wie sich ein oder mehrere
> mobile Roboter auf einer Fläche orientieren könnten. Dazu werden
> Ultraschallsignale von festen Positionen über die Fläche geschickt, und
> (jeweils?) ein Infrarotsignal zur Feststellung der Laufzeiten.

Geht. Es gab mal Ultraschall 3D bzw. 6D Mäuse, die so gearbeitet haben. 
Ist bestimmt schon 15-20 Jahre her, wo ich die auf der CeBit in der Hand 
hatte.

Das mit dem IR-Sync für die Laufzeiten schenkt man sich allerdings. 
Alles, was man braucht, ist ein Ultraschallsender mehr als für die 
Ortsbestimmung nötig. Also für 2D 3 Sender mit bekannten Koordinaten, 
für 3D drei. Im Prinzip dasselbe wie bei GPS.

> Die Idee ist einleuchtend, aber was ist mit Reflektionen?

Üblicherweise nimmt man Signale deren Form man sehr genau kennt und die 
man per Kreuzkorrelation gut erkennen kann. Die bekommen dann noch die 
notwendigen Zeit- und Ortsdaten aufmoduliert und fertig. In der Annahme, 
dass ein Echo immer erstens schwächer und zweitens später kommt, als der 
Direktschall, kann man es leicht als solches erkennen.
Aber, wenn keine freie Bahn herrscht (viele Roboter) und man von einigen 
Sendern gar keinen Direktschall bekommt, wird die Sache schwierig. Dann 
macht man die Sache überbestimmt, indem man zusätzliche Sender 
hinzufügt. Sobald der Direktschall von 3 bzw. 4 Sendern ankommt, ist 
eine Ortsbestimmung möglich. Wieder dasselbe wie bei GPS.
Auf einer 2D Fläche mit fahrenden Robotern wären z.B. 4 Sender, an jeder 
Ecke des Feldes einer, eine Möglichkeit. Sobald man 3 davon sauber 
empfängt, hat man die Position.
Bei den Sendern gibt es noch die Möglichkeit über ein Waveguide die 
Abstrahlung auf eine Ebene zu begrenzen. Damit ist man die lästigen 
Reflexionen am Boden weitgehend los, die bei größerer Entfernung nur mit 
sehr kurzer Verzögerung hinterherkommen.
Alternativ kann man den Empfänger auch so programmieren, dass er damit 
klar kommt, und das als zusätzliche Information verwendet. Aus dem 
resultierenden Kammfilter kann man kombinierte Entfernungs- und 
Höheninformationen zu einem Sender bekommen. So macht es z.B. unser Ohr 
(bzw. Gehirn) bei der vertikalen Ortung.
Den Empfang auf einer 2D Fläche kann man verbessern, indem man die 
Sender hoch oben anordnet. Dann gibt es weniger Verschattung bei 
gleichgroßen Robotern. Dann hat man das Bodenecho zwar wieder voll drin, 
aber dafür kommt es deutlich später.

Wenn man am Gerät noch mehrere Ultraschallsensoren verwendet bekommt man 
zusätzlich die Information zu den Rotationsachsen (6D). Wenn man den 
Dopplereffekt noch auswertet bekommt man auch noch die Geschwindigkeit. 
Über die korrelierte Auswertung des zeitabhängigen Dopplereffekts 
mehrerer Sensoren bekommt man zusätzlich noch die Winkelgeschwindigkeit 
des Objekts.
Da geht also wirklich eine ganze Menge, wenn man nur will.

> Hat jemand
> Vorschläge für ein praxistaugliches System?

Gibt es schon. Aber wer das herstellt, weiß ich jetzt nicht auswendig.

Als Bastelprojekt wäre es auch interessant. Da kann man sicher einiges 
über digitale Signalverarbeitung und Schallausbreitung lernen.

Kleiner Tipp noch. In allen möglichen dieser Formeln kommt die 
Schallgeschwindigkeit als Konstante vor. Böderweise ist die aber alles 
andere als konstant. Sie ist allen voran Temperaturabhängig. Solange die 
Lufttemperatur einigermaßen homogen ist, ist das kein Problem. Da 
braucht man wieder nur einen Sender mehr, und die Sache ist bestimmt. 
Wenn man also bei einer 2D Ortsbestimmung alle 4 Sender mal gleichzeitig 
empfängt, dann hat man die Schallgeschwindigkeit. Wenn allerdings das 
ganze in größeren Dimensionen statt findet (z.B. Bolzplatz) und die 
Sonne ordentlich darauf brezelt, dann ist die Schallgeschwindigkeit 
höhenabhängig, also unten am Boden wärmer = schneller. Das hat zur 
Folge, dass die zeitlich kürzeste Verbindung von Sender zu Empfänger 
keine Gerade mehr ist, sondern eine nach unten durchgebogene Kurve, und 
das verfälscht entsprechend die Messwerte.


Marcel

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Positionserkennung Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-07-17 01:57 +0200
  Re: Positionserkennung usenetmuell@raimund.in-berlin.de (Raimund Nisius) - 2016-07-17 09:02 +0200
  Re: Positionserkennung "horst-d.winzler" <horst.d.winzler@web.de> - 2016-07-17 09:24 +0200
  Re: Positionserkennung Marcel Mueller <news.5.maazl@spamgourmet.org> - 2016-07-17 09:44 +0200
    Re: Positionserkennung Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-07-17 14:00 +0200
      Re: Positionserkennung Marcel Mueller <news.5.maazl@spamgourmet.org> - 2016-07-17 18:13 +0200
        Re: Positionserkennung Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-07-17 19:30 +0200
  Re: Positionserkennung Volker Bartheld <news2016@bartheld.net> - 2016-07-17 14:30 +0200
    Re: Positionserkennung Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-07-17 19:13 +0200

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