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THEMA: Differential GPS im Eigenbau

Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 3 Monate her #1798

  • DG5MPQ
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Hallo Leute,

da ich schon lange mit den Gedanken Rasenmäher Roboter spiele, hab ich mir auch scon ein paar Gedanken gemacht.

Beim GPS bin ich nur auf eine vernüftige Lösung gekommen. Diese stammt aus der Landwirtschaft.

2 Baugleiche GPS Empfänger nutzen.
Der Erste auf dem Mäher, der Zweite auf einem Fixem Punkt an einem Gebäude.
Der Fix montierte Empfänger erzeugt das korrektur Signal für den mobilen Empfänger auf dem Mäher.
Damit wird in der Landwirdschaft eine Genauigkeit im einstelligen cm Bereich erzielt.

Hat schon mal einer mit diesem Gedanken gespielt ???

Gruß Thomas

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 3 Monate her #1799

  • meddie
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Hört sich sehr Interessant an! Hast Du da nähere Infos wie es genau funktioniert?

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 3 Monate her #1800

  • nero76
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Hallo,

ich habe dieses Jahr vor, so ein DGPS selber zu bauen und zu testen.

Mein Ansatz:
2 x ublox LEA 4T für 25 EUR das Stück ( www.dhgate.com/product/ublox-lea-4t-gps-...e-car-/76130478.html )
-- oder --
2 x SkyTraq Venus 6 Evaluation Kit (S1315F-RAW-EVK) für 75 EUR das Stück

Beide System werde ich demnächst mit RTKLIB einmal austesten.

Werde dann noch berichten :-)

Gruss,
Alexander

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 3 Monate her #1801

  • Roger
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meddie schrieb: Hört sich sehr Interessant an! Hast Du da nähere Infos wie es genau funktioniert?


Hallo Eddie,

Claas Baseline HD wäre so ein System. Laut Werbung 4-6 cm Genauigkeit.

Gruss Roger

Alexander könnte sich in der Nachbarschaft informieren ;)
Dort wird RTK mit 2-3 cm Genauigkeit angeboten.
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Letzte Änderung: von Roger.

Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 3 Monate her #1802

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Hallo,

ich habe noch kein fertiges (kommerzielles) DGPS-System für den kleinen Geldbeutel gesehen - daher will ich ja eines selber bauen (siehe oben). Alles was man braucht sind:

- Zwei GPS-Empfänger welche GPS-Rohdaten (RAW) herausgeben, d.h. es werden die empfangenen Laufzeiten der empfangenden Satelliten vom Empfänger ausgegeben - die o.g. Empfänger können das
- und o.g. RTKLIB Software (quelloffen, kostenlos)
- eine Möglichkeit Daten bidirektional zwischen Roboter und Basisstation auszutauschen (z.B. Bluetooth...)

Funktionsprinzip (stark vereinfacht):

Die Laufzeiten aller empfangener Satelliten (Rohdaten) werden vom GPS-Empfänger am Roboter und vom GPS-Empfänger an der Basis-Station ausgegeben und mit der Software verarbeitet - dabei wird das Roboter-Signal mit dem der Basis-Station korrigiert. Beispiel:

Basis-Station
Satellit 1: Laufzeit 300
Satellit 2: Laufzeit 310
Satellit 3: Laufzeit 340

Roboter
Satellit 1: Laufzeit 390
Satellit 2: Laufzeit 380
Satellit 3: Laufzeit 370

Weil die Basistation "weiß", an welcher festen GPS-Position sie steht, kann anhand der empfangenen Satelliten-Laufzeiten also der "Fehler" für jeden Satelliten für diese feste GPS-Position berechnet werden. Also z.B.

Berechneter Fehler Satellit 1: 10
Berechneter Fehler Satellit 2: 15
Berechneter Fehler Satellit 3: 19

Nun kann man davon ausgehen, dass die "Fehler" der einzelnen Satelliten in der Nähe (also am Roboter) fast gleich sind, d.h. mit diesem Fehler werden dann die Laufzeiten der empfangenen Satelliten des Roboters korrigiert und sodann die korrekte Position berechnet.

Gruss,
Alexander

UPDATE: Hier ist noch eine Liste der von RTKLIB unterstützen GPS-Empfänger (der ublox LEA-4T sowie der SkyTrac S1315F RAW EVK tauchen darin schon mal auf :)):
www.rtklib.com/rtklib_2.4.1_releasenote.htm

Und hier sieht man Ergebnisse von RTKLIB mit einem Skytraq S1315F-RAW (Positionsgenauigkeit 4 cm): michelebavaro.blogspot.de/2012/02/low-co...rmance-round-up.html
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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Monate her #2033

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Hallo zusammen,

heute konnte ich das DIY DGPS-System zum ersten Mal erfolgereich testen - verwendet habe ich zwei von den o.g. SkyTraq Empfängern und zwei Obstschüsseln aus Metall in die ich zwei normale GPS-Patchantennen gelegt habe. "Antenne 1" spielt also die Basistation und "Antenne 2" kann durch die Gegend fahren.

Die Schüsseln sollen "Multipath"-Signale ausfiltern welche entstehen wenn das GPS-Signal nicht den direkten Weg von oben sondern durch Reflektion an Bäumen etc. nimmt und dadurch die Laufzeiten verfälscht würden. Die Empfänger selber wurden in Alufolie eingepackt und die Antennen-Massen wurde mit den Schüsseln verbunden (um eine ordentliche Masse für die Antennen zu bekommen).

Die Antennen wurden im Abstand vom 1,5m aufgestellt. Dann habe ich über eine Stunde die mit RTKNAVI errechneten Positionen aufzeichnen lassen, um den max. Fehler zu ermitteln (einen Empfänger hätte ich dabei durch die Gegend fahren lassen können, aber ich wollte ja den Fehler berechnen, also blieb der einfach an seinem Ort stehen).

Ergebnis: Der max. Fehler war bei jedem Meßwert < 30cm :-) Ich finde das ist ein tolles Ergebnis...
Verwendet habe ich die RTKNAVI-Einstellungen von hier: www.kowoma.de/gpsforum/viewtopic.php?f=4&t=2198&start=75#p13092

Hier sieht man die Antennen im Abstand von 1,5m aufgestellt:


Hier der Blick auf eine Antenne (das rote Kabel verbindet die Schüssel mit der Antennen-Masse am Empfänger):


Hier sieht man die Aufzeichnung der GPS-Positionen über eine Stunde - ein Kästchen bedeutet 10cm Entfernung:


Hier die Aufzeichnung der GPS-Entfernung (Antenne1) zur GPS-Basisstation (Antenne2) in Meter (getrennt nach Nord-Süd-Achse, West-Ost-Achse und Höhe) über eine Stunde:



Gruss,
Alexander
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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Monate her #2034

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Wow.
Tolles Ergebnis.
Ich habe heute einen 16m hohen Baum in unserem Garten gefällt.
Jetzt gibt es freie Sicht gen Himmel.:-)

Gruß
Sven

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Monate her #2038

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Hi Alexander,

Genial, ein toller Erfolg! Gratulation!

Gruß
Peter

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Monate her #2180

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Hallo,

ich habe mich ab Ende 2012 mit dem Thema RTK beschäftigt und hatte damals einige Komponenten für den Aufbau gekauft.
Aus Zeitgründen konnte ich das Projekt bisher nicht fokussieren, möchte aber meine bisherigen Ergebnisse mit euch teilen.

Hintergrund:
Die Grundlage bilden in meinem Aufbau zwei "NAVILOCK Modul GPS Engine Board EM-500" (Antaris 4 Chipsatz), die ich damals für 8€ bzw. 14€ pro Stück gekauft habe. (Echte Schnäppchen)Als Antennen nutze ich ebenfalls Patch Antennen, wie Alexander es tut. Für 35€ habe ich sie direkt bei ubloxx bestellt und über einen Adapter angeschlossen.
Inzwischen sind noch zwei Xbee Module für eine drahtlose Verbindung dazugekommen, jedoch konnte ich in dem Kontext nicht testen. (Hinweis: Xbee Module müssen in ihrer Sendeleistung beschränkt werden, da sie ansonsten in DE illegal betrieben werden würden.)

Testumgebung:
Der Garten in dem ich teste(te) hat mit etwa 2000m² eine große Fläche, ist jedoch für RTK auf Grund der angrenzenden Bäume nur bedingt für gute Ergebnisse geeignet gewesen - bisher. Als ich meine Empfänger beide in ca. 120cm über den Boden, zentral im Garten positionierte, war ein Fix nicht möglich. Auch Float Lösungen war nicht zufriedenstellend. Daher stellte ich die Antenne der Basisstation über einen 6m langen Holzmast auf; der Rover Empfänger befand sich weiterhin auf "Bauchnabelhöhe".
Zur Auswertung nutze ich für meine Versuche einen Laptop, an dem beide Empfänger angeschlossen und konfiguriert wurden. Die RTKLib hat dann alles weitere übernommen.

Ergebnisse:
Meine damaligen Ergebnisse mit samt verwendeter Einstellungen, solltet ihr im Anhang finden.
Im Reiter "Position" habe ich die über eine Stunde gemittelten Positionsdaten meiner Basis Antenne eingetragen.
Alle weiteren Werte könnt ihr den Bildern entnehmen.

Gut zu erkennen ist die sehr gute Genauigkeit, wenn man einen Fix erzielt. Sobald ich die Antenne bewegt habe, verlor sie den Fix und hatte "nur" eine Float Solution mit ca. 50cm Abweichung.
Der Teilkreisbogen entspricht der Entfernung, die das Antennenkabel hergab. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass es zu Abschattungen durch meinen Körper kam und die Abweichungen ach durch meine Bewegungen verursacht worden sein können, da ich die Antenne lediglich ungeführt getragen habe.

Fazit:
Dank eurer Beiträge bin ich wieder hoch motiviert das Projekt erneut aufzugreifen. Zur Auswertung habe ich mir nämlich vor einigen Tagen ein ODROID Board gekauft, das mit Linux genug Leistung für die Auswertung haben sollte.

Meine Lösungen zur Schirmung vor Reflexion waren nicht so ausgereift wie die von Alexander. Unter Umständen kann ich mit einer anständigen Bodenplatte noch eine Verbesserung erzielen.


@Alexander: Denkst du es ist eine gute Lösung, deine Koordinaten in deinen Bildern offen zu legen?
Aber darum soll es nicht gehen - ich habe Google Maps bemüht und gesehen, dass deine Umgebung eher wenig hohe Bäume haben dürfte. Ich schlage daher vor, dass du zur Schirmung flachere Blechschalen nutzt, die einen größeren Öffnungswinkel zulassen. Probier doch mal, welche Ergebnisse zu erhälst, wenn du das Board in der Schale einige Zentimeter nach oben versetzt. In Kombination mit einem Winkel von 25°(Elevation Mask in RTK)
könntest du unter Umständen bessere Ergebnisse erzielen.

Soweit von mir.


Beste Grüße
Benjamin

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2340

  • Werner
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Hallo,

ich finde diese RTKLIB Tests toll!
Aber wie sieht es unter realistischen Bedingungen aus?
  • etwa maximal 30cm über dem Boden, höher ist kein Roboter?
  • kleine Antenne die in den Roboter passt?
  • was wenn der Roboter direkt nebem dem Haus ist, also massive Reflexionen einfängt?
  • und die Basisstation dazu noch auf der anderen Seite vom Haus ist, daher ziemlich sicher andere Satelliten verwendet?

Wenn das sicher funktioniert würde ich auch in das Thema einsteigen, ein PC läuft sowieso als Mediaserver und langweilt sich.

LG!

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2343

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Hallo Werner,

genau dort müsste die Experimentierarbeit weiter gehen - leider kann man sich (z.B. aus Zeitgründen) nicht mit jedem Thema soweit auseinandersetzen wie man möchte und ist daher auf Hilfe anderer angewiesen. Alle sind daher herzlich zum experimentieren eingeladen. Die bisherigen Anleitungen/Ergebnisse sollen insbesondere dazu beitragen :-)

Gruss,
Alexander

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2351

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Hallo Alexander,

Wenn ich es richtig sehe haben schon 2 Mitglieder einen Testaufbau durchgeführt, es wäre am einfachsten wenn dieses die Tests weiterführen.
Ich habe unter den oben genannten Bedingungen mit normalem GPS teilweise massive Probleme, so fährt der Roboter in Richtung Süden, die Positionsdaten laut GPS gehen aber in Richtung Norden! Und das bei besten HDOP Werten.

Derzeit arbeite ich an Ultraschallbaken um dieses Problem zu beheben, ist aber noch nicht über einen kleinen Testaufbau im Arbeitszimmer hinausgekommen.

DGPS wäre viel einfacher, da ich mindestens 10 Ultraschallbaken benötige um nur den Bereich ums Haus abzudecken.

LG!

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2364

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Pauschal gesagt, sehe ich ein wenig schwarz, was die zentimetergenaue Positionserkennung von Rasenmäherrobotern angeht. Mit reinen GPS Empfängern (im einfachen Frequenzbereich) hat man immer Probleme mit Multipath, eben durch die zusätzlichen Bedingungen die du, Werner genannt hast.
Es gibt Ansätze zur Sensorfusion - hierbei wird ein "9 degree of freedom" Sensorboard (rund 34€ bei ebay) an das DGPS System angeschlossen. Über einen Kalmanfilter können die Bewegungsdaten der Sensoren mit dem GPS abgeglichen und entsprechend genutzt werden. Leider ist dieser Ansatz noch nicht sehr weit entwickelt und vermutlich nur bedingt für die genaue Ortung im Garten nutzbar.

Der Ansatz der Ultraschallbaken hatte ich auch schon. Leider wird man durch Reflexionen ebenfalls Störgrößen erhalten.

Meide Idee wäre ein Bildverarbeitungssystem mit farblichen Baken. Dies wäre kostengünstig, jedoch gegenüber den bestehenden Ansätzen mit Induktionsdrähten sehr aufwendig. Hier kommt das Problem für mich ins Spiel, das Alexander nannte: Die Zeit.


Ich ärger mich zur Zeit etwas mit meinem Odroid U3 Board herum, aber wenn es einmal läuft, hoffe ich das DGPS bald erneut aufbauen zu können. ;) Ist aber alles aufwendiger als damals gedacht.



Beste Grüße
Benjamin

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2369

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Mir würde 1m Genauigkeit reichen, ab dann funktioniert die Navigation einwandfrei. Bei 2m Genauigkeit funktioniert es zu ca 80%, er muss bei mir Passagen mit <4m Breite durchfahren, und das geht bei gutem GPS Empfang.

Das Sensorbord habe ich mir schon angesehen, wie sind denn die Erfahrungen damit? Ehrlich gesagt halte ich diesen Ansatz derzeit für Over-Engineered.
Ganz einfach weil der typische Rasenmäher langsam fährt. Mit Gyros and Beschleunigungssensoren kann man den Kurs zwischen den Kompasswerten errechnen, die einzige stabile und driftfreie Referenz bleibt aber der Kompass. Wenn man jetzt 4x pro Sekunde den Kompass auswertet, sind das nur 10cm Fahrweg, was nutzt es da jeden 1cm den Kurs zu errechnen und korrigieren? So schnell reagieren die Fahrmotoren gar nicht, die sind viel zu träge....

Mit den Reflexion der Baken kämpfe ich gerade herum, er nimmt fast nur die Reflexionen, anscheinend hat er lieber die schwachen Signale ;) Wahrscheinlich aber auch ein Timing Problem und vor allem muss der richtige Abstand US-Kapsel - Reflektor gefunden werden. Ohne Reflektor geht es viel besser, aber nur im 60° Kegel der Sensoren.

Bildverarbeitung würde ich anders aufbauen: Eine Kamera die von oben auf das Grundstück schaut, und den Roboter als Farbpunkt auswertet. zB eine rote Lampe drauf montieren.
Es gibt Kameras die die Rohdaten ausgeben, man müsste also nur das stärkste rote Signal suchen. Dazu braucht man die Daten gar nicht speichen, einfach seriell auslesen, und das Pixel mit dem Maximum entspricht der Position (noch ohne Koordinatentransformation). Könnte daher ein einfacher Mikrokontroller machen, und über Funk weitersenden.

Problem Zeit hat leider fast jeder, habe Abends grad mal 1-2h übrig falls ich nach der Arbeit Lust habe noch weiter in den PC zu starren....

LG!

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2401

  • otterstedt
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Mit der Idee, die Position über eine (eingebaute oder externe) Kamera zu bestimmen, habe ich auch schon länger gespielt. Gestern habe ich dann beschlossen, das mal etwas zu konkretisieren. Die Ergebnisse sind recht viel versprechend. Mit OpenCV erkennt der Rechner die Bake (hier versuchsweise ein kleiner Gärbehälter) recht sicher und es gibt nur wenige fehlerhafte Treffer.

Natürlich bleibt da aber noch einiges zu tun:
-> Ich hatte alle Trainingsfotos bei Sonnenschein aufgenommen. Deshalb sinkt die Trefferquote bei bedecktem Himmel deutlich
-> Meine Webcam(s) gehören wohl nicht gerade zur technischen Oberklasse ;-) Ab etwa 5 Meter sinkt die Trefferquote deutlich.

Andererseits kann man das Ergebnis mit einer längeren Trainingsphase und erheblich mehr Trainingsbildern sicher noch weiter steigern. Die Bake sollte dafür vermutlich eine eindeutigere Form und irgendein auffälliges Muster haben.

Anhang:

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 1 Monat her #2402

  • Werner
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Ich hatte 1x beruflich mit Bilderkennung zu tun, Erkennung von Positionsmarkern auf >50m, Bewertung der Lieferanten Konzepte.
Die Kameras waren etwas teurer als Webcams ;) Der Rest sollte mit OpenCV möglich sein.
Es wurden die Bilder so gefiltert dass nur mehr die Marker weiss auf schwarzem Hintergrund zu sehen war. Aktive Marker wurden mit einer niedrigen Frequenz geschalten, so konnte man zwischen Fremdlicht und den Markern unterscheiden.

Mein Ansatz wäre viel primitiver mit einem günstigen OV7670 Kameramodul und einem Mikrocontroller, ich habs gern minimalistisch B)

Im Roboternetz hat es einer mit Webcam und Farberkennung über Visual Basic umgesetzt, ich habe aber nicht geschafft mich mit VB anzufreunden.

Zum Thema GPS: bin jetzt erst nach 3 Jahren draufgekommen dass das GPS Modul Sbas und Egnos in den Werks Einstellungen deaktiviert hat.
Suchte ein neues besseres Modul und dort war es erwähnt, das hat mich auf die Idee gebracht.
Heute erste Fahrt mit aktivierter Einstellung, und es war ein recht genauer Empfang <2m. Oder war es einfach nur ein guter Empfangstag?

LG!

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Wochen her #2722

  • Muerzi
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Hey alexander.

Wie siehts mit opencv "von oben" aus? Cam ans haus/mast und von oben den mower tracken/leiten?

Lg

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Wochen her #2723

  • Werner
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Ich hab jetzt ein OV7670 Kameramodul bestellt, soll oben am Haus montiert werden und den Roboter tracken.
Hat jemand Lust mit zu basteln? Mache alles auf Lochrasterplatinen, das kann jeder nachbauen.
Das Konzept ist einfach den hellsten zB roten Punkt erkennen, das geht einfach mit einem Mikrocontroller.
Wenn es einen 3V Arduino gibt nehme ich so einen, programmiere aber in Standard C.
LG!

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Wochen her #2724

  • nero76
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@Werner: wenn es funktionieren soll, müssten 4-5 Kameras bei uns aufgebaut werden (Verschattung durch Bäume, Gebäude...) - eine Schleife funktioniert eigentlich überall, auch ist man entwicklungstechnisch dort schon am weitesten. Als zukünftige Alternative könnte man den Kamera-Ansatz prototypisch entwickeln und testen.

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Differential GPS im Eigenbau 5 Jahre 2 Wochen her #2726

  • Werner
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Hallo Alexander,
ich sehe die Kamera als Ergänzung zur Schleife, die Schleife soll auf alle Fälle erhalten bleiben. Meine Schleife funktioniert seit 4 Jahren ohne Aussetzer, gab nur einmal das Problem mit zuviel Metall im Roboter.

Hatte in den letzten Tagen mehr Zeit den Roboter beim Fahren zu beobachten, und da ist mir wieder einmal aufgefallen dass er Positionen im Norden vom Haus nicht findet. Er hat ein verfälschtes GPS Signal, versucht danach den Kurs zu berechnen, kommt dann bei der Fahrt neben dem Haus raus, bekommt dort wieder ein anderes, besseres GPS Signal, berechnet den neuen Kurs, wieder hinters Haus hin, wo wieder das falsche GPS Signal ist und das Spiel beginnt von vorne.
Er verfährt also wertvolle Zeit anstatt korrekt zu mähen, da wäre der reine Zufallsmodus effektiver als die Navigation nach der Karte.

Zuerst wollte ich für diesen Bereich Ultraschall einsetzen, bekomme aber schon keinen stabilen Testaufbau hin.
Dann kam mir diese günstige Kamera unter. Einfach ein zB rote Farbmarkierung / Licht am Roboter zu tracken sollte damit möglich sein, ein Scan durch alle Pixel nach dem Rotwert, der höchste Wert ist die Position. Damit braucht man kein Bild zu speichern oder großartig zu bearbeiten, und kommt mit einem einfachen Atmega + Funkstrecke aus.

Es soll erstmal 1 Testaufbau kommen, für den Bereich wo das GPS regelmäßig Mist liefert. Fürs ganze Grundstück wüsste ich gar nicht wo man die ganzen Kameras + Stromversorgung unauffällig montieren könnte...

LG!

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