Construire un rover GPS à waypoints qui roule tout seul

Ce que vous construisez

Un robot auquel on confie une liste de coordonnées, qu’on pose sur l’herbe, et dont on s’éloigne.

Tous les autres robots mobiles de ce site réagissent à ce qui est juste devant eux — une ligne, un mur, un obstacle, une bordure. Celui-ci exécute un plan, dans un monde sans repères, avec un capteur qui lui ment quelques fois par minute. Cette combinaison en fait le montage mobile le plus difficile ici et celui qui enseigne le plus.

Les trois choses qui le décident

Le suiveur est la partie facile. La poursuite pure fait douze lignes et un seul bouton. Avec une estimation parfaite, elle tient 0,09 m d’erreur RMS sur le parcours de laboratoire.

L’estimation de position est tout le projet. Le même contrôleur, avec une position GPS à 1 Hz bruitée à l’échelle du mètre, tient 1,25 m — quatorze fois pire, en dépensant quatre fois et demie plus de direction pour le faire. Le contrôleur contribue à moins d’un dixième de l’erreur finale.

Donc l’ordre de montage est : suiveur en intérieur, estimation en extérieur. Prouvez la direction là où la position est presque exacte, puis allez affronter le capteur. Faire les deux à la fois produit un robot qui divague pour des raisons inséparables.

Nomenclature

Total : environ $55–80.

Celui qui change le plus le projet est le récepteur. Un NEO-6M fonctionne et c’est ce que supposent la plupart des tutoriels ; un NEO-M8N voit GPS plus GLONASS et Galileo, ce qui améliore la géométrie des satellites et donc le HDOP. Près des bâtiments et des arbres — là où un rover roule vraiment — c’est une amélioration réelle plus grande que ce que suggère la fiche de précision.

Ne sautez pas les codeurs pour économiser 12 $. Tout ce projet est de l’estime corrigée par des positions occasionnelles ; sans codeurs il n’y a rien pour estimer, et le rover chasse simplement le bruit GPS.

Ordre de montage

1 — Réglez le suiveur en simulateur. Une heure dans le laboratoire de suivi à la vitesse prévue. Trouvez le point d’avance où la courbe d’erreur touche le fond ; notez qu’il bouge quand vous changez de vitesse.

2 — Construisez la transmission et faites fonctionner l’odométrie. Codeurs puis odométrie différentielle, puis roulez un carré de 2 m et voyez à quelle distance du départ vous finissez. Ce nombre est votre budget intérieur.

3 — Fusionnez un cap. Un gyroscope à la cadence de boucle, corrigé par quelque chose d’absolu. L’erreur de cap est le terme que les deux contrôleurs pondèrent le plus, et le premier que l’odométrie perd — le filtre complémentaire qui stabilise un robot équilibriste fait le même travail ici.

4 — Suivez un parcours collé en intérieur. Pas de GPS. Collez une trajectoire au sol, suivez-la en poursuite pure sur l’estimation codeurs, et mesurez l’erreur transversale au mètre en dix points. Si elle ne passe pas sous 10 cm en intérieur, elle ne passera pas sous un mètre en extérieur.

5 — Ajoutez le récepteur et ne le reliez pas encore au contrôleur. Enregistrez les positions dix minutes avec le rover immobile, et tracez-les. Vous verrez le bruit, l’excursion occasionnelle, et comment le HDOP suit les deux. Ce tracé vaut plus que tout chiffre de fiche technique.

6 — Fusionnez, ne suivez pas. Estimez à la cadence de boucle ; tirez doucement l’estimation vers chaque bonne position. L’arithmétique et le filtrage sont ici. Rejetez tout statut vide ou HDOP au-dessus d’environ 2,5.

7 — Géorepérez, puis sortez. Distance maximale au départ, temps limite de mission, coupure physique. Puis une mission courte, sur herbe, en marchant à côté.

Notes matérielles importantes

Montez l’antenne en haut, vers le ciel, loin de tout. Un patch céramique sous une plaque de châssis perd des satellites, et des satellites perdus donnent une mauvaise géométrie plutôt qu’aucune position — une réponse fausse avec assurance au lieu d’une panne évidente.

Des roues plus grandes que votre instinct d’intérieur. Herbe, gravier et bordure de pelouse sont tous des problèmes de diamètre de roue. Ils changent aussi votre facteur d’échelle odométrique, donc recal calibrez sur la surface où vous roulerez vraiment.

Tenez le magnétomètre loin des moteurs, ou sautez-le. Le courant moteur produit un champ qui noie le champ terrestre. Si vous ne pouvez pas obtenir 15 cm de séparation, utilisez gyro plus cap GPS et évitez le problème.

Enregistrez la mission. Une panne extérieure non enregistrée est une panne indébogable — le robot était à 40 m et vous ne regardiez pas le port série. Une carte SD ou un journal Wi-Fi avec pose, position, HDOP et erreur transversale transforme chaque parcours en preuve.

Attendez-vous à ce que le premier parcours extérieur finisse tôt. C’est à cela que sert le géorepérage, et c’est un succès.

À quoi ressemble un bon résultat

Cette première colonne n’est pas un rover mal construit ; c’est ce qu’une position à 2,5 m CEP à 1 Hz fait à un contrôleur qui lui fait confiance. L’amélioration d’un ordre de grandeur de la seconde colonne vient de l’estimateur, pas du contrôleur — le même code de poursuite pure, nourri d’une pose fusionnée.

Avant tout code de navigation, faites ceci une fois : laissez le récepteur immobile en extérieur dix minutes et enregistrez chaque position. Le nuage obtenu fait plusieurs mètres de large, et rien n’a bougé. Ce tracé est la chose la plus utile à regarder sur ce projet, car il explique pourquoi suivre des positions brutes ne peut pas marcher et pourquoi le correctif est en amont du contrôleur.

Quand ça tourne mal

Six de ces huit sont de la perception plutôt que de la commande — la même distribution que le micromouse et le robot de couverture, et pour la même raison : l’algorithme est la petite partie.

Pour toute la séquence dans l’ordre, suivez le parcours suivi de trajectoire ; pour la version intérieure du même problème, le robot de couverture exige un plan et aucune position absolue.