אלגוריתם וניווט אוטומטי לרובוט לכיסוח דשא

1. אלגוריתם וניווט אוטומטי לרובוט לכיסוח דשא מגישים: - אלון אברהמי - צביאל פיירמן מנחה : רן זסלבסקי

2. רקע: • חברת “Friendly Robotics” מייצרת רובוטים לשימוש ביתי. • 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. • הערכת זמן הכיסוח הכללי.

3. מטרות הפרויקט מטרה עיקרית : יצירת סימולטור לרובוט מכסחת דשא • 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

4. מטרה 1: מידול השגיאות 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

5. 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 .

6. 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

7. במהלך ביצוע המטרות הבאות נתקלנו במספר בעיות: 1) הגדרת אזורי מעבר - כיצד להבחין בין גינה לאיזור מעבר? 2) חישוב שטחים - אלגוריתם לחישוב פוליגון. 3) קצב דגימה ובעיית זיכרון - מהו קצב הדגימה הרצוי?

8. מטרה 2 :חלוקה לתתי גינות 1) הגדרת אזורי מעבר: הסימולציה צריכה להתחשב באזורי מעבר המוגדרים לרובוט. אזורים אלה אינם נכללים בחישוב שטח וזמן הכיסוח. פתרון: הגדרנו עמודה נוספת בנוסף לעמודות המיקום X ו-Y,אשר בה מסומנות לרובוט נקודות כניסה והיציאה מהמעברים. 0 - אין מעבר 1 - כניסה / יציאה ממעבר

9. 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. 1 1 תת גינה 2 תת גינה 1 1 1 אזור מעבר שטח גינה כללי = שטח תת גינה 1 + שטח תת גינה 2

10. (0,7,0) (12,7,0) (16,7,0) (20,7,0) 1 1 (12,5,1) (16,5,1) (12,3,1) (16,3,1) 1 1 (0,0,0) (12,0,0) (16,0.0) (20,0,0) וקטור תת גינה 1

11. מטרה 3 :חישוב השטח מציאת אלגוריתם כללי לחישוב שטח של פוליגון. C D B A E אלגוריתם :S = ½(ABxAC+ACxAD+ADxAE)

12. בעיה: האלגוריתם לא יכול לחשב גינות מהצורה : פתרון : חישוב נקודת מרכז מסה ושימוש זהה באלגוריתם הקודם

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

14. האלגוריתם שלבסוף השתמשנו בו הוא : S= ½·Σ( Xi·Yi+1 – Xi+1·Yi ) כאשר Xi ו- Yi הן הקואורדינטות של פינות הפוליגון. 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.

15. קצב דגימה ובעיית זיכרון הדגימה המדויקת ביותר, הנותנת את השגיאות הקטנות ביותר מתרחשת כאשר: אורך הקטע = (מרחק בין דגימות) * N כאשר N מספר שלם 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 תוצאה מדויקת יותר. בעיה - ככל שקצב הדגימה גדול יותר יש צורך ברכיבים מהירים יותר המעלים את עלות המוצר, ובזכרון גדול יותר לשמירת הנתונים, אך אנו מוגבלים בגודל הזיכרון. פתרון - 1) ניתן לדגום בקצב הגבוה ביותר שמאפשר הזכרון. 2) נגדיר את גודל השגיאה המספקת אותנו וכך נבחר את קצב הדגימה.

16. לאחר הרצת סימולציה למספר גינות ברזולוציות קבועות, ושגיאה אקראית זהה לכל גינה ניתן לראות כי עבור קצב דגימה גבוה (רזולוציה גבוהה) נקבל דיוק גדול יותר  אחוז שגיאה קטן יותר בין שטח הגינה האמיתי למחושב ע"י הרובוט.