Wegmessung (Odometrie)

Zusammenfassung

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Mittels Odometrie können sowohl Geschwindigkeit als auch kurzfristige Position des ArduMower ermittelt werden. Dies basiert auf der Zählung der Umdrehungen des linken und rechten Radantriebsmotors (Motor-Encoder erforderlich zur Nutzung der aktuellen Ardumower-Software).

Momentan wird die Odometrie folgendermaßen genutzt:

• Gewährleistung der gleichen Drehzahl bei rechtem und linken Antriebsrad des Ardumower beim Vorwärtsfahren.

Pinbelegung der Ardumower Motor-Encoder

Die Motoren aus dem Shop verfügen über 2-Kanal-Encoder. Diese liefern 5 Impulse per Motorumdrehung. Multipliziert man diese mit dem Übersetzungsverhältnis des Getriebes von 1:212, erhält man 1060 Encoderimpulse pro voller Radumdrehung.

Pinbelegung und Verdrahtung der Encoder-Anschlüsse:

grün  ---- GND
braun  ---- VCC
blau   ---- Odometry1 (Kanal 1)
lila ---- Odometry2 (Kanal 2)

WICHTIG: Auf den PCB V0.5/1.2 fehlen die Pull-up-Widerstände! Du mußt sie selbst ergänzen:

odometry1 --- 4.7k --- 5v
odometry2 --- 4.7k --- 5v

Signalverlauf der Odometrie-Encoder

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Vorwärts: Pin 1 zeigt Übergang LOW->HIGH und Pin 2 = HIGH
Rückwärts: Pin 1 zeigt Übergang LOW->HIGH und Pin 2 = LOW

Encoder im Eigenbau

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  Ambrogio L50: An encoder wheel of a computer mouse is glued to a slice. The screw of the wheel shaft is unscrewed, and the slice is added. Embedded in two Plexiglas pieces is a photo diode and photo transistor of a light barrier (e.g. LTH 301)

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  Tianchen TC-G158 (right): A light barrier (e.g. LTH 301) is interrupted by a gear-weheel of the motor shaft. ).

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  LTH301 circuit

Circuit

VCC           pinArduino
+--13 KOhm----+-------Collector  Emitter---GND
+--380 Ohm------------Anode      Kathode---GND

Differential drive

By adding (integrating) Odometry speed, we can calculate distance and heading.

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  Differential drive

Distance per wheel:

left_cm  = ticksLeft  / odometryTicksPerCm
right_cm = ticksRight / odometryTicksPerCm

Heading:

wheel_theta = (left_cm - right_cm) / odometryWheelBaseCm
odometryTheta += wheel_theta

Overall distance:

avg_cm  = (left_cm + right_cm) / 2.0
odometryX += avg_cm * sin(odometryTheta)
odometryY += avg_cm * cos(odometryTheta)

Ground measurement error

By adding (integrating) Odometry speed, we can calculate distance and heading. However, as we are adding a small error each time (due to not exact physical ground measurement), distance and angle errors are increasing. This can be solved by sensor fusion.

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  Odometry error

Motor-Regler (PID)

Die Drehzahlregelung der Radantriebe erfolgt per Software über einen PID-Regler. Die Qualität der Regelung kann per pfodApp visualisiert werden (Plot->Motor control):

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Video

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