אלגוריתם וניווט אוטומטי לרובוט לכיסוח דשא

- צביאל פיירמן

מגישים:

- אלון אברהמי

מנחה : רן זסלבסקי

רקע:

מייצרת רובוטים לשימוש ביתי.”Friendly Robotics“חברת

בפרויקט שלנו ביצענו סימולציה של רובוט לכיסוח דשא.

הרובוט נע לאורך כבל נושא אות חשמלי התוחם את הגינה.

הרובוט מכסח בשטח התחום ע"י הכבל.

הרובוט כיום אינו "מודע" למספר פרמטרים היכולים לשפר את ביצועיו, כגון :

מצב הסוללה לעומת שטח הכיסוח הנותר.1.

הערכת זמן הכיסוח הכללי.2.

מטרות הפרויקט

מטרות משניות :

מידול שגיאות - קבועות ואקראיות וחישוב אחוזי •שגיאה

חלוקת גינה לתתי גינות והגדרת אזורי מעבר•

חישוב שטח גינה אמיתי מול מעשי•

חישוב זמן כיסוח•

מטרה עיקרית :

יצירת סימולטור לרובוט מכסחת דשא

מידול השגיאות :1מטרה

סוגי השגיאות:

שגיאת מצפן

שגיאות הנובעות מתנאי השטח

שגיאות דגימה

השגיאות גורמות ל :

סטייה בין המיקום התיאורטי למיקום המעשי של •הרובוט

שגיאה בחישוב השטח•

שגיאה בחישוב זמן הכיסוח•

שגיאת מצפן

שגיאה קבועה במדידת הזווית.•

שגיאה אקראית הנובעת מהפרעות מגנטיות ומתוואי •קרקע שונים.

שגיאות עקב תנאי שטח משתנים

עליות, ירידות, מהמורות וכיו"ב גורמות לשגיאות אקראיות במיקומו המעשי של הרובוט, וכמו כן גורמות לשגיאות אקראיות

במדידה.שגיאות דגימה

במידה ונקבע קצב דגימה נמוך מדי נקבל שגיאות גדולות •בחישובי השטח ומיקום הרובוט.

לא ניתן להגיע לקצב דגימה מעשי ללא טעויות מדידה מכיוון •שלא ניתן להבטיח שאורך הקטע יהיה כפולה שלמה של

המרחק בין הדגימות .

מידול השגיאות:

שגיאות קבועות ואקראיות :

Next_x=prev_pos(v_cnt-1,1)+scan_vel*samp_t*cos(phi+rand_error+const_error)

זווית מצפן תיאורטית

שגיאות אקראיות

שגיאה קבועה

במהלך ביצוע המטרות הבאות נתקלנו במספר בעיות:

( הגדרת אזורי מעבר - כיצד להבחין בין גינה לאיזור 1מעבר?

( חישוב שטחים - אלגוריתם לחישוב פוליגון.2

( קצב דגימה ובעיית זיכרון - מהו קצב הדגימה 3הרצוי?

הגדרת אזורי מעבר:( 1

הסימולציה צריכה להתחשב באזורי מעבר המוגדרים לרובוט.

אזורים אלה אינם נכללים בחישוב שטח וזמן הכיסוח.

Xהגדרנו עמודה נוספת בנוסף לעמודות המיקום ,אשר בה מסומנות לרובוט נקודות כניסה Yו-

והיציאה מהמעברים.

- אין מעבר0

- כניסה / יציאה ממעבר1

פתרון

חלוקה לתתי גינות :2מטרה

חלוקה לתתי גינות

החלוקה לתתי גינות מאפשרת חישוב שטח הכיסוח וזמן הכיסוח, כך יכול הרובוט לדעת האם האנרגיה שנותרה

מספיקה להשלמת הכיסוח או שעליו לחזור לעמדת הטעינה.

שטח הכיסוח אינו כולל את שטחי המעברים ולכן הוספנו באלגוריתם החישוב פונקציה שתפריד את הגינה לתתי גינות

ללא אזורי המעבר.

תת גינה 1

תת גינה 2

אזור מעבר

+ שטח תת 1שטח גינה כללי = שטח תת גינה 2גינה

1

1

1

1

1

1

1

1

)0,0,0) (12,0,0) (16,0.0) (20,0,0(

)12,3,1(

)12,5,1( )16,5,1(

)16,3,1(

) 0,7,0) (12,7,0) (16,7,0) (20,7,0 (

XX YY ZZ

00 00 00

1212 00 00

1212 33 11

1616 33 11

1616 00 00

2020 00 00

2020 77 00

1616 77 00

1616 55 11

1212 55 11

1212 77 00

00 77 00

XX YY ZZ

00 00 00

1212 00 00

1212 77 00

00 77 00

1וקטור תת גינה

חישוב השטח :3מטרה

מציאת אלגוריתם כללי לחישוב שטח של פוליגון.

A

B

C

D

E

S = ½(ABxAC+ACxAD+ADxAE) אלגוריתם :

בעיה:האלגוריתם לא יכול לחשב גינות מהצורה :

פתרון : חישוב נקודת מרכז מסה ושימוש זהה באלגוריתם הקודם

גם באלגוריתם זה נתקלנו בבעיה בצורות אשר מרכז המסה שלהם מחוץ לפוליגון כגון:

מרכז המסה

האלגוריתם שלבסוף השתמשנו בו הוא :

S = ½·Σ( Xi·Yi+1 – Xi+1·Yi )

הן הקואורדינטות של פינות הפוליגון.Yi ו- Xiכאשר

לאלגוריתם זה אין בעיה עם כל סוגי הפוליגונים למעט פוליגונים החותכים את עצמם, אך אלו לא מהווים בעיה מכיוון

שהם אינם צורה של גינה טיפוסית.

קצב דגימה ובעיית זיכרון

הדגימה המדויקת ביותר, הנותנת את השגיאות הקטנות ביותר מתרחשת כאשר:

מספר שלםN כאשר Nאורך הקטע = )מרחק בין דגימות( *

( ניתן לדגום בקצב הגבוה ביותר שמאפשר הזכרון. 1 -פתרון

( נגדיר את גודל השגיאה המספקת אותנו וכך נבחר את קצב 2 הדגימה.

מכיוון שאורך הקטע משתנה מגינה לגינה לא ניתן לבחור קצב דגימה מדויק אופטימלי,

ולכן על מנת להקטין את השגיאה - ככל שנדגום בקצב גבוה יותר נקבל ככל שקצב הדגימה גדול יותר יש צורך ברכיבים מהירים יותר -בעיהתוצאה מדויקת יותר.

המעלים את עלות המוצר, ובזכרון גדול יותר לשמירת הנתונים, אך אנו מוגבלים בגודל הזיכרון.

לאחר הרצת סימולציה למספר גינות ברזולוציות קבועות, ושגיאה אקראית זהה לכל גינה ניתן לראות כי עבור קצב דגימה גבוה )רזולוציה גבוהה( נקבל דיוק

אחוז שגיאה קטן יותר בין שטח הגינה האמיתי למחושב ע"י גדול יותר הרובוט.

אחוז שגיאה כנגד רזולוציית מדידה

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120

רזולוצייה ]ס"מ[

אחוז שגיאה

גינה 1

גינה 2

גינה 3