Drone

De robotscheidsrechter krijgt zijn fysieke voorstelling in de vorm van een drone. Deze zal autonoom het spel in de gaten houden en beslissingen nemen gebaseerd op eigen waarnemingen en camera's.

Recente update

vlucht:

besturing:


Door middel van een MatLabscript hebben we de drone kunnen laten vliegen. Deze besturing geschied nog aan de hand van de pijltjestoetsen voor rotaties, stijgen en dalen, en WASD voor de horizontale translaties.

Type Drone

Het type drone dat de TU beschikbaar stelt is de Parrot AR drone 2.0. De drone is bedoeld om makkelijk toegankelijk te maken.
De AR drone heeft de volgende belangrijke specificaties:

• 720p HD camera
• Foto en video opname
• Ingebouwde gyroscoop voor optimale stabiliteit
• Wifi netwerk
• Hoogtesensor

Deze functies zijn essentieel in de kwaliteit van de scheidsrechter.

Er is een open SDK beschikbaar voor particulieren om functies te maken. Online zijn deze libraries te vinden, bijvoorbeeld op GitHub. Dit is goed nieuws, omdat we zo het wiel niet opnieuw uitvinden en zodoende de drone snel aan het vliegen krijgen waarbij doe o.a. dezelde hoogte kan houden, naar bepaalde coordinaten kan vliegen, video streamen en zichzelf kan stabiliseren. De eerste stap naar de autonome scheidsrechter is dan ook eerst om de drone aan de praat te krijgen.

Positiebepaling

Om de essentie van het doel aan te grijpen en het realiseerbaar te houden is er gekozen voor de opstelling te zien in onderstaande figuur.

Camera 1, 'C1', en camera 2, 'C2', zullen respectievelijk het linker- en rechterdeel van het veld in de gaten houden.
Hierbij zullen ze vooral focussen op de zijlijnen en de bal.

• Als de bal de zijlijnen passeert, zullen ze dit aan de scheids doorgeven zodat deze daar adequaat naar kan handelen.
  
• Als de bal naar het andere cameraveld beweegt zullen de camera's een signaal uitwisselen
• De positie van de bal wordt aan de drone doorgegeven.
  
• Als de bal uit is wordt dit aan de drone doorgegeven.
  

Bovenstaand proces van interactie tussen de camera's en de drone wordt ook wel 'multi-camera netwerking' genoemd.

De doorgegeven positie wordt aan de hand van x,y coördinaten gedaan. De camera's zijn een gefixeerd punt in de ruimte. Dit stelt ons in staat een oorsprong te definiëren en de ruimte in coördinaten te beschrijven.
De hoek linksonder in het veld is het (0,0) punt. De drone ontvangt van de camera's de positie van de bal en kan zo aan de eis voldoen dat de drone boven de bal moet blijven vliegen. De camera van de drone kan, mits in het bereik, ook de positie van de bal spotten. De drone zal zichzelf oriënteren aan de hand van C1 en C2. De drone heeft een eigen X,Y-assenstelsel op zijn camera met (0,0) het middelpunt van het beeld. In een wedstrijd kan voor de drone twee situaties voorkomen. Een waarbij de drone de bal zelf kan 'zien' en een waarbij de bal buiten het beeld van de drone is.

=== Situatie 1 ===
Dit is de situatie waarbij de camera van de drone zelf de bal kan waarnemen. Het camerabeeld van de drone heeft een assenstelsel [math]\displaystyle{ (x_db,y_db) }[/math] met (0,0) in het midden van het beeld. Door middel van videotracking kan de bal worden waargenomen door de camera met een bepaalde positie. Deze positie heeft een [math]\displaystyle{ (x,y) }[/math] waarde ten opzichte van middelpunt. Door deze te vergelijken kan een richtingsvector worden opgesteld: [math]\displaystyle{ rd_1^T=[x,y] }[/math]. Door de drone nu een bepaalde snelheid v in deze richting te geven zal de drone de bal volgen.

=== Situatie 2 ===
In deze situatie kan de drone zelf de bal niet 'zien'. Dit kan voorkomen als de bal sneller wegrolt dan de drone kan vliegen. Hier worden de drone en de bal door middel van de camera's boven het veld waargenomen met een positie voor de bal [math]\displaystyle{ (x_b,y_b) }[/math] en voor de drone [math]\displaystyle{ (x_d,y)d) }[/math]. Door het verschil van deze twee posities kan weer een richtingsvector worden opgesteld: [math]\displaystyle{ rd_2^T=[(x_d-x_b),(y_d-y_b)] }[/math]. De drone zal weer met een bepaalde snelheid in deze richting gaan vliegen.

Om een goed vliegende drone te hebben moeten de bovenstaande situaties 1 en 2 goed worden onderscheiden. Zo zijn er enkele voorwaarden waar het vliegen aan moet voldoen. Allereerst moet de drone een vaste hoogt proberen aan te houden. Deze is gesteld op 2 meter zodat de drone de spelers niet in de weg loopt en hoog genoeg is om niet geraakt te worden door hoog vliegende ballen. De volgende voorwaarde is dat als de drone de bal kan zien dat deze op eigen informatie handelt en de binnenkomende informatie van de vaste camera's negeert. Zodra de drone de bal niet meer waarneemt zal deze reageren op de informatie van de vaste camera's, totdat de drone zelf de bal weer kan zien en overschakelt op eigen informatie.

USE aspecten

De drone zal een vervaning zijn van de fysieke scheidsrechter en zodanig ook zijn taken overnemen. Dat houdt in dat de robot dicht bij de bal is, en overtredingen rondom de bal detecteert.
Ook moet de drone een fluitsignaal geven als er daadwerkelijk iets niet volgens de regels gaat. Daarbij is het belangrijk dat de drone, door bijv een LED, kan aangeven welk team de fout heeft gemaakt
en de bal overhandigd wordt aan het rechtsgeldige team.

Matlab

In eerste instantie is geprobeerd om de drone te besturen met JavaScript en Node.js. Deze besturing lukte goed, maar het zou makkelijker zijn om de drone te kunnen besturen met matlab. Op 26/11/15 is het gelukt om de drone te besturen met behulp van een matlab script. Door het script uit te voeren start de connectie van de computer met de drone. Met behulp van toetsen op het toetsenbord kon de drone bestuurd worden. De verbinding van matlab met de drone maakt het proces gemakkelijker, omdat er geen link hoeft te worden gelegd tussen verschillende programma's. Dit is omdat het videotracking wordt gedaan met behulp van matlab. Omdat de besturing met matlab gedaan kan worden, wordt er een script geschreven zodat de robot autonoom zal gaan vliegen aan de hand van de balpositie.

survey

Om de drone naar de fans, de spelers en het publiek, is er een enquête opgesteld waarbij we graag willen weten hoe de Society graag wilt dat de drone communiceert.
Hierbij wordt de survey voorgelegd aan een zo breed mogelijk publiek.

Testlog drone

• 19/11/15 Drone opgehaald bij Lambèr. Accu was leeg en daardoor geen tests kunnen doen. Accu wordt opgeladen voor de volgende keer.
• 23/11/15 We hebben de drone kunnen laten opstijgen en dalen.
• 26/11/15 De eerste volledige vlucht is uitgevoerd. Weliswaar zat hij nog aan manuele controle met matlab

---

Terug naar: PRE2015_2_Groep2