מערכת פורומים - אתר הרובוטיקה הישראלי

על ידי **איציק רונן** » ה' יולי 10, 2008 4:23 pm

ראשית רציתי לומר שאני מאוד מתרשם מכמות הידע שיש באתר והתרומה ההדדית.
לשאלתי: אני מעוניין לבנות מערכת המניעה אנטנה העוקבת אחרי מקור השידור. לצורך העניין פותח כרטיסון המקבל: אות אנלוגי פרופורציונאלי לעוצמת האות הנקלט ומוציא: פיקוד לסרבו לנוע לכיוון הנדרש. שאלתי היא האם יש תיאור של לוגיקה/אלגוריתם למימוש העקיבה. קיבלתי הצעה להשתמש ב"פילטר קלמן" אבל זה נראה מעל הרמה שלי למימוש וגם כוח החישוב והעיבוד של הכרטיס קצת מוגבל. האם יש מימוש פשוט של הפילטר הנ"ל או הצעה אחרת? האם השאלה ברורה?
המערכת עוקבת אחרי אובייקט איטי יחסית ורוחב עלומת האנטנה כ 30 מעלות.
תודה מראש לעונים
איציק

על ידי **ארי גרינשפון** » ש' יולי 12, 2008 5:27 pm

בעיקרון ככל שמבינים ומגדירים את הבעיה יותר טוב כלומר נותנים יותר אינפורמציה בשאלה
אז התשובה תהיה יותר מדויקת ולכן גם יותר טובה.

לפתור בעיות עם מסנן קלמן הם לא קשות עבור מי שלמד או התעסק בתחום הבקרה
אם התשובה היא כן אז כדאי לך לפתוח ספר טוב בבקרה שמסביר על מסנן קלמן
{אולי בספר modern control engineering של k.ogata מופיע הסבר על מסנן קלמן}

משתמשים במסנן קלמן כאשר רוצים למזג את תוצאות החיישנים
הכניסה למסנן קלמן הן המדידות של החיישנים, מסנן קלמן עושה את המיזוג של תוצאות החיישנים
ומוציא מצב משוער של המערכת
השימוש במסנן קלמן נעשה כאשר רוצים לצמצם את אי הוודאות
אז מניחים שלכל חיישן יש אי וודאות שמתפלג בצורה גאוסית
וכאשר מחברים כמה חיישנים אז תחום אי הוודאות קטן

דרך נוספת להבין מהו מסנן קלמן :
למערכת התווסף רעש לבן וגם למדידות התווספו רעשים לבנים
{אם הרעש לא לבן אז בעזרת פונקצית התמסורת אפשר לתת ביטוי כך שיופיע כרעש לבן}
מסנן קלמן צריך להביא את הרעשים למינימום

בקצרה על איך פותרים בעיות עם מסנן קלמן
קודם כל אתה צריך לפתור או לקבל ממישהו את משוואות המצב של החפץ שצריך לעקוב אחריו
וגם צריך את משוואות המצב של האנטנה שלך
בקצרה על איך לתכן מסנן קלמן :

1.ההגבר האופטימאלי של צופה המערכת הוא זה שמביע למינימום של שגיאת השערוך
(שגיאת השערוך היא ה covariance של השגיאה)
2. הגבר הזה צריך לפתור את משוואת ליאפונוב ולהביאה למינימום
{מההשוואה של 1 ו 2 נקבל משוואה}
{לפני זה צריך לבדוק האם יש למשוואת ליאפונוב פיתרון (בעזרת ההגדרות של observable, controllable, סטביליזביליות, ודטקטאביליות)}
כדי להביא את משוואת ליאפונוב למינימום צריך להשתמש במשוואת riccati
ומכאן תקבל את משוואת מקפרליין תוכל למצוא את ההגבר האופטימאלי של צופה המערכת

דרך אחרת לחשב את ההגבר של מסנן קלמן (שהוא בין 0 ל 1) היא בעזרת משקלים שנשים על החיישנים וחישוב השונות של החיישנים ולהציבם בנוסחאות

אחרי שתכננת מסנן קלמן צריך לתכנן את הבקר האופטימאלי למערכת כלומר למצוא את הגבר הבקר
האופטימאלי למערכת

יכול להיות שבשביל לבצע את העקיבה צריך גם להשתמש בראייה ממוחשבת
קודם צריך לבצע זיהוי של החפץ שרוצים לעקוב אחריו
כלומר על הרובוט צריך להיות מערכת לראייה ממוחשבת שמזהה את הקורלציה לתמונה למשל אם החפץ הוא בצבע אדום אז במערכת לראייה ממוחשבת שבתוך הרובוט תעקוב רק אחר חפץ אדום
ואם נניח הרובוט הוא בצורת מלבן אז האנטנה תעקוב רק אחרי מלבנים אדומים
את זיהוי המלבן אפשר לעשות בעזרת edge detector
את ה edge detector אפשר לעשות כך
לשים את התמונה במטריצה ועבור כל פיקסל בודקים את שמונה הפיקסלים שנמצאים מסביבו
עם הגרדיינט (כלומר השינוי בעוצמת של הפיקסלים הסמוכים, נעשה בעזרת מטריצת סובל) גדול מהחסם שקבעת threshold אז נקבל 1 אם קטן מהחסם שקבעת נקבל 0
יש כל מיני שיטות כדי לקבוע חסם טוב אפשר גם לעשות את זה בעזרת ניסוי וטעייה
ועכשיו אם יש 4 קווים שמתחברים (כלומר 4 פינות) אז אנו נזהה את זה כמלבן
אחרי הזיהוי של החפץ אתה יכול למצוא את מרכז המסה של החפץ שאתה מעוניין לעקוב אחריו
לחכות X שניות בין תמונה לתמונה ואז אתה יכול לחשב את המהירות של החפץ ששווה ל (תמונה 1 פחות תמונה 2) כל זה כפול המרחק לחלק בפיקסלים
כאן אתה צריך לחשב את המרחק ב"עולם האמיתי" עבור כל פיקסל שמופיע לך בתמונה
צריך לקחת בחשבון מה קורה כאשר חפץ אחר עובר בין הרובוט שלך לחפץ שאתה עוקב אחריו
זאת בעיה של מערכות מרובות סוכנים

בהצלחה
ארי גרינשפון

על ידי **איציק רונן** » ש' יולי 12, 2008 9:13 pm

הי ארי, הסבר מצויין, תודה.
כפי שאמרת אני אסביר קצת יותר כדי למקד את התשובות:
אני מעוניין לעקוב אחר "מקור אור" ע"י חיישן בודד. המקור יכול להמצא בכל מקום והוא בתנועה מתמדת. חיישן האור "רואה במשפך של שלושים מעלות (30 מעלות אופקי ואנכי). היות ומהירות האובייק המאיר היא נמוכה יחסית (15-20 מטר בשניה) והתנוע רחוקה יחסית (בטווח של כ 400מטר) חשבתי לשלב באלגוריתמיקת החיפוש גם פרדיקציה מסויימת. ההנחה ששום שינוי כיוון לא יקרה בפתאומיות. הרעיון הוא למצוא את המכסימום של האות בשני הצירים, היות וקצב ההתקדמות ידוע (למערכת יש זיכרון) ניתן להעריך איכן נמצא היעד הבא. כשדיברתי על פרדיקציה חבר המליץ להשתמש במסנן קלמן. מההסבר שלך אני מבין בדיוק מה הוא עושה ונראה לי קצת מוקדם מידי כדי להסתבך כ"כ. אני מחפש רעיונות לאלגוריתמיקה כמו זו שתארתי. יש למישהוא משהוא מוכן או נוסחאות בסיסיות לעזרה?
תודה מראש
איציק

על ידי **elitkh** » ש' יולי 12, 2008 10:20 pm

איך תזהה כיוונים עם חישן בודד? מעררכות העקיבה שאני מכיר עושות שימוש בשני חישנים לכל ציר (ניתן גם עם חישן אחד לכל ציר אבל זה םחות מדוייק). החישנים ממוקמים במרחק זה מזה והמערכצ נמאצ במצב "על" כאשר גובה החיווי בשני החישנים זהה. המערכת למעשה תמיד שואפת להשוות בין גובה החיווי בשני החישנים.
במערכת עם חישן אחד תצטרך לבצע סריקה מתמידה כי אין לך יכולת לדעת מהו גובה החווי המקסימלי ולאיזה כיוון לנוע ע"מ לקבל את החיווי הזה.
אתה מדבר על מהירות אובייקט של כ3 מעלות בשניה אבל יותר חשובה התאוצה-יש לך נתון כזה?
באיזה סרוו אתה מתכנן לעשות שימוש? אם מדובר בסרוו תעשייתי בד"כ מובנה בו אלגוריתם בקרת התנועה ויש אפשרות לשנות את הפרצטרם השונים של חוג הבקרה-הייתי בודק את זה לפני שהייתי מנסה לפתח אלגוריתם יעודי.

על ידי **איציק רונן** » א' יולי 13, 2008 10:51 pm

elitkh כתב:איך תזהה כיוונים עם חישן בודד? מעררכות העקיבה שאני מכיר עושות שימוש בשני חישנים לכל ציר (ניתן גם עם חישן אחד לכל ציר אבל זה םחות מדוייק). החישנים ממוקמים במרחק זה מזה והמערכצ נמאצ במצב "על" כאשר גובה החיווי בשני החישנים זהה. המערכת למעשה תמיד שואפת להשוות בין גובה החיווי בשני החישנים.
במערכת עם חישן אחד תצטרך לבצע סריקה מתמידה כי אין לך יכולת לדעת מהו גובה החווי המקסימלי ולאיזה כיוון לנוע ע"מ לקבל את החיווי הזה.
אתה מדבר על מהירות אובייקט של כ3 מעלות בשניה אבל יותר חשובה התאוצה-יש לך נתון כזה?
באיזה סרוו אתה מתכנן לעשות שימוש? אם מדובר בסרוו תעשייתי בד"כ מובנה בו אלגוריתם בקרת התנועה ויש אפשרות לשנות את הפרצטרם השונים של חוג הבקרה-הייתי בודק את זה לפני שהייתי מנסה לפתח אלגוריתם יעודי.

היות ואני מוגבל לחיישן בודד, אני רוצה כל הזמן לחפש אות מכסימאלי. מתוך זה מגיע השאלה על הפילטר, משום שאני לא רוצה לזוז יותר מידי אלה לערוך פרדיקציה מתוך הנגזרת (זמן/מקום). כרגע ההתייחסות היא לתאוצה "0" משום שבטווח הרחוק אני עוקב אחרי אובייקט הנע במהירות דיי קבוע. הוא מאיץ רק בטווחים הקצרים ושם אני עוקב בדרך אחרת. אני משתמש בסרוויים של מכוניות RC, בנינו כרטיסון שמקבל אות אנלוגי מהחיישן ומוציא PWM לסרבו.
אני עדיין מחפש אלגוריתם לעיקוב.
תודה
איציק

על ידי **elitkh** » ב' יולי 14, 2008 10:48 am

OK-הבנתי את המגבלות.
אני מניח שעשית חיפוש בגוגל -אבל מחיפוש שאני עשיתי עלו המון תוצאות חלקן מתייחסות ישירות לפילטר קלמן לאפליקציה של סנסור בודד.
לא ממש יצא לי להתעמק אבל ראיתי איזכור מאד רלוונטי-תאלץ לקנות את המאמר כולו בכתובת הזו:
http://www.stormingmedia.us/69/6912/A691293.html
החיפוש אני ביצעתי התבסס על מילות המפתח :
tracking algorithm filter " single sensor" kalman
אולי תצליח למקד יותר את החיפוש אבל ראיתי מספר כתבות ומאמרים בנושא-אין לי ספק שתמצא שם פתרון.

על ידי **איציק רונן** » ב' יולי 14, 2008 12:54 pm

elitkh כתב:OK-הבנתי את המגבלות.
אני מניח שעשית חיפוש בגוגל -אבל מחיפוש שאני עשיתי עלו המון תוצאות חלקן מתייחסות ישירות לפילטר קלמן לאפליקציה של סנסור בודד.
לא ממש יצא לי להתעמק אבל ראיתי איזכור מאד רלוונטי-תאלץ לקנות את המאמר כולו בכתובת הזו:
http://www.stormingmedia.us/69/6912/A691293.html
החיפוש אני ביצעתי התבסס על מילות המפתח :
tracking algorithm filter " single sensor" kalman
אולי תצליח למקד יותר את החיפוש אבל ראיתי מספר כתבות ומאמרים בנושא-אין לי ספק שתמצא שם פתרון.

תודה רבה על המאמץ והזמן שהשקעת: אני אצלול פנימה זה נראה כיוון טוב. היום אני עושה כמה ניסויים לבדיקת הרגישויות וההגברים, אפרסם תוצאות במידה וזה מעניין מישהו.
שוב, תודה רבה.
איציק

על ידי **elitkh** » ב' יולי 14, 2008 2:03 pm

תמונות וסרטון של המערכת יתקבלו בברכה (בהנחה שזה לא סודי כמובן)

על ידי **Ngel** » ב' יולי 14, 2008 4:54 pm

זה לא יעזור לך אבל:

בניתי פעם מעגל כזה (או דומה),
הרעיון שלי היה למצוא מיקום של כדור שפולט קרינה אינפרא אדומה.
לקחתי 3 חיישני IR וחיברתי אותם למשווים (LM324 ) ולשערים לוגיים.
ההשוואה במצב שלי היא:
ישר וימינה.
ישר ושמאלה.
ימינה ושמאלה.
שים לב לטבלה הבאה:
מיקום הכדור ישר\ ימינה' ישר\ שמאלה' ימינה\ שמאלה'
ימינה 0 לא אכפת לי 1
שמאלה לא אכפת לי 0 0
ישר 1 1 לא אכפת לי

עם השערים הלוגיים בנה פונקציה בולאנית למימוש הטבלה.

מקווה שהרעיון יעזור לך.

על ידי **ינשוף** » ו' אוגוסט 29, 2008 1:10 pm

כפי שאמר ארי, בכדי לעשות שימוש ב KF יש צורך בניסוח פונקציית התמסורת של המערכת והגדרת התפלגות הרעשים של החיישנים השונים על מנת לבצע היתוך מידע מכל החיישנים ולקבל אופטימיזציה.
במקרה שלך, ממה שאני מבין, קיים רק חיישן אחד ולדעתי בקרת PID פשוטה יחסית תפתור לך את הבעיה, בייחוד לאור העובדה שהמטרה לא מאיצה.
האם העקיבה היא במישור או במרחב? על ידי מה מתבצע הפיקוד לסרוו?

על ידי **איציק רונן** » ב' ספטמבר 01, 2008 5:49 pm

ינשוף כתב:כפי שאמר ארי, בכדי לעשות שימוש ב KF יש צורך בניסוח פונקציית התמסורת של המערכת והגדרת התפלגות הרעשים של החיישנים השונים על מנת לבצע היתוך מידע מכל החיישנים ולקבל אופטימיזציה.
במקרה שלך, ממה שאני מבין, קיים רק חיישן אחד ולדעתי בקרת PID פשוטה יחסית תפתור לך את הבעיה, בייחוד לאור העובדה שהמטרה לא מאיצה.
האם העקיבה היא במישור או במרחב? על ידי מה מתבצע הפיקוד לסרוו?

כן גם אני הבנתי ש KF זה לא מתאים למקרה. אבל גם לא PID. PID יכול להתאים לסגירה הסופית לייצוב על המטרה. הבעיה שלי היא האם ניתן לייצר אלגוריטמיקה חכמה לאיתור המקור בחיישן בודד. יש לי כרטיסון פשוט שמוציא PWM לסרבויים לאחר קבלת ההחלטה על הכיוון.
תודה שאתם קוראים ומשיבים.
איציק