roboforum.ru

Привет, мужики! Начинаем разрабатывать вот такой проект: "Коллективный поиск точечных источников радиации" на базе робототехнической лабы при университете.
Необходимо собрать трех агентов и один сервер для координации действий.
Задача сводится к построению "тепловой карты" радиации заданного участка.
Потратив ночь на чтение статей по автономной навигации (SLAM) и безуспешные поиски бюджетных лазерных дальномеров остановился на следующем (раз, два):
- Попробую развернуть Rapyuta, или собрать нечто подобное самостоятельно.
- На всех роботах будет стоять ASUS Xtion PRO, Wi-Fi, энкодеры на колесах, электронный компас (IMU), несколько УЗ-бамперов, возможно другие датчики.
- Агенты будут на шасси 6WD wild thumper с Paspberry Pi или чем-то подобным на борту + счетчик Гейгера.
- Сервер на шасси по-больше с неттопом на борту. Компьютер будет обрабатывать 4 видео-потока одновременно.

Мне не нравится данная архитектура тем, что агенты будут полностью управляться с сервера - а это задержки при передаче команд, возможная потеря связи и тп. Но как обрабатывать видео на борту и не таскать тележку с аккумуляторами я не придумал, или я недооцениваю производительность ARM компьютеров? FPS на Raspberry Pi удручает =(
Так же хочется использовать этих роботов в дальнейшем для других проектов, по-этому автономность не помешает.

Шасси:
Трехколесная этажерка с ноутбуком и т.п. на борту не подойдет, т.к. роботы будут ездить по неровной, грязной поверхности (ангары там всякие и тп)
Рассматривались вот эти гусеничные шасси:
1. Tank chassis Caterpillar
2. Tank chassis crawler
3. Metal robot chassis Crawler
Но уж больно понравилось как Wild Thumper 6WD отжигал по бездорожью.
Хотя, скорость визуального SLAM не позволит так быстро перемещаться, скорее ползать буду, ну да ладно, лишним не будет =)
Телегу для сервера ещё не подобрал.

Радиация:
Слышал, что радиация сильно влияет на видео-камеры. Думаю обшить всю электронику 5мм свинцом и свинцовым стеклом для Xtion. Датчик глубины Xtion состоит из инфракрасного проектора объединенного с монохромной КМОП-матрицей, как я понимаю, стекло мешать не должно.
Уровень радиации не обговаривался, к тому же это просто концепт, который не будет использоваться в боевых условиях, но некоторую защиту нужно предусмотреть.

SLAM:
1. ROS (GMapping или rgbdslam), два, три - похоже, то что доктор прописал, при условии автономности агентов. Только нужно придумать, как эти карты на сервере совмещать, чтобы агенты не тратили время на исследование одной и той же территории.
2. Rapyuta mapping-in-the-cloud - пока это система только для совместного составления карты, без возможности управления роботом и без документации =/ Я не понял используют ли они на сервере OpenCV или ещё что, но идея нравится. В Rapyuta разработан протокол общения между роботами, что является основой нашего проекта. К тому же написан на питоне, основном языке товарища из команды и выложен на гитхаб, можно поковырять.

Одометрия:
1. Одометрия на неровной поверхности будет отдавать плохие данные, что если поставить по энкодеру на каждое из шести колес, использовать их среднее значение и данные с компаса?
2. Визуальная одометрия - даже не знаю, как вариант для подстраховки, но сложно и жрет много ресурсов.

Дальномеры:
1. УЗ + ИК - если я всё правильно понял, для составления карты мало пригодны.
2. Лазерные - дорогие, не вписываюсь в бюджет.
2.а. Выдрать из пылесоса Neato- тоже вариант, из плюсов - скорость и точность, жрет меньше ресурсов, из минусов - у Xtion больше возможностей применения в других проектах. Интересно ваше мнение.
2.б. Сделать самому - сложно.
3. Kinect, Xtion - пока остановился на этом варианте.
4. OpenCV - стереоскопическое зрение, как у Qbo.

Архитектура:
По большому счету, суть проекта заключается в создании взаимодействующих роботов. Поиск источников радиации лишь прикладная задача, на которой будет производиться тестирование. (Ну и финансирование для лаборатории с таким проектом проще будет найти, радиация - тема горячая)
Вижу следующие варианты архитектуры:
1. Агенты полностью управляемые с сервера. - Дешевле всего, но сильная зависимость от качества связи, большие нагрузки на сервер, сложно масштабировать (упираемся с производительность сервера)
2. Автономные агенты и сервер для построения общей карты / коммуникации. - Хороший вариант - возможность использовать агентов без сервера, легко масштабировать. Дороже всего, но денег должно хватить.
3. Автономные агенты без сервера, взаимодействующие друг с другом напрямую. - будет сложнее написать ПО, но за счет лишних денег агентов можно оборудовать лучшим железом. Масштабировать систему проще всего. Мощных роботов можно использовать для других проектов с высокими требованиями к ресурсам.

Сроки: к июню сделать прототип с ограниченным функционалом, + 2-3 месяца для окончательной реализации.

Бюджет: $4000 - $6000

Интересно ваше мнение насчет архитектуры и советы по следующим пунктам:
1. ПО для навигации и построения карты
2. Выбор подходящих микроконтроллеров, плат расширения
3. Какими датчиками стоит оборудовать агентов

Добавлено спустя 27 минут 31 секунду:
По совету setar'а пошел читать тему "Автономная навигация робота"

kvilon, для андроида есть openni, насколько там всё нормально и удобно сделано не скажу. планшет с 4х ядерным процом и 1-2гб озу можно взять за ~100$. c 2х ядерным и 512-1024 озу примерно за 50-70$. если экран не нужен, то можно брелки/коробочки взять, ценник на них от 25$. гуглите "android dongle", "android tv box". моторы, датчики в этом варианте возложить на переферийный мк, мегу (ардуину), стм8/32, пик или что вам там больше нравиться. вот ещё варианты плат http://www.hardkernel.com/main/products/prdt_info.php, http://beagleboard.org/Products/BeagleBone%20Black,... естm ещё всякие intel nuc, мелкие платы на амд и виавских процессорах.
в дипломе или что вы там пишите для бла бла бла, смотрите как всё стремительно развивается a80 optimus board, gigabyte brix, intel nuc и всякие sodimm платы с i3/i5/i7.
если прокидывать кстионы по вайфаю, можно роутер взять и перешить на openwrt. как и в варианте выше, использовать переферийный контроллер для управления моторами и работы с датчиками.
если данные с кстиона не на сервак для обработки отправлять, то можно использовать различные приёмо-передатчики, допустим что-то от nordic nrf24, nrf51, nrf9. у них есть и со встроенным мк, есть c юсб. nrf51822 недавнвно заприметил, имхо очень даже интерестный вариант. хотя вариантов приёмо-передатчиков море, просто мне от нордика очень нравятся. кстати есть вариант на вифи делать mesh сети. ячеистые самоорганизующиеся сети для таких задач очень полезны. если интерестно, гуглите "mesh wifi".
имхо для таких задач вам лучше (но немного сложней в реализации, по крайней мере на начальной стадии) делать без централизированной обработки почти всего на сервере. с центральным сервером система легко может получиться очень убогой (ограничена, не надёжна, при росте кол-ва ботов очень усложняется, растут требования к серверу и т.д.).
эти шасси не факт, что подойдут для тех условий, в которых будете ботов гонять. если китайцы "паркетник" делали, то гусеницы только так будут слетать или рваться. как вариант что-то на подобии http://roboforum.ru/forum10/topic13652.html. но у него совсем не бюджетно. thumper`а вы видели, аналогичное за недорого можно делать из недорогих мотор-редукторов и пластиковых труб. примерно так http://letsmakerobots.com/node/5155. хотя как вариант и ещё проще http://letsmakerobots.com/node/16593, http://darknrgy.typepad.com/darknrgys-blog/6wd-robot/ и т.д.
если размер платформы может быть немного поболее, то бюджетно можно на бюджетных мотор-редукторах (стеклоподъёмники,...) и колёсах для тележек (на хозрынках и профильных конторах), стоят они очень недорого. +сможете очень ёмкие свинцовые акумы поставить. примерно такое

только бюджетней будет.
задача в общем я так понимаю просто создать демонстрационный вариант. для реальных применений в условиях радиации, боюсь прототип может не подойти. хотя это уже от уровня радиации зависит.

Для демонстрационного варианта, возможно задачу следует упростить и использовать одну/несколько точку Wi-Fi для организации общей сети, через которые роботы смогут обмениваться сообщениями между собой и сервером/рабочим местом оператора?

_________________
RoboCraft.ru

не надо вам 5мм свинца цеплять. корпус из жести для концепта за глаза.
если это надо к июню, то берите все как можно более готовое с минимум гемора.
Wild Thumper 6WD + родные регуляторы, контроллеры, энкодеры.
комп intel nuc куда накатите ROS и упомянутое ПО.

добавьте в список usb GPS\glonass + радиомодем дальнобойный.
по концепции такой бот будет как бы автономно кататься по территории и отсылать всего 2 значения: координаты и уровень излучения в точке.
все.

если использовать самоорганизующиеся сети можно просто понатыкать роутеров - раскидать руками, "сбросить" с бота или в нужном месте (руками или автоматически) остановить одного из ботов и перевести в режим роутера (по сути банально ничего и делать не нужно, просто экономить энергию, не крутя моторами, не использовать кстион и т.д.).
Nesenin, для демки и листы жести не нужны. при достаточно слабом уровне радиации (который отлично будет детектироваться) никаких проблем с электроинкой и связью не будет. а в зону с высокой радиацией студентов просто так не пустят - уголовно наказуемо. и кстати вместо реальных источников радиации, пусть даже и слабых, можно просто раскидать rfid метки или поставить визуальные маячки (хоть просто ик или ещё какими светодиодами модулированный сигнал излучать).

создание вида нужно

А какие требования к местности? Если есть прямая видимость, то вообще можно 1 робота за главного назначить и остальным тупо визуальные метки налепить - будет почти 100% точность навигации вокруг основного робота

_________________
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов

одно другому не мешает. после вуза зания и навыки можно применять на практике. не обязательно же прям пытаться заработать на очень специфических задачах. частично данная задача пересекается, допустим с задачей сбора метеоданных, получения информации о пробках, создания/корректирования карт,... вполне реальные задачи, можно зарабатывать на рекламе, продаже софта или на подписках за доступ к сервису. если более близкую задачу, то делать 3д сканирование больших помещений, допустим гостиниц. или организовать игровые войнушки роботов на открытой местности. вариантов много, главное захотеть.

Angel71, спасибо за развернутый ответ!
Решил остановиться на умных агентах с Intel Nuc. Соберем четыре одинаковых робота, один из них будет выполнять роль сервера. Потом, если осилим Mesh WiFi и распределенное составление карт можно будет обойтись без сервера (чую непросто это, на диссертацию потянуть может). Про приёмо-передатчики не понял, в случае Нюка можно ведь WiFi картой обойтись?

Имхо, доп.роутеры не нужны. Координацию используем для того, чтобы роботы не обходили одну и ту же территорию. Т.ч. если соседа не видно в сети, значит он слишком далеко. Хотя, может случиться, что сосед давно обследовал эту территорию и покинул приделы досягаемости... Ладно, это уже нюансы.

RFID ридеры (EPC Gen2) вроде как дорогие. Я думал какие-нибудь обогреватели будут больше похожи на источники радиации Активно "загрязняют" близлежащую территорию


Пожалуй так и сделаем, остановимся на готовых устройствах. GPS\glonass - отличная идея, вместо радиомодема думал 4G модем подцепить - удобно скидывать данные на удаленный сервачок. Можно даже веб-сервис на скорую руку накидать.


Четкого ТЗ у нас нет, но подразумевался объезд препятствий, один phd-студент даже симуляцию какую-то написал.

Что насчет такой конфигурации робота?
1) Компьютер
- Intel Nuc Core i3 DC3217BY, $222. В Алмате только на Core i3 и Celeron в наличии, стоит ли заказывать i5, или разница несущественная?
- SSD 64 Gb Transcend, mSATA, $109.
- WiFi - Intel 62230ANHMW 6230 BT Bluetooth Wifi Wireless Mini PCI-E PCIE, $19.5
2) Батареи:
- Lipo 3S 5000mAh 11.1v 50-50C, $37, для Нюка. При нагрузке он потребляет 27W, должно хватить на пару часов.
- 7.4V 5500mAh 35C 2S RC LiPo Battery Hard Case, $40, для шасси. Без нагрузки каждый мотор потребляет 420mA, но пиковые значения могут достигать 6.6А, может быть ещё одну батарею параллельно подключить?
- Ардуинку подключить к батарее для шасси, или лучше к отдельной?
3) Стабилизатор 150W Boost Converter DC to DC 10-32V to 12-35V Step Up, $7, для Нюка.
4) Arduino mega, $15.
5) УЗ дальномер HC-SR04, 4шт - 2 спереди, 2 сзади, $1.7 * 4.
6) ИК дальномер GP2Y0A21, 4шт - 2 спереди, 2 сзади, $7.5 * 4.
7) IMU - здесь не могу разобраться, цены на датчики сильно различаются - $8, $24, $29, $60, $70. Вообще, мне нужен только компас и гироскоп.
8 ) Тепловой датчик(для тестов вместо радиации) - Temperature and Relative Humidity Sensor DHT11 Module with Cable, $1.5
9) Счетчик Гейгера - Geiger Counter, $25.
10) Шасси Wild Thumper 6WD, $283.
11) Драйвера - пожалуй, возьму родной DAGU Wild thumper controller AVR board, $110.
А вообще, Polulu советует взять два драйвера 20А/7.2V. Вот эти, кажется, лучше всего подходят из их магазина Pololu High-Power Motor Driver 18v25, $50. Ещё, советуют приглядеться к их мотор-контроллерам, например Pololu Simple High-Power Motor Controller 18v25, $55.
12) Энкодеры - в интернетах все докупают два мотора со встроенными энкодерами и ставят вместо центральных. ($30 * 2)
13) USB GPS, $35.
14) ASUS Xtion PRO Live, $200. Как думаете, жестко его закрепить или на двухосевой платформе?

Итого: ~$1230 * 4 = ~$5000
Неплохо так =) Но в бюджет укладываюсь.

Ещё зарядное устройство - AC Battery charger iMAX B6 Digital RC AC Lipo Li-polymer Battery Balance Charger, $29.

1. Шасси Wild Thumper 6WD на месте вроде не может развернуться. Лучше чтобы шасси имело такую возможность.
2. Пиковые значения могут достигать 6.6А - это режим перегрузки движков. Они у вас сдохнут в таком режиме работать.
3. Зачем два аккума разных? Заряжать этот зоопарк не запаритесь потом?
4. "Четкого ТЗ у нас нет, но подразумевался объезд препятствий" - вот это кстати плохо, что нет четкой постановки задачи, что решаете.

_________________
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов

kvilon, на всякий случай уточню, что я не подразумевал полный отказ от сервера. он очень полезен на самом деле, просто не нужно его нагружать лишним. к примеру на него можно частично или полностью возложить ф-и координации, хранения полной карты или использовать для хранения каки-либо других данных, которые могут боты запрашивать. просто нужно найти компромис, что делает каждая отдельная часть, избегать чрезмерной сложности или дороговизны, оптимизировать потоки данных,... будет один большой и модный сервер или несколько попроще (роль которых могут выполнять "ведущие" в группе, у которых немного побольше нужных ресурсов) это ситуационно. прямой обмен данными между ботами пойдёт только на пользу.
попытался про epc gen2 почитать, первой попалась статья на хабре... толь я не не проникся этим загадочным нечто, толь я чего недопонял. в общем хрень всё это полная, мировой лидер - это nxp. некоторые транспондеры (приёмо-передатчики, т.е. rfid метки) стоят, если я не запамятовал до 50 центов. ридеры до 10$. имхо в данном случае вполне подойдёт вариант с nxp mifare 13,56мгц, с ридером на чипе mfrc522. я себе такие наборчики брал

цена набора ~7.5$ (местные розничные цены понятное дело будут немного выше, но цены явно не космические). погуглите по mifare, у nxp много всяких чипов для различных задач.
gps поищите по "ublox", очень популярные neo-6m (neo6mv2,...). популярные в смысле много инфы и примеров кода.
Mpu-6050 прикольные трёхосевые аксели с гиро, но вы чтот дорогой лот нашли. вообще мне наверно показалось, что вы по "imu" искали. есть отдельно платы с датчиками и есть за дорого (вы привели ссылки на 60-70$ модули) с мк на плате, imu - это инерциальная система, что слегка не просто платка с датчиками или мк (есть ещё сразу и с gps). имхо проще взять отдельно платку, допустим с акселем/гиро или gy-80 или ... и отдельно ардуинку, допустим "pro mini 328" (2.5-3$).
вот малая часть маркировок модулей, которые могут пригодиться GY-271, GY-273, GY-291, GY-521, GY-65, GY-80, GY-81, hb100, HC-SR04, GP2Y0A2, GP2Y0A21, GP2Y0A41SK0F, ...
необходимость в dht11 и подобных совсем не разделяю.
имхо в общем вы как-то слишком шикуете. не, сами нюки, модули, датчики,... неплохие, но чтот для прототипа сходу как-то многовато вбухать решили, хотя дело ваше. просто реально можно сделать недорогое шасси, взять кстион (который прокинуть через роутер) и за недорого все остальные датчики и модули. в итоге реально до 500$ на бота вложиться.

Да вроде разворачивается, причем довольно шустро.
Это я взял со страницы описания шасси. Вот что было в оригинале:
The motors are intended for a maximum nominal operating voltage of 7.2 V (2V minimum), and each has a stall current of 6.6 A and a no-load current of 420 mA at 7.2 V. Since the motors will briefly draw the full stall current when abruptly starting from rest (and nearly twice the stall current when abruptly going from full speed in one direction to full speed in the other), we recommend a motor driver capable of supplying the 20A combined per-channel stall current of these motors at 7.2 V.
Чтобы не использовать понижающий трансформатор для шасси с потенциально большими токами. Хмм... хотя можно организовать несколько параллельно подключенных 7.4V 5500mAh аккумуляторов и повысить до 12В для Нюка. Может посоветуете подходящий аккум и стабилизаторы/трансформаторы?
Полностью согласен. Проект находится на самой начальной стадии, на следующей неделе будем обговаривать нюансы с руководителем.

Добавлено спустя 1 час 15 минут 52 секунды:
Angel71, да, я понял вас =)
Решил разгрузить сервер, оставив на нем функцию объединения карт и координации агентов, чтобы они не исследовали один и тот же кусок территории.
Я отказался от тонких клиентов, передающих видео на сервер, оставив обработку видео у них на борту. Но т.к. это очень ресурсоемкая задача, нужно установить мощные мозги - Nuc. Т.е. теперь у меня 4 одинаковых робота, но один из них возьмет на себя дополнительную роль сервера. При желании позже можно безболезненно перейти на распределенную сеть без сервера - идея то отличная

Да-да, я оттуда же узнал. Gen2 позволяет считывать RFID метку на расстоянии нескольких метров. Считывание NXP ограничено несколькими сантиметрами, на большой территории их очень уж сложно будет найти.
Хмм, как посоветуете обрабатывать GPS - напрямую в Nuc по USB или ublox через ардуинку на Nuc? Да, по "IMU" искал А для чего используют инерциальные системы? Для подобного позиционирования? У меня ардуино мега для датчиков будет стоять, или обсчет акселя/гиро лучше на второй ардуинке делать?
dht11 в моем случае вместо RFID ридера. Метками думаю сделать парочку электрообогревателей =) Ну как вариант.
С роутером возвращаемся к варианту с тонким клиентом - тогда получится узкоспециализированное решение с уже описанными минусами. Шасси действительно можно сделать вручную, если по габаритам не впишусь в Wild Thumper так и поступлю. Просто пока лабе выделяют деньги, хочется собрать качественных и более-менее универсальных роботов, которых можно будет использовать в других проектах.
В любом случае, сейчас проработаю варианты, в том числе с тонкими клиентами, а там уж руководитель пускай решает =)

тонкий клиент или толстый, это только вам решать. про ресурсоёмкость это неочевидно - малейшее добавление на вид безобидного пунктика в условиях легко может повысить требования к ресурсам в разы. хотите на нюках, дело ваше + вам видней на сколько задача ресурсоёмкая. я перечислил часть вариантов (роутер, планшет, брелок,...), дальше сами. если нужно бюджетно, делается бюджетно. цена устраивает, значит устраивает. аналогично и с шасси - можно за 20$ взять 4х колёсное шасси, а можно и за штуку. про условия полигона вас же не зря спрашивали, может вам реально для демки и "паркетника" хватит. отвлёкся. для демки на сервере просто запускается отдельно софтина/сервис/... сервера, отдельно клиенты, которые просто обрабатывают данные с кстиона. что оно будет на боте, что на одной машине, значения для демки не имеет - пакеты, что по сети гонять, что локально на машине. весь перенос на бота, условно сводится к копированию софтины на бота и прописыванию адресов/портов. если другая архитектура процессора или драя ось, то да, немного усложняется. но это всё решается на первых стадиях. +очень многое зависит от конкретной реализации и условий, о которых остаётся только догадываться. может у вас реально единственный разумный вариант сделать платформу, максимально приблеженную к реальной.
хз, про какие сантиметры. транспондеры и чипы в мифаре разные есть. максимум вроде до метра. в общем дело ваше. рфид вообще было только как один из предложеных вариантов, хз что у вас за условия задачи. визуальные маячки на каких светодиодах даже могут быть удобней. так же можно айди сообщать + в отличии от рфида есть возможность определять в каком направлении находится маячёк + вполне можно расстояние получать. хотите на нагревателях делать, делайте, я этот вариант вообще не понимаю. имхо изврат. +у вас с этими dht11 могут быть трудности, допустим с тем как быстро датчик реагирует на изменение температуры или ещё чего. не будет проблем или будут и какие, это уже при реализации выясниться.
imu - это больше готовое решение, а не просто платка с парой датчиков + иногда ещё и с мк. просто так эти платки иногда называют. создание именно инерциальной системы вообще легко превращается в жуткий секас, но это опять же будет зависить что именно вам от них нужно будет + будете готовый код брать или сами писать. как на руках будет ардуинка и платка с какими акселями/гиро, попробуйте для начала перевести попугаи в угол наклона или получить скорости. это только начало веселья, всё остальное будет очень сильно зависит от требований. может вам ресурсов меги не хватит, а нужно будет арм + пока код напишите, полысеете. а может всё будет очень легко и просто.
не ждите каких-то готовых вариантов решения - максимум пока вам могут помочь только с информацией о возможных вариантах.

Конечно нужно напрямую от аккумов питать основные потребители - движки, а остальное повышайками\понижайками доводить до нужного уровня.
Зоопарк аккумов - зло. Кстати, а зачем вам литий? Почему не банальный свинец?

И еще - может оказаться проще всё вывести на напряжение 12В, в т.ч. движки.
Так как всякие автомобильные ПК и прочее добро стандартизировано и может быть дешевле и доступней, чем привязываться к 7.2В и потом мучаться каждый раз.

_________________
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов

Я потихоньку пишу небольшую операциоку для AI систем реальнгого времени. Один из ее портов делаю для Raspberry PI. Есть в комплекте и собственная скоростная библиотека CV. Однако видеокамеры похоже придется подключать I2C или что-то подобное чтобы не использовать USB. Расчитываю обеспечить субмикросекундную точность генерации импульсов для шаговиков и обеспечить малый джиттер импульсов. Но работы еще немало впереди чтобы можно было предлагать в качестве готового решения. Планирую использовать эту ОС для автономных коптеров и других подвижных роботов.
Возможно, подобное решение было бы оптимальным с точки зрения всех видов затрат для вашего проекта.

_________________
Проект Robosonic RS http://www.aigod.com