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Projet de robot topographique

localisation Mapping Cartographie Topographie

80 réponses à ce sujet

#1 machina78

machina78

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Posté 17 octobre 2012 - 11:29

Mon projet est...

un Robot roulant (faible vitesse) sur une surface lisse mais non plane (Pente maxi 10 %)
Aire en extérieure d’environ 40 x 40 m avec aucun obstacle.
Le but du robot serait de réaliser un maillage de la surface afin d’indiquer la pente en une multitude de point (voire l’altimétrie si possible). La taille de la maille serait de 1m.
le robot serait d'environ 30/40cm de diamètre (robot 2 roue + roue libre)

Le Processus de fonctionnement serait le suivant
1) Pilotage manuel (télécommande) du robot pour lui faire décrire le périmètre de la surface.
2) Le robot en mode autonome devra parcourir la surface et enregistrer les données (coordonnées + pentes + altimétrie si possible).
3) Transmission des données vers un pc pour générer une carte.

Mon Premier et principal problème (de mon point vue inexpérimenté voir ma présentation) : le choix du système de localisation, à ce jour je n’ai rien trouvé qui me semblait possible :
1) L’odométrie seule ne me parait pas suffisant compte tenu des distances.

2) J’ai bien évidement pensé au GPS avec une station de base mais je n’ai trouvé aucun produit qui correspondrait. De plus pour l’altimétrie le GPS ne serait vraisemblablement pas utilisable (d’après mes lectures).
Quelle précision peut on obtenir avec un GPS sur le robot + un GPS fixe (en comparant les valeurs des deux GPS) ?

3)Une solution avec 3 points fixes permettant de se localiser, mais compte tenu des distances mentionnées je n’ai rien trouvé non plus…

Lorsque ce point qui est bloquant pour moi sera résolu je pourrait affiner le projet et définir planning et estimation des coût.

C'est un projet a titre pivé. Mon Budget (limité) serait de l’ordre de 1500 € ce qui n’est pas rien (mais peut être tout de même ridicule pour l’objectif fixé).
Merci d'avance pour vos réponses ou vos questions si la présentation n'est pas suffisante.



#2 Mike118

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Posté 18 octobre 2012 - 02:45

Hum je vais essayer de te donner une réponse juste avec des indices :P

hum indice 1 : quel est la porté maxi d'un module wifi sur un terrain comme le tien ? ( sinon la porté d'un module radio histoire d'être plus que large ;) )

indice 2 : Si je te dis ping, tu me dis ... ? et on va voir combien de temps tu mets à me répondre ^^

indice 3 : Je parle bien entendu de ton option numéro 3 et donc qu'il faut faire 3 fois l'indice 2 :P

Maintenant je laisse ton imagination faire le reste : je pense qu'avec tes connaissance et ton expérience tu as déjà trouvé la solution que je te propose pendant que tu lis ces lignes ;)

PS : SI tu n'as vraiment rien trouvé sur le net par rapport à cette idée je devrais aller la breveter alors ! :tatice_03:

à bientôt !

Si mon commentaire vous a plus laissez nous un avis  !  :thank_you:

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#3 machina78

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Posté 18 octobre 2012 - 06:48

Merci pour ta réponse mike118

Cette idée m'avait vaguement traversé l'esprit, mais pour des raisons d'infrastructure (la zone d'évolution est éloigné de toute source d'alimentation...) je n'avait pas poussé plus loin.

indice 2 : Si je te dis ping, tu me dis ... ? et on va voir combien de temps tu mets à me répondre ^^

A peu près 5 heure pour le ping....ca doit faire une belle distance lol

Mes recherches étant certainement orientées (trop) je n'ai rien trouvé a ce sujet, je vais m'y remettre...
a+

#4 BET@.M@X

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Posté 18 octobre 2012 - 11:04

un Robot roulant (faible vitesse) sur une surface lisse mais non plane (Pente maxi 10 %)
Aire en extérieure d'environ 40 x 40 m avec aucun obstacle.
Le but du robot serait de réaliser un maillage de la surface afin d'indiquer la pente en une multitude de point (voire l'altimétrie si possible).
La taille de la maille serait de 1m.


Machina78, ton projet a beau être détaillé avec précision, je le trouve des plus intriguant. :crazy:

Quelle peut bien être cette surface de 1600m² à ciel ouvert, totalement lisse, donc totalement dépourvue de végétation ou de cailloux, mais non plane ?



Image IPB
simplification radicale du problème de relief...


Mon Premier et principal problème (de mon point vue inexpérimenté voir ma présentation) : le choix du système de localisation, à ce jour je n'ai rien trouvé qui me semblait possible :
1) L'odométrie seule ne me parait pas suffisant compte tenu des distances.

2) J'ai bien évidement pensé au GPS avec une station de base mais je n'ai trouvé aucun produit qui correspondrait. De plus pour l'altimétrie le GPS ne serait vraisemblablement pas utilisable (d'après mes lectures).
Quelle précision peut on obtenir avec un GPS sur le robot + un GPS fixe (en comparant les valeurs des deux GPS) ?


En effet, je trouve que les difficultés sont nombreuses.:unsure:

Mesurer la distance parcourue par un mobile en multipliant le nombre de tour des roues par leur périmètre (odométrie) n'est efficace qu'en ligne droite sur un terrain plat... <_<d'après ce que j'en sais !
... et dans ton cas, la surface est courbée, ce qui fausse encore davantage l'estimation des longueurs.

Image IPB


En première analyse, l'utilisation du GPS (± 15 mètres) est incompatible avec tes exigences de résolution spatiale (1 mètre horizontal et 10 cm vertical).

Image IPB

Mais il semble pourtant que des engins de travaux publics soient guidés par GPS avec une précision hallucinante de ± 3 cm.

Image IPB
Un mémoire sur
le guidage d'une niveleuse par GPS


Donc, cette possibilité ne peut être totalement écartée ...

L'utilisation d'un autre système de positionnement exigerait la présence d'un appareillage supplémentaire dans ou à proximité de la surface a cartographier... :ph34r: mais est ce possible ?
Hum ... si le transfert des données doit se faire en tant réel par liaison radio, le PC pourrait faire office de phare pour le mobile. Image IPB

Franchement, c'est pas simple comme problème :huh: ...ouai, désolé pour toi

Image IPB Mais de là a équiper le mobile avec un LIDAR, il y a de la marge ...

Image IPB


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#5 machina78

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Posté 19 octobre 2012 - 01:53

Hello,
BET@.M@X ta solution pour aplanir la surface est vraiment pas mal...mais un peu trop radical sachant surtout que le but du robot est justement (a minima)de déterminer les pentes. La pente n'est pas de 10 cm maxi mais de 10%. L'écart entre le point bas de la zone et le point haut peut être de l'ordre de 1à 2m.

Je pense découper le projet en 2 parties :
1) robot avec mesure interne (odométrie + indicateur de niveau).
2) système de positionnement externe.


1) Existe t-il dans le commerce (spécialisé s'entend) des roues libre odométrique (d'apres mes lectures il est préférable de faire les mesures avec la roue libre en cas de glissement des roues motrices).
- Quelle pourrait être la précision en odométrie couplée avec un indication de niveau.
- avec un recalibrage (retour "manuel" au point de départ régulièrement) cette solution pourrait fonctionner dans un premier temps bien qu'elle ne soit pas très pratique.

2) Système de positionnement externe
- Wifi : soit par le ping, soit par la force du signal
un document intéressant que je n'ai pas eu le temps de lire intégralement : Géolocalisation par wifi
- GPS: Gps sur mobile + gps sur station base fixe
- Balises lumineuses disposées sur le terrain et détectées par webcam ? en extérieur est-ce possible ? faudra que le robot fonctionne de nuit !! :no:

Quel système apportera la plus grande facilité de mise en oeuvre tout en ayant la précision requise... :help:

Sinon BET@.M@X
Je n'ai pas réussi à lite ton lien "Un mémoire sur le guidage d'une niveleuse par GPS"
Je pense que la mesure d'altimétrie je peux laisser tomber ca va ajouter encore une couche de complexité
dans le cas ou je n'utilise pas de gps il faudra forcement un balisage exterieur afin que le robot se repere. cela est compatible avec la zone.
Le transfert de données peut être fait a postériori.

#6 BET@.M@X

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Posté 19 octobre 2012 - 02:51

Hello,
BET@.M@X ta solution pour aplanir la surface est vraiment pas mal...mais un peu trop radical sachant surtout que le but du robot est justement (a minima)de déterminer les pentes. La pente n'est pas de 10 cm maxi mais de 10%. L'écart entre le point bas de la zone et le point haut peut être de l'ordre de 1à 2m.


Certes, je peux faire erreur, mais étant donné ton annonce d'un maillage de 1 mètre (une mesure tous les mètres donc), il m'a paru logique de penser que tu devais avoir une résolution verticale minimale de 1/10 mètre par mètre... ^_^

J'avais en revanche bien compris que seule la mesure de l'inclinaison (la pente) était prévue sur le mobile .


1) Existe t-il dans le commerce (spécialisé s'entend) des roues libre odométrique (d'apres mes lectures il est préférable de faire les mesures avec la roue libre en cas de glissement des roues motrices).
- Quelle pourrait être la précision en odométrie couplée avec un indication de niveau.
- avec un recalibrage (retour "manuel" au point de départ régulièrement) cette solution pourrait fonctionner dans un premier temps bien qu'elle ne soit pas très pratique.


Des roues avec encodeurs permettant de mesurer leur rotation, il en existe évidemment :

Image IPB
exemple de roue motrice avec encodeur
chez LEXTRONIC

(il y en a d'autres ailleurs)


Mais si il est exact qu'une roue motrice peut déraper sur un sol glissant, il n'en est pas moins vrai que les roues libres sont aussi qualifiée de "folles" du fait de leur comportement erratique lors des changements de direction du mobile : ça n'est pas très encourageant pour une mesure précise ...


un autre avis serait le bien venu... <_<


Sinon BET@.M@X
Je n'ai pas réussi à lite ton lien "Un mémoire sur le guidage d'une niveleuse par GPS"
...


Effectivement Machina78, je constate également que le lien est brisé aujourd'hui.

J'espère qu'il sera bientôt rétabli, mais d'ici là, la loi m'autorise à en faire de courtes citations en créditant l'auteur :


...
Le passage de la mesure GPS obtenue dans le Système de Référence Géodésique
spatial RGF à la mesure projet en Lambert II et altitude associée H (hauteur au dessus du
géoïde) s'est fait selon le procédé de calcul décrit par la figure 7 page 23. Du fait de la
précision attendue ici (de l'ordre de ± 2 ou 3 cm), un système propre au chantier a été
nécessaire et un calcul plus fin des paramètres de changement de repère s'est donc imposé.
Aussi, à partir de points de polygonale relevés au niveau, Leica Geosystems a pu calculer
localement une transformation pour l'ajustement des hauteurs localement.

...

...je suis pas convaincu que cela puisse t'aider mais c'est une piste <_<

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#7 Black Templar

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Posté 19 octobre 2012 - 04:33

Hello !

En effet, l'odométrie ne marche que sur terrain plat !
Le GPS ne marche qu'en extérieur et à une précision de l'ordre de la dizaine de mètre (volontairement bridé par les ricains... vivement galiléo).
Pour augmenter la précision d'un GPS, il faut des capteurs complémentaires (acéléro, gyro), mais ça implique des algos complexes de fusions de données.
Pour l'altitude, je ne connais pas bien les capteurs, mais à vu d'oeil, avoir une précision d'un mètre, c'est pas gagné.

Ce que je vois de plus efficace, et si tu as la possibilité d'équiper ton terrain, ce serait de mettre des balises infrarouges deci delà et de trianguler ta position.
Pour le ping/pong ou la puissance du signal avec wifi, tu as plein de papiers intéressent sur le net ! mais souvent, pour faire de la localisation, il te faut plusieurs sources wifi !

++
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Mon site internet : http://ferdinandpiette.com/


#8 Melmet

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Posté 19 octobre 2012 - 04:38

voila un gros projet!

Pour le positionnement, je voie que le balisage laser (avec je sais pas moi... un multiplexage de fréquences(c'est pas ma spé, dites le moi si je dit une connerie))
c'est sure que c'est loin d’être facile a faire... mais bon qui sais :Alex_03:

Ne demande jamais à un robot de faire ce que tu peux faire toi même. :nono: :laugh1:


#9 R1D1

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Posté 21 octobre 2012 - 08:45

Salut,

Pour moi ton problème peut se décomposer en deux problèmes : un problème classique de SLAM topologique et un problème de mesure de l'altitude et/ou l'inclinaison. Ton algo de SLAM te procure une estimation de la position et une carte topologique, tandis que la mesure d'inclinaison te permet de connaître ton altitude quand tu es dans ce lieu. Si tu passes à une représentation topo métrique, tu peux tenir compte de l'inclinaison pour mettre à jour la distance entre lieux.
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#10 BET@.M@X

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Posté 22 octobre 2012 - 08:50

Salut Machina78,


Le lien mort du premier document semble devoir le rester ... :angry: le jour où je le met !

Même si tu sembles te diriger vers une solution basée sur d'autres technologies, je vais placer ici quelques liens vers des pages et des documents parlant des méthodes augmentant la précision du repérage GPS à un niveau centimétrique et de leurs applications .


Image IPB GPS différentiel (Wikipédia) .................................................. Image IPBRTK (Wikipédia)


....................................................Image IPBL'état de l'art (ORPHEON)

Image IPB Méthodes de travail dans les réseaux GNSS ..................... Image IPBDossier Autoguidage : De la précision en plus avec le RTK.


Cela intéressera peut être quelqu'un ... ^_^

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#11 machina78

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Posté 23 octobre 2012 - 04:21

Bonjour, merci pour vos réponses

Juste une petite réponse rapide en passant: merci pour tes liens BET@.M@X que je vais lire avec intérêt car j'etais justement en train de privilègier le GPS RTK...
J'ai pas tout compris R1D1 (SLAM topologique....) mais je vais "creuser" ta réponse.
a+

#12 R1D1

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Posté 25 octobre 2012 - 02:56

Bonjour, merci pour vos réponses

Juste une petite réponse rapide en passant: merci pour tes liens BET@.M@X que je vais lire avec intérêt car j'etais justement en train de privilègier le GPS RTK...
J'ai pas tout compris R1D1 (SLAM topologique....) mais je vais "creuser" ta réponse.
a+


Le problème du SLAM : Simultaneous Localisation and Mapping, le problème qui est au coeur de la navigation robotique. Topologique indique que ta représentation de l'espace (ou carte) raisonne sur les lieux (salle de bain à droite de chambre et à gauche de cuisine) sans considération de distance, tandis que Métrique qualifie une représentation dans laquelle les éléments sont placés à la bonne distance les uns des autres sans notion de lieu. C'est un problème qui a été beaucoup traité et pour lequel des solutions existent. Dans ton cas, tu dois créer une représentation de l'espace qui tienne compte de l'altitude. C'est donc un problème de SLAM que tu peux traiter en créant une représentation soit par lieux (topologique --> notion de graphe) et en mémorisant l'altitude dans chaque lieu, soit métrique (chaque position traversée contient l'info d'altitude --> carte 3D ?), soit topo-métrique (qui cumule les deux types d'info).
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#13 machina78

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Posté 31 octobre 2012 - 03:36

Je continue mes recherches et lectures....
La solution que je compte retenir pour la localisation est la solution GPS RTK (rtklib) + communication WIFI avec la station de base (PC portable)

Ci-dessous un premier schéma simplifié du système
Image IPB

J'ai oublié de mettre l'inclinomètre sur le schéma. (ce que je cherche a obtenir est l'inclinaison d'une surface en une multitude de points.)

Etape 0
Définir le matériel
Etape 1
pilotage du robot par pc (Wifi)
Etape 2
Acquisition des coordonnées GPS
Etape 3
Evolution autonome du robot dans l'espace défini.

Etape 0 (en cours)
Calcul du poids du robot et alimentation nécessaire.
Etant donnée que tout les paramètres sont liés voici mesHypothèses :
Type de carte Arduino ? carte moteur ??
Faut-il séparer les alim moteur / Arduino comme indiqué sur le schéma.
Autonomie 2 heures de fonctionnement continue
Diamètre du robot 30 cm (en alu), est ce suffisant pour recevoir la carte arduino nécessaire et les alim. il me faudra plusieurs étage.
Vitesse d'évolution 50 cm/s devrait être satisfaisant => calcul du diamètre des roues en fonction du moteur choisi.

En attendant vos avis éclairé je vais essayer de me faire mes propres choix.

Encore merci a R1D1 qui ma fait lire des sujets jusqu'alors inconnu...de toute façon il me reste tant à découvrir. c'est un sujet vaste et passionnant..
a+

#14 hmnrobots

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Posté 31 octobre 2012 - 11:02

j'avais aussi envisagé le GPS centimétrique pour la tondeuse et le RTK m'avait semblé être une solution. Cependant j'ai compris que la correction RTK est basée sur la phase du signal GPS et nécessite un récepteur qui fournit cette info (de mémoire les modules GPS SIRF3 n'en disposent pas). Au delà j'étais aussi effrayé par les calculs car j'envisageais alors de placer le code RTK sur la tondeuse.
La solution parait pourtant possible mais en lui ajoutant certainement un moyen de navigation apte à palier à la perte (même momentanée) du signal GPS.
Je me rappelle que la récupération des datas de correction par internet (balise de référence)envoyées par radio au robot permettrait déjà une bonne précision qui reste à préciser.
Je m'abonne au sujet afin d'en suivre le développement.
Bon courage
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#15 machina78

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Posté 11 novembre 2012 - 11:30

Choix du matériel encours :

Contrôleur : Platine Arduino "Mega 2560" (Rev 3)
Carte moteur : devantech MD25(I2C)
Moteur avec encodeur : devantech Moteur EMG30
Alimentation moteur : Accu 12V 4000 mAh NiMH
Accéléromètre : LSM303DLH Breakout Board - Tilt Compensated Compass

Wifi : ??
GPS avec phase du signal (U-blox?) : ??

Un afficheur : est ce utile ??

Partie mécanique :
Support : plaque d'alu 3mm 30x20
Roue : devantech RD02

#16 hmnrobots

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Posté 12 novembre 2012 - 11:04

Choix du matériel encours :

Contrôleur : Platine Arduino "Mega 2560" (Rev 3)
Carte moteur : devantech MD25(I2C)
Moteur avec encodeur : devantech Moteur EMG30
Alimentation moteur : Accu 12V 4000 mAh NiMH
Accéléromètre : LSM303DLH Breakout Board - Tilt Compensated Compass

Wifi : ??
GPS avec phase du signal (U-blox?) : ??

Un afficheur : est ce utile ??

Partie mécanique :
Support : plaque d'alu 3mm 30x20
Roue : devantech RD02

J ai du mal aussi à savoir d'après le site rtk lib quels sont les récepteurs compatibles

éléments de réponse dans page 87 du tutorial
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#17 machina78

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Posté 13 novembre 2012 - 11:42

hmnrobots tu m'avais mis sur la piste, il semblerait que les GPS u-blox LEA-6T puisse également convenir.

Sur le PC :
UBLOX LEA-6T GPS receiver module with Precision Timing (lien)

le même module pourrait-il fonctionner sur l'arduino (le but étant d'envoyer les info vers le pc en wifi) ??


(sinon j'ai trouvé :
Osmocom u-blox LEA-6T GPS timing DIY kit
UBLOX NEO-6P PPP GPS receiver board with SMA for UAV, Robots)

#18 hmnrobots

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Posté 14 novembre 2012 - 02:54

hmnrobots tu m'avais mis sur la piste, il semblerait que les GPS u-blox LEA-6T puisse également convenir.

Sur le PC :
UBLOX LEA-6T GPS receiver module with Precision Timing (lien)

le même module pourrait-il fonctionner sur l'arduino (le but étant d'envoyer les info vers le pc en wifi) ??


(sinon j'ai trouvé :
Osmocom u-blox LEA-6T GPS timing DIY kit
UBLOX NEO-6P PPP GPS receiver board with SMA for UAV, Robots)

reste à savoir si 6T est fully compatible with 4T or 5T ce qui semble vrai d après ceci

RTKLIB est déjà assez ancien et les nouveaux capteurs comme le NEO 6P semblent encore plus performants.
Faut bien dire que c'est un peu compliqué pour moi, est ce que le module PPP ne serait pas en mesure de donner directement la position précise?

L'idéal serait de trouver un module dans ce style qui intègre tous les calculs

je viens de me rendre compte qu'on dit presque la même chose dsl
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#19 hmnrobots

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Posté 16 novembre 2012 - 01:07

reste à savoir si 6T est fully compatible with 4T or 5T ce qui semble vrai d après ceci

RTKLIB est déjà assez ancien et les nouveaux capteurs comme le NEO 6P semblent encore plus performants.
Faut bien dire que c'est un peu compliqué pour moi, est ce que le module PPP ne serait pas en mesure de donner directement la position précise?

L'idéal serait de trouver un module dans ce style qui intègre tous les calculs

je viens de me rendre compte qu'on dit presque la même chose dsl

Pour un budget plus important sxbluegps propose des solutions qui intégrent le RTK afin d obtenir une précision de l ordre du cm
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#20 machina78

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Posté 16 novembre 2012 - 04:49

Pour un budget plus important sxbluegps propose des solutions qui intégrent le RTK afin d obtenir une précision de l ordre du cm


Merci pour tes réponses pertinentes.
Effectivement c'est une solution plus chère et cela sort de mon budget.

Concernant ton projet. Embarquer le soft rtk n'était pas spécialement un pb a condition d'embarquer un linux ? Ce n'était pas envisageable ?
++



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