BROB - Základy robotiky (2016) GPS navigace pro plovoucího robota třídy KAMbot (S.12) Jan Mazoch, Jakub Hadámek, Lukáš Hvizdák

Transkript

1 BROB - Základy robotiky (2016) GPS navigace pro plovoucího robota třídy KAMbot (S.12) Autoři: Vedoucí projektu: Jan Mazoch, Jakub Hadámek, Lukáš Hvizdák Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

2 Zadaní Navrhněte a realizujte GNS (GPS) modul pro plovoucí verzi robotu KAMbot. Vytvořte algoritmus pro autonomní navigaci robotu pomocí GNS modulu.

3 Obsah Úvod 1 Problematika navigace pomocí GPS 1 Popis funkce main a programu 1 Popisy funkcí volaných v mainu 1 Formát NMEA 3 Propojení Raspberry Pi 2 B s GPS modemem NEO 6M 3

4 Úvod Cílen našeho projektu byl návrh GPS navigace, výběr GPS čipu a naprogramování softwaru (dále pouze sw) řídicího KAMbota. GPS čip jsme vybrali NEO-6M (NEO-6M-0-001). Sw vypočítavá z GPS souřadnic vektor a aktuální úhel natočení kormidla, v našem případě reprezentovaného servomotorem. Jako hardware jsme zvolili Raspberry Pi 2.0, s operačním systémem Raspbian (Kernel v. 4.1).

5 Problematika navigace pomocí GPS Při návrhu autonomní navigace GPS je nutné se rozhodnout, jakým způsobem budeme zjišťovat směr vektoru, jímž se robot pohybuje a jaká je jeho relativní poloha vůči cílovým souřadnicím. V našem případě vypočítáváme úhel pohybového vektoru od cílových souřadnic pomocí funkce atan2, který vrací azimut (úhel od severu). Popis funkce main a programu V programu definuje strukturu struct coordinates { double longtitude; double latitude; }, která obsahuje zeměpisnou délku a šířku. V mainu vytváříme proměnné typu struct coordinates, actual_position pro aktuální polohu, old_postion pro předešlou polohu a target pro cílové souřadnice. Ze souřadnic v actual_position a old_positon definuje pohybový vektor. Dále se v main volají funkce k jednotlivým výpočtům. Popisy funkcí volaných v mainu struct coordinates position(file *stream); Funkce čte stream a zároveň separuje GPS souřadnice z ttyama0, což je sériová komunikace mezi GPS modemem a Raspberry Pi. Probíhá zde přepočet z jednotlivých znaků uložených v proměnné char na souřadnice ve formátu double. Rovněž testuje zda-li má GPS signál. double angle(struct coordinates actual_position, struct coordinates target); Funkce vypočítavá úhel do aktuální pozice k cílovým souřadnicím pomocí dvou úhlů. Úhel 1 prom. "uhel1" vypočítavá azimut od pohybového vektoru. Úhel 2 prom. "uhel2" vypočte azimut od cílových souřadnic (úhel 360 nebo 0 je úhel k severu a úhel 180 je k jihu). Námi hledaný úhel k cílovým souřadnicím je rozdíl úhlu 2 a úhlu 1. double distance(struct coordinates actual_position, struct coordinates target); Funkce počítá vzdálenost dvou souřadnic, pomocí goniometrických funkcí aby byl přepočet přesný kvůli zemskému zakřivení. Pro naše použití se jedná o nadbytečnost ale vzhledem k možnosti využití na jiném projektu jsme se to rozhodly zakomponovat.

6 Formát NMEA GPS posílá data ve formátu NMEA. NMEA je standard, původně určený pro automatizovaný přenos dat mezi jednotlivými zařízeními elektroniky lodí. Všechny zprávy mají stanoven formát podle následujícího schematu: $XXYYY,a1,a2,a3,...,an*cc Zprávu tvoří řádek ASCII znaků (písmen a číslic), který ukončuje znak odřádkování. Každý řádek začíná znakem $, po kterém následují dva znaky určující typ vysílače (v našem případě GP jako GPS). Další dva znaky udávají o který druh zprávy se jedná. Nás zajímá buďto zpráva GGA, nebo GLL, které obě obsahují aktuální šouřadnice (délku a šířku). Původně jsme chtěli odečítat také azimut, ale po několika testech, které skončili neúspěchem (azimut udával nesmyslné hodnoty), jsme došli k závěru, že si veškeré úhly bude mepřepočítávat sami pomocí souřadnic. Ve zprávě GLL nám položka udává zeměpisnou šířku, při čemž první dva znaky jsou stupně a za nimi hned následují minuty. Dále je za čárkou N, které nám říká, že se jedná o severní šířku. Za další čárkou je zeměpisná délka ve stejném formátu jak šířka, následované písmenem E, které značí východní délku. Celá zpráva vypadá takto: $GPGLL, ,N,01715,99646,E,455,V,N*64 Propojení Raspberry Pi 2 B s GPS modemem NEO 6M Propojení je snadné stačí k tomu pouze 4 drátky, rozdělení sběrnice GPIO u Raspberry viz obr.1 níže. Propojte mezi sebou Rx z GPS na Tx u Raspberry, Tx z GPS na Rx Raspberry, napájení +3V na +3V a GND.

7 Obrázek 1 schématu sběrnice GPIO u Raspberry Pi 2 B.

8 Obrázek 2 přepočtu úhlu