Система ультразвуковых маяков


beacon   

Данная система была разработана во время соревнований Евробот-2011.  Очень подробно о принципах работы, разработке и моделировании изделия написано в нашей статье.  Устройство прошло второй релиз.

Основная задача системы - определять расстояние между маяками. В этом случае маяк можно рассматривать как метку объекта (или просто точку в пространстве), расстояние до которого нужно определить.

Для начала сформируем технические характеристики такого измерительного устройства, чтобы понять, какие ограничения возникают при использовании и разработке:

 
 

Технические характеристики:

- Топология master-slave.

- Напряжение питания - 4.8 вольта. 4 аккумулятора  типа АА NiMh емкостью не менее 2000 мАч.

- Время автономной работы - около 8 часов в активном режиме.

- Индикация работы маяка на дисплей.

- Частоты работы ультразвука 25кГц и 33 кГц.

- Частота работы радиомодуля - 868 МГц.

- Полоса пропускания:  в режиме маяк-маяк - 5 Гц, в режиме локальной навигации - 1 Гц.

- Максимальная скорость маяка в режиме измерения: маяк-маяк - 0.4 м/с. В режиме локальной навигации пока сохраняется требование к неподвижности маяка master во время измерения.

- Полная автономность работы. Устройство само генерирует необходимые напряжения для всей периферии.

- Протокол связи с верхним уровнем - modBus RTU.

- Интерфейс связи - RS232.

- Условия работы: закрытое помещение, открытая местность. Устойчивость к помехам звукового диапазона.

- Дальность измерения: на данный надежная работа в помещении доступна на расстояние до 4 метров.

- Система инвариантна к углу установки. Ультразвуковое поле распределяется в узкой полосе в плоскости распространения с очень малым углом расхождения в секторе 360 градусов. Поэтому сейчас есть жесткое требование нахождения маяков в одной плоскости во время измерения.

- Точность системы составляет около 2-3 см в статическом режиме.

- Внимание! Система не требует никаких активных отражателей и прочего. При измерении в помещении работа системы настроена таким образом, что измерение происходит только тогда, когда предыдущий сигнал рассеялся и эфир пуст.  Таким образом система измеряет именно расстояние между маяками, а не случайный отраженный сигнал.

Таким образом, по отношению к мобильной робототехнике возможно 2 варианта работы:

1. маяк-маяк

2. маяк-система маяков

Режим 1. Предназначен для определения расстояния между двумя маяками. Этот режим использовался нами в Евробот-2011 и позволил пройти все этапы допуска. Когда расстояние до вражеского робота становилось меньше критической величины, то робот останавливался. Значение расстояния до маяка хранится в одном из регистров  modBus и обновляется примерно 5 раз в секунду.  В этом режиме достигается наибольшая точность и скорость работы. Стоит отметить, что измерения проходят через 2 фильтра, за счет чего достигается неплохой результат по точности измерений для мобильной робототехнике.

Режим 2. Его принцип работы наглядно демонстрирует следующая схема:

working-beacon-principle     Здесь видно, что есть метки пространства (собственно где стоят периферийные маяки), они имеет свои координаты. Маяк-master измеряет расстояния до каждого из маяков, затем решением переопределенной системы находится координаты маяка-master относительно маяков-slave. Система координат может быть задана пользователем, то есть начало СК находится в одном из маяков, координаты остальных могут быть заданы с использованием регистров modBus. Таким образом можно достичь достаточной гибкости системы.

Ультразвуковой маяк

Ультразвуковой маяк

Габариты: 80х80х80 мм

Крепления: прижимные уголки.

Корпус:  алюминий

Документация:

3d модель

Чертеж

Руководство пользователя