Kobuki - História úprav

Balogh: /* Aktualizácia polohy (dead reckoning) */

2026-05-06T19:16:10Z

Aktualizácia polohy (dead reckoning)

← Staršia verzia		Verzia z 19:16, 6. máj 2026
Riadok 270:		Riadok 270:
	== Aktualizácia polohy (dead reckoning) ==		== Aktualizácia polohy (dead reckoning) ==

	Polohu robota aktualizujeme iteratívne. Používame ''aproximáciu stredným uhlom'' (second-order midpoint method), ktorá je výrazne presnejšia než jednoduchá Eulerova metóda: ~~<math display="block">\boxed{~~		Polohu robota aktualizujeme iteratívne. Používame ''aproximáciu stredným uhlom'' (second-order midpoint method), ktorá je výrazne presnejšia než jednoduchá Eulerova metóda:
	~~\begin{aligned}~~
	~~\theta_{mid} &= \theta(k{-}1) + \frac{\Delta\theta}{2} \\[4pt]~~
	~~x(k) &= x(k{-}1) + d_c · \cos(\theta_{mid}) \\[2pt]~~
	~~y(k) &= y(k{-}1) + d_c · \sin(\theta_{mid}) \\[2pt]~~
	~~\theta(k) &= \theta(k{-}1) + \Delta\theta~~
	~~\end{aligned}~~
	}
	~~\label{eq:update}</math>~~

	Počiatočné podmienky: ~~<math display="inline">~~x(0) = 0~~</math>~~, ~~<math display="inline">~~y(0) = 0~~</math>~~, ~~<math display="inline">\theta~~(0) = 0~~</math>~~ (robot smeruje v osi ''x'').		θ_mid = \theta(k-1) + Δθ/2
			x(k) = x(k-1) + d_c · cos(θ_mid)
			y(k) = y(k-1) + d_c · sin(θ_mid)
			θ(k) = θ(k-1) + Δθ

			Počiatočné podmienky: x(0) = 0, y(0) = 0, θ(0) = 0 (robot smeruje v osi ''x'').

	== Tri zdroje orientácie ==		== Tri zdroje orientácie ==

Balogh: /* Kinematika diferenciálneho podvozku */

2026-05-06T19:12:41Z

Kinematika diferenciálneho podvozku

← Staršia verzia		Verzia z 19:12, 6. máj 2026
Riadok 252:		Riadok 252:
	== Kinematika diferenciálneho podvozku ==		== Kinematika diferenciálneho podvozku ==

	Robot má dve kolesá vzdialené ''L'' = 0,23 m. Stredom medzi nimi je referenčný bod ''P'', ktorého polohu (x, y) ~~a orientáciu <math>\theta</math>~~ chceme sledovať.		Robot má dve kolesá vzdialené ''L'' = 0,23 m. Stredom medzi nimi je referenčný bod ''P'', ktorého polohu (x, y) a orientáciu θ chceme sledovať.


	~~<div id="fig:kinematika" class="figure"></div>~~

	V každom časovom kroku (medzi vzorkou ''k-1'' a ''k'') enkodéry napočítajú ~~<math>\Delta tick_L</math>~~ a ~~<math>\Delta tick_R</math>~~ impulzov. Dráha jednotlivých kolies je: ~~<math>~~d_L = ~~\Deltatick_L~~ · c_f, d_R = ~~\Deltatick_R~~ · c_f,		V každom časovom kroku (medzi vzorkou ''k-1'' a ''k'') enkodéry napočítajú ''Δtick_L'' a ''Δtick_R'' impulzov. Dráha jednotlivých kolies je: ''d_L = Δtick_L · c_f, d_R = Δtick_R · c_f'',
	~~\label{eq:dl_dr}</math>~~ kde ''c<sub>f</sub>'' = 0,000085292 m tick<sup>−1</sup> je prepočtový faktor.		kde ''c<sub>f</sub>'' = 0,000085292 m tick<sup>−1</sup> je prepočtový faktor.

			<div id="fig:kinematika" class="figure"></div>
	'''Obr. 1:''' ''Kinematický model diferenciálneho podvozku. d<sub>L</sub>, d<sub>R</sub> sú dráhy kolies, d<sub>c</sub> je stredná dráha bodu P.''		'''Obr. 1:''' ''Kinematický model diferenciálneho podvozku. d<sub>L</sub>, d<sub>R</sub> sú dráhy kolies, d<sub>c</sub> je stredná dráha bodu P.''

	Stredná dráha (pohyb bodu ''P'') a zmena orientácie sú: ~~<math display="block">\boxed{~~d_c = ~~\frac{~~d_L + d_R}{2}}, ~~\boxed{\Delta\theta~~ = ~~\frac{~~d_R - d_L}{L}}.		Stredná dráha (pohyb bodu ''P'') a zmena orientácie sú:
	~~\label{eq:dc_dtheta}</math>~~		d_c = (d_L + d_R)/2,
			Δθ = (d_R - d_L)/L.

	Intuitívne: ak sa obe kolesá pohnú rovnako (~~<math display="inline">~~d_L = d_R~~</math>~~), robot ide rovno (~~<math display="inline">\Delta\theta~~ = 0~~</math>~~). Ak sa pravé koleso pohne viac, robot zatáča doľava (~~<math display="inline">\Delta\theta~~ > 0~~</math>~~ v štandardnej konvencii).		Intuitívne: ak sa obe kolesá pohnú rovnako (d_L = d_R), robot ide rovno (Δθ = 0). Ak sa pravé koleso pohne viac, robot zatáča doľava (Δθ > 0 v štandardnej konvencii).

	== Aktualizácia polohy (dead reckoning) ==		== Aktualizácia polohy (dead reckoning) ==

Balogh: /* Kinematika diferenciálneho podvozku */

2026-05-06T19:05:45Z

Kinematika diferenciálneho podvozku

← Staršia verzia		Verzia z 19:05, 6. máj 2026
Riadok 252:		Riadok 252:
	== Kinematika diferenciálneho podvozku ==		== Kinematika diferenciálneho podvozku ==

	Robot má dve kolesá vzdialené ''L'' = 0,23 m. Stredom medzi nimi je referenčný bod ''P'', ktorého polohu ~~<math display="inline">~~(x, y)~~</math>~~ a orientáciu <math ~~display="inline"~~>\theta</math> chceme sledovať.		Robot má dve kolesá vzdialené ''L'' = 0,23 m. Stredom medzi nimi je referenčný bod ''P'', ktorého polohu (x, y) a orientáciu <math>\theta</math> chceme sledovať.

	<div id="fig:kinematika" class="figure">		<div id="fig:kinematika" class="figure"></div>

	V každom časovom kroku (medzi vzorkou ~~<math display="inline">~~k{-}1~~</math>~~ a ''k'') enkodéry napočítajú <math ~~display="inline"~~>\~~Deltatick_L~~</math> a <math ~~display="inline"~~>\~~Deltatick_R~~</math> impulzov. Dráha jednotlivých kolies je: <math ~~display="block"~~>d_L = \Deltatick_L · c_f, d_R = \Deltatick_R · c_f,		V každom časovom kroku (medzi vzorkou ''k-1'' a ''k'') enkodéry napočítajú <math>\Delta tick_L</math> a <math>\Delta tick_R</math> impulzov. Dráha jednotlivých kolies je: <math>d_L = \Deltatick_L · c_f, d_R = \Deltatick_R · c_f,
	\label{eq:dl_dr}</math> kde ''c<sub>f</sub>'' = 0,000085292 m tick<sup>−1</sup> je prepočtový faktor.		\label{eq:dl_dr}</math> kde ''c<sub>f</sub>'' = 0,000085292 m tick<sup>−1</sup> je prepočtový faktor.

Balogh: /* Formát záznamových súborov */

2026-05-06T19:03:13Z

Formát záznamových súborov

← Staršia verzia		Verzia z 19:03, 6. máj 2026
Riadok 197:		Riadok 197:
	\|\| 4 — Gyro		\|\| 4 — Gyro
	\|\| <code>float</code>		\|\| <code>float</code>
	\|\| Uhol z gyroskopu v stupňoch (~~<math display="inline">~~-180~~</math>~~ až ~~<math display="inline">~~+180~~</math>~~)		\|\| Uhol z gyroskopu v stupňoch (-180 až +180)
	\|}		\|}

Riadok 231:		Riadok 231:
	\|\| 3 — Angle		\|\| 3 — Angle
	\|\| <code>float</code>		\|\| <code>float</code>
	\|\| Uhol laserového lúča v stupňoch (~~<math display="inline">0</math>–360~~), ''v smere hodinových ručičiek'' od prednej časti robota		\|\| Uhol laserového lúča v stupňoch (0–360), ''v smere hodinových ručičiek'' od prednej časti robota
	\|-		\|-
	\|\| 4 — Quality		\|\| 4 — Quality
Riadok 244:		Riadok 244:
	3067237467 3708.75 353.812 15		3067237467 3708.75 353.812 15

	Jedna kompletná otáčka lidaru (sken) obsahuje typicky okolo 260 bodov. Pri scan rate cca 7.8 Hz to zodpovedá vzorkovacej frekvencii cca 2000 Hz.		Jedna kompletná otáčka lidaru (sken) obsahuje typicky okolo 260 bodov. Pri scan rate cca 7,8 Hz to zodpovedá vzorkovacej frekvencii cca 2000 Hz.

	= Teoretický základ — ideálny prípad =		= Teoretický základ — ideálny prípad =

Balogh: /* Formát záznamových súborov */

2026-05-06T19:01:38Z

Formát záznamových súborov

← Staršia verzia		Verzia z 19:01, 6. máj 2026
Riadok 173:		Riadok 173:

	Každý riadok obsahuje jedno meranie, hodnoty sú oddelené medzerami:		Každý riadok obsahuje jedno meranie, hodnoty sú oddelené medzerami:

	~~<div class="center">~~

	<code><timestamp_us> <enc_left> <enc_right> <gyro_deg></code>		<code><timestamp_us> <enc_left> <enc_right> <gyro_deg></code>
Riadok 204:		Riadok 202:
	Príklad záznamov:		Príklad záznamov:

	~~<pre>~~ 3067284773 1288 58777 174.98		3067284773 1288 58777 174.98
	3067301111 1288 58777 174.98		3067301111 1288 58777 174.98
	3067323915 1288 58777 174.98~~</pre>~~		3067323915 1288 58777 174.98

	Frekvencia záznamu zodpovedá dátovej frekvencii robota, t. j. približne 50 Hz.		Frekvencia záznamu zodpovedá dátovej frekvencii robota, t. j. približne 50 Hz.

Riadok 212:		Riadok 211:

	Každý riadok obsahuje jedno meranie laserového lúča:		Každý riadok obsahuje jedno meranie laserového lúča:

	~~<div class="center">~~

	<code><timestamp_us> <distance_mm> <angle_deg> <quality></code>		<code><timestamp_us> <distance_mm> <angle_deg> <quality></code>
Riadok 243:		Riadok 240:
	Príklad záznamov:		Príklad záznamov:

	~~<pre>~~ 3067236764 3713.75 351.047 15		3067236764 3713.75 351.047 15
	3067237463 3666.75 352.438 15		3067237463 3666.75 352.438 15
	3067237467 3708.75 353.812 15~~</pre>~~		3067237467 3708.75 353.812 15

	Jedna kompletná otáčka lidaru (sken) obsahuje typicky okolo 260 bodov. Pri scan rate cca 7.8 Hz to zodpovedá vzorkovacej frekvencii cca 2000 Hz.		Jedna kompletná otáčka lidaru (sken) obsahuje typicky okolo 260 bodov. Pri scan rate cca 7.8 Hz to zodpovedá vzorkovacej frekvencii cca 2000 Hz.

	~~<div class="center">~~

	= Teoretický základ — ideálny prípad =		= Teoretický základ — ideálny prípad =

Balogh: /* Laserový diaľkomer RPlidar A1 */

2026-05-06T18:58:40Z

Laserový diaľkomer RPlidar A1

← Staršia verzia		Verzia z 18:58, 6. máj 2026
Riadok 124:		Riadok 124:
	\| rowspan="3"\| Rozmery a hmotnosť		\| rowspan="3"\| Rozmery a hmotnosť
	\|\| Rozmery		\|\| Rozmery
	\|\| ~~<math display="inline">~~98,5 × 70 × 60 mm~~</math>~~		\|\| 98,5 × 70 × 60 mm
	\|-		\|-
	\|\| Hmotnosť		\|\| Hmotnosť

Balogh na 17:23, 6. máj 2026

2026-05-06T17:23:10Z

Zobraziť rozdiely

Balogh: Vytvorená stránka „= Návod na cvičenie: Rekonštrukcia trajektórie a mapovanie bludiska = == Cieľ cvičenia == Cieľom tohto cvičenia je prakticky si vyskúšať zber a spracovanie surových dát z mobilného robota. Úlohou je manuálne prejsť s robotom neznáme bludisko a následne zo zaznamenaných dát (odometria, gyroskop a lidar) zrekonštruovať mapu prostredia a presnú trajektóriu pohybu robota. == Technický opis zariadení == === Mobilná platforma Kobuki === Kob…“

2026-05-06T15:07:23Z

Vytvorená stránka „= Návod na cvičenie: Rekonštrukcia trajektórie a mapovanie bludiska = == Cieľ cvičenia == Cieľom tohto cvičenia je prakticky si vyskúšať zber a spracovanie surových dát z mobilného robota. Úlohou je manuálne prejsť s robotom neznáme bludisko a následne zo zaznamenaných dát (odometria, gyroskop a lidar) zrekonštruovať mapu prostredia a presnú trajektóriu pohybu robota. == Technický opis zariadení == === Mobilná platforma Kobuki === Kob…“

Nová stránka

= Návod na cvičenie: Rekonštrukcia trajektórie a mapovanie bludiska =

== Cieľ cvičenia ==
Cieľom tohto cvičenia je prakticky si vyskúšať zber a spracovanie surových dát z mobilného robota. Úlohou je manuálne prejsť s robotom neznáme bludisko a následne zo zaznamenaných dát (odometria, gyroskop a lidar) zrekonštruovať mapu prostredia a presnú trajektóriu pohybu robota.

== Technický opis zariadení ==

=== Mobilná platforma Kobuki ===
Kobuki je nízkonákladová mobilná platforma s diferenciálnym podvozkom, určená na výskum a vzdelávanie. Robot je vybavený dvoma pohonnými kolesami a pomocnými pasívnymi kolieskami pre stabilitu. Obsahuje inkrementálne enkodéry na motoroch a interný jednoosový gyroskop na meranie uhlovej rýchlosti a natočenia.

=== Laserový skener RPLidar A1 ===
RPLidar A1 je 2D laserový skener (LIDAR) pracujúci na princípe triangulácie. Senzor rotuje v rozsahu 360 stupňov a meria vzdialenosti k prekážkam. Je umiestnený v geometrickom strede robota Kobuki, čo zjednodušuje transformáciu súradníc.

=== Technické parametre ===
Z nasledujúcich tabuliek vyberte parametre relevantné pre vaše výpočty.

{| class="wikitable"
|+ Parametre robota Kobuki
! Parameter !! Hodnota
|-
| Maximálna translačná rýchlosť || 70 cm/s
|-
| Maximálna rotačná rýchlosť || 180 deg/s
|-
| Rázvor kolies (L) || 230 mm
|-
| Rozlíšenie enkodéra || 2578.33 ticks/wheel rev
|-
| Hustota impulzov || 11.7 ticks/mm
|-
| Frekvencia senzorových dát || 50 Hz
|-
| Napätie batérie || 14.8 V
|-
| Hmotnosť || 2.35 kg
|}

{| class="wikitable"
|+ Parametre RPLidar A1
! Parameter !! Hodnota
|-
| Rozsah merania || 0.15 – 12 m
|-
| Uhlový rozsah || 0 – 360°
|-
| Uhlové rozlíšenie || ≤ 1°
|-
| Frekvencia skenovania || 5.5 Hz (typická)
|-
| Smer rotácie || V smere hod. ručičiek (CW)
|-
| Napájanie || 5 V / 500 mA
|-
| Presnosť vzdialenosti || < 1% (pri 12 m)
|}

== Metodika merania ==
# Pomocou joysticku alebo klávesnice ovládajte robota v prostredí bludiska.
# Prejdite všetky hlavné chodby aj slepé uličky. Pomalší a plynulý pohyb zaručuje kvalitnejšie dáta.
# Počas pohybu systém automaticky ukladá dáta do súborov '''robot.log''' a '''laser.log'''.

== Formát nameraných dát ==

=== Súbor robot.log ===
Každý riadok obsahuje jeden časový záznam:
# '''Timestamp [us]''' – Čas merania v mikrosekundách.
# '''Left Encoder''' – Kumulatívny počet impulzov ľavého kolesa.
# '''Right Encoder''' – Kumulatívny počet impulzov pravého kolesa.
# '''Gyro Angle [deg]''' – Aktuálny uhol natočenia robota v stupňoch.

=== Súbor laser.log ===
Obsahuje surové merania z lidaru:
# '''Timestamp [us]''' – Synchronizačný čas.
# '''Distance [mm]''' – Vzdialenosť k prekážke.
# '''Angle [deg]''' – Uhol lúča voči osi robota (0° = vpred).
# '''Quality''' – Kvalita odrazu (celé číslo).

== Teória výpočtu ==

=== Ideálny model pohybu ===
V ideálnom prípade predpokladáme nekonečné rozlíšenie a nulovú chybu. Pre diferenciálny podvozok platí výpočet elementárneho posunu <math> \Delta s </math>:
:<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
\Delta s = \frac{\Delta s_R + \Delta s_L}{2}
</math>

Natočenie robota <math> \theta_i </math> berieme priamo z gyroskopu. Nová poloha v rovine sa vypočíta integráciou:
:<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
x_i = x_{i-1} + \Delta s \cdot \cos(\theta_i)
</math>
:<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
y_i = y_{i-1} + \Delta s \cdot \sin(\theta_i)
</math>

=== Ideálne mapovanie ===
Bod nameraný lidarom (vzdialenosť <math> r </math>, uhol <math> \alpha </math>) prenesieme do globálnej mapy pomocou natočenia robota <math> \theta </math>:
:<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
X_{wall} = x_R + r \cdot \cos(\theta + \alpha)
</math>
:<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
Y_{wall} = y_R + r \cdot \sin(\theta + \alpha)
</math>

== Praktické problémy a implementácia ==

=== Pretečenie enkodérov ===
Enkodéry robota sú 16-bitové nesignované integery (0 – 65535). Pri výpočte rozdielu <math> \Delta ticks </math> musíte ošetriť skokovú zmenu hodnoty pri pretečení (overflow).

'''Ukážka v Matlabe:'''
<pre>
diff = current - previous;
if diff > 32767, diff = diff - 65536; end
if diff < -32768, diff = diff + 65536; end
</pre>

'''Ukážka v Pythone:'''
<pre>
diff = current - previous
if diff > 32767: diff -= 65536
elif diff < -32768: diff += 65536
</pre>

=== Uhol a smerovanie ===
Gyroskop vracia uhol v rozsahu ±180°. Pred interpoláciou sa odporúča použiť funkciu '''unwrap''', ktorá odstráni skoky pri prechode cez hranicu.
* '''Pozor:''' Lidar meria uhol <math> \alpha </math> v smere CW (hodinové ručičky), zatiaľ čo goniometria v kódovacích jazykoch je CCW. Preto pri výpočte používajte záporný uhol lidaru (<math> -\alpha </math>).

=== Synchronizácia časových značiek ===
Dáta z lidaru a odometrie nie sú zaznamenané v rovnakom čase. Pre každý záznam z laser.log musíte nájsť polohu robota v danom čase pomocou lineárnej interpolácie.

'''Matlab:''' <code>interp1(robot_time, robot_x, laser_time)</code>
'''Python (numpy):''' <code>np.interp(laser_time, robot_time, robot_x)</code>

== Úlohy ==
# Načítajte logy a vykonajte konverziu jednotiek (impulzy -> metre, mm -> metre).
# Vypočítajte trajektóriu [x, y] a vykreslite ju.
# Transformujte body z lidaru do globálnych súradníc (filtrujte body s kvalitou 0 a vzdialenosťou mimo 0.15 - 6 m).
# Vykreslite mapu bludiska (čierne body) a do nej vložte trajektóriu robota (farebná čiara).

← Staršia verzia		Verzia z 18:58, 6. máj 2026
Riadok 124:		Riadok 124:
	\| rowspan="3"\| Rozmery a hmotnosť		\| rowspan="3"\| Rozmery a hmotnosť
	\|\| Rozmery		\|\| Rozmery
	\|\| ~~<math display="inline">~~98,5 × 70 × 60 mm~~</math>~~		\|\| 98,5 × 70 × 60 mm
	\|-		\|-
	\|\| Hmotnosť		\|\| Hmotnosť