Es gibt immer neue Ausrüstung, oder was zu meckern an der alten. Hier ist genau der richtige Platz, an dem Du Dir Infos zu irgendwelchen Tauchausrüstungsteilen holen kannst - oder das in Erfahrung bringst - was dich schon sehr lange interessiert hat.

Trägheitsnavigation

Guten morgen in die Runde, ich möchte diesen alten Fred ausgraben und fragen, ob jemand von euch weiß, wie weit die Entwicklung fortgeschritten ist (ist ja mittlerweile 4 Jahre her und im Bereich der Mechatronik und Sensormotorik eine halbe Ewigkeit)

http://www.taucher.net/forum/Unterwassernavigation_div7894.html

Hier weitere Links:

http://www.deutschlandfunk.de/wasserweiser.676.de.html?dram:article_id=27337

http://www.mechatronics.fh-aachen.de/Presse/FH-intern/Dimensionen 2_2009.pdf

Auf so ein Gerät, wenn es klein und handlich wäre, warte ich schon sehr sehr lange.
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12.08.2014 11:09
Hi Tec2g,

Danke für den Link zum PDF. Den Artikel kannte ich noch nicht.

Grundsätzlich ist die Idee nicht schlecht. Eine mir sofort in den Sinn kommende Frage ist die Berücksichtigung der Strömung. Da man sich in einem sich bewegenden Medium befindet, ist die Bewegung durch die Strömung additiv der Schwimmbewegung überlagert. Da die Strömung eher nicht konstant ist, wird das nicht so einfach zu berücksichtigen sein.

Aber ich bin jetzt angestachelt. Werde gleich mal schauen, ob es paper dazu gibt (Mendeley). Auch ein Blick ins Patentregister schadet nie (Depatisnet).

Ansonsten kram ich nach Feierabend mal meinen Arduino aus und los gehts
12.08.2014 12:23
Ups..klasse. Auf so einer Inertial measurement unit (IMU) finden mehrere 3D Kreisel Platz. Meistens drei Gyroskope, drei Beschleunigungssensoren, ein Tiefendrucksensor und ein Temperatursensor. Und das alles digital. Die entsprechenden Platinen (USB, Wireless) sind sogar schon im DeveloperKit käuflich und kosten so um die 500,- Euro, je nachdem welche Ausführung. Dabei nicht größer als eine Streichholzschachtel.
Mich interessiert das Thema mal wieder, weil die Internatialsensoren durch die Quantensprünge in der Feinmechanik mittlerweile im Low-Cost-Bereich liegen.
Und das schöne für das Tauchen wäre ja, dass so ein Internial Navigation System sich um Sensordrift und sonstige Abweichungen eigentlich keine Gedanken machen muss. Im Schiff- und Luftverkehr sind 1 Grad Abweichungen auf eine Stunde bei einer Entfernung von 500 Seemeilen natürlich was anderes und daher eigentlich mit GPS unterstützt. Aber für uns Taucher, 1 Grad Abweichung auf einer Stunde im Wasser nunja....

Die IMU-Einheit muss eigentlich nur eine ordentliche Grafikschnittstelle verpasst bekommen, Schnittestellencontroller per C/C++ Compiler. Das ganze in ein wasserdichtes Gehäuse und auf das Format eines weiteren Tauchcomputers gepresst. Fettich

Manchmal geht mir der Fortschritt beim Tauchen einfach nicht schnell genug...
12.08.2014 12:30
Achso, dadurch das alle Sensoren einen eigenen Bus haben und nicht immer die gleichen Werte bekommen, checken die sich stetig gegenseitig. Damit werden dann Strömungsdrifts abgefangen.

Habe auch Prof Schmitz eine Email an die FH geschickt. Ob er antwortet, steht in den Sternen.

Ansonsten habe ich eine interessante Firma Quantitec (in Wiki dargestellt) gefunden, die die IMU200 vertreiben. Leider gibt es die Firma nicht unter der HP-Verlinkung. Auch gefunden habe ich die Firma XEms, die ebenfalls die IMU´s vertreiben. Im Grunde genommen, gibt es da viele Firmen. Interessant wurde die Trägheitsnavigation ja durch MotionCaputering (Spielekonsolen lassen grüßen) und Apps für Smartphones (auch die Kippfunktionen des Handys). Jedoch nur analog, soviel ich da mitbekommen habe.
14.08.2014 09:26
"Die IMU-Einheit muss eigentlich nur eine ordentliche Grafikschnittstelle verpasst bekommen, Schnittestellencontroller per C/C++ Compiler. Das ganze in ein wasserdichtes Gehäuse und auf das Format eines weiteren Tauchcomputers gepresst. Fettich"

Dann fang mal an
500€ sind viel zu teuer. Soll das Endgerät 3000€ kosten?
Wer kauft das? Wieder keiner.
Wenn es so einfach wäre, gäbe es das schon lange.
14.08.2014 10:12
@reef

Die Platine zu knapp 500,- € gibt es im DeveloperKit!!! als Einzelpreis. Für die Entwicklung ist dieser Preis ein Mückenschiss. Mitsamt aller zusätzlichen Controller liegt man da unter 1.000,- €. Also hardwareseitig wäre das Ganze aus der Portokasse bezahlbar.

Nur mal so, die reine Platine ohne Firmware gibt es für unter 200,- €. Schafft man wirklich die Entwicklung hin zur Serienproduktion bekommt man die Platinen für mindestens 1000St./Order für weit unter 50 €. Die Mikromechanik macht Jahr für Jahr solch Riesensprünge, dass auch die IMU-Platinen jedes Jahr kleiner werden und im absoluten LowCost-Bereich angekommen sind.

Stolperstein ist nicht die Hardware, sondern die SOftware, meiner Meinung nach. Die digitalen Sensoren sind schnell und günstig verbaut, so dass alle sechs Achsen im Raum zuverlässig aufgezeichnet werden können. Nur wer schreibt den Algorithmus, der diese Daten auch auswertet und grafisch über ein LCD-Display darstellt? Wer bastelt einen Kalman-Filter in die doch hohen Fehlertoleranzen? Oder anders und einfach gesagt, wer programmiert den Microcontroller? Riesenproblem.....wäre dieses gelöst, die reine Produktion der Geräte minimaler Aufwand. In zwei bis drei Jahren vielleicht sogar als Dualchip in Tauchcomputern integriert. Wo sind die Investoren?
14.08.2014 10:41
Achso, reef. Nur mal als Beispiel....Der Playstation Move Controller (Eingabegerät) arbeitet mit solch einer IMU-Einheit zur Erfassung der Bewegungen im freien Raum (allerdings nur mit analogen Signalen). Der gesamte Controller inkl. Gehäuse, led´s, Stromversorung, Wireless-Übertragung ist auf Ebay für 30,- € zu haben. Das zum Thema, dass diese IMU-Einheiten im Endkundenmarkt zu teuer wären
14.08.2014 11:36
Und noch ein Beispiel von vielen Anbietern einer...

http://www.advancednavigation.com.au/product/orientus-oem#features

Dies ist ein sogenanntes AHRS-System. Hier werden die Daten für alle sechs Freiheitsgrade nicht nur aufgezeichnet sondern auch bereits ausgewertet und per USB-Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Und der Brüller, die Software dazu ist ebenfalls verfügbar.

Einzelpreis im Developerkit als OEM Version 1.000,- AUD rd. 700,- €....

Genau wegen diesem Beispiel, frage ich mich ja auch die ganze Zeit, warum sowas nicht schon lange im Tauchcomputer als echte Trägheitsnavigation verbaut ist. oder als externes Gerät in gleicher bzw. kleinerer Bauweise. Evtl. patentrechtliche Schwierigkeiten?
14.08.2014 13:40
"Mich interessiert das Thema mal wieder, weil die Internatialsensoren durch die Quantensprünge in der Feinmechanik mittlerweile im Low-Cost-Bereich liegen. "
"[]Schnittestellencontroller per C/C++ Compiler"
"Also hardwareseitig wäre das Ganze aus der Portokasse bezahlbar."
"Wer bastelt einen Kalman-Filter in die doch hohen Fehlertoleranzen?"

Du erinnerst mich an Dr. Axel Stoll
14.08.2014 13:53
Dr Axel Stoll? Welche Verschwörung oder exotische physikalische Position vertrete ich denn hier?

Vielleicht krame ich den Thread nach weiteren vier Jahren wieder hervor und Du machst dicke Backen, weil Trägheitsnavigation im Tauchsport so normal wie ein Trocki geworden ist. Vielleicht aber acuh nicht und ich mach dicke Backen, weil es keine Sau interessiert hat Wir werden sehen. See you in 4 years
Gelbe MaskeMaske hilft!
Abz. "Für gutes Wissen" (Gold)
15.08.2014 09:33
@Tecci:
Mit dem Thema hab ich mich kaum befasst, glaube aber Folgendes:
- Für die Beschleunigungssensoren sind nennenswerte (große) Beschleunigungen besser (Auto, Flugzeug), als kleine Beschleunigungen (Fußgänger, Taucher). Der Fehler wird bei kleinen Beschleunigungen größer, bzw. die Sensoren müssen viel genauer/empfindlicher sein.
- Wenn das Gerät am Arm getragen wird (wo sonst?), müssen Armbewegungen herausgefiltert werden. Machbar, aber im Auto unnötig.
- Für die exakte Winkelbestimmung reichen Beschleunigungssensoren für längere Tauchgänge wohl nicht, dann müssen Kreisel zur Winkelbestimmung eingesetzt werden (Trägheitsnavigation..), die Energie benötigen (Stromversorgung, Baugröße).
- Wenn die Beschleunigungssensoren nicht absolut exakt arbeiten, müssen zusätzlich zur Korrektur Geschwindigkeiten bzw. Wege gemessen werden. Im Auto kein Problem, aber bei Strömung unter Wasser?
- Sinnvoll ist das Ganze ohnehin nur, wenn einigermaßen exakte Unterwasserkarten vorliegen. Hin und zurück geht auch ohne Navigationssystem, nur mit Kompass und erkennbaren Tiefenlinien. Navigation zu bestimmten Objekten setzt Karten voraus, außerdem eine Bestimmung des jeweiligen Einstiegsortes (GPS). Würde jemand ein Auto-Navigationssystem kaufen, wenn es keine Karten dafür geben würde, sondern nur den Weg aufzeichnen und die Richtung zurück nach Hause anzeigen würde?
- Bei hiesigen Sichtweiten muss das Gerät sehr genau arbeiten, mehr als 10m Abweichung in 30min sind kaum noch tolerierbar. Nur mit Beschleunigungssensoren (vermute ich) kaum machbar unter den Bedingungen. Bei größeren Abweichungen kann ich gleich mit Kompass und Erfahrung tauchen, und korrigiere da sozusagen intuitiv, mal mit mehr, mal mit weniger Erfolg.
- Das Ganze muss bezahlbar sein, ich persönlich würde nicht mehr als wenige hundert EUR dafür ausgeben. Sicher keine 1000EUR. Vielleicht 500.

Ich schätze, du machst dicke Backen.
15.08.2014 17:59
@GelbeMaske


@Tec2g
Hardware ist oft nur das geringste Übel. Die Software bei dieser Thematik das Hindernis. GelbeMaske hat da die Hindernisse aufgezeigt. Problematisch ist grundlegend die Verschiedenheit der Bewegung von Taucher im Vergleich zum z.B. Flugzeug. Flugzeuge bewegen sich sehr gleichmäßig und Taucher hingegen "wobbeln" scheinbar chaotisch. Alles geht mit dem Kalman Filter auch nicht und schon gar nicht so einfach.
Digitale Kompasse können den ungefähren Rückweg anzeigen, aber hier stellt sich die Frage des zurückgelegten Weges.
Ortung durch Ultraschall UW (ähnlich VOR) wäre denkbar. Allerdings ist ein solches System local stark begrenz. Und US im Wasser ist auch nich trivial.
16.08.2014 06:17
Guten morgen, ihr seid da beide etwas auf dem Holzweg. Die Technik, um auch Taucher referenzlos (also ohne Gateway, Bojen oder sonstiges) im Wasser zu bestimmen sind längst da. Die INS-Systeme im LowCost Bereich sind modular auch ganz anders aufgebaut als in Flugzeugen und Schiffen. Auch spielt es für die Datenaufzeichnung absolut keine Rolle, ob der Taucher unter Wasser "wabbelt".

Diese INS-Systeme, die ich meine, sind in der Industrie auch schon längst verbaut und funktionieren 1a. Die Hauptplatine, aslo die IMU-Einheit, ist dabei nicht größer als eine Streichholzschachtel.

Sensordrifts sind da, keine Frage. Um diese zu minimieren, wäre ein Kalmanfilter nur das i-Tüpfelchen und Luxus. Standardmäßig werden zur Korrektur Temperatursensoren und Magnetfeldsensoren zusätzlich verbaut. Die Genauigkeit dieser IMU-Einheiten ist ohne GPS-Korrektur oder GNNS mittlerweile beeindruckend.

Das wirklich allergrößte Problem bei INS-Systemen ist der Sensordrift (auch wenn klein) in Verbindung mit der Zeit. Kursabweichungen bleiben nicht linear sondern potenzieren sich bis zum Quadrat. Deswegen werden INS-Systeme in der Industrie zu 99% mit GPS gekoppelt.

Aber für uns Taucher? Sporttauchbereich durchschnittlich 1 Std. im Wasser bei einer Entfernung von Umkreis 1-2 km. Bei solchen Werten ist Sensordrift absolut vernachlässigbar und die Positionskorrekturen durch zusätzliche Temperatur- und Magnetfeldsensoren wohl völlig ausreichend.

Im privaten Freizeitbereich sind diese Dinger auch schon längst angekommen. Die Einheiten in Spielcontrollern sprach ich an. Fällt mir noch ein, selbst im Modellflugbau sind bereits welche.

Reef, ich gebe dir natürlich Recht. Die Software wird der Knackpunkt sein. Vom Coding selbst habe ich NULL Plan, wie Du ja meinen Beiträgen entnehmen kannst. Deswegen fragte ich ja eingangs in diesem Thread nach, was mit der Entwicklung des Gerätes von Prof. Schmitz an der FH Aachen geworden ist. Sein Gerät funktionierte ja (pdf-dokument). Hat der schnelle Fortschritt der Mikromechanik sein Projekt überholt? Patent ist bereits eingetragen, neben einigen anderen. Rechtliche Schwierigkeiten? Keine Investoren?

@Gelbe Maske
Trägheitsnavigation ist imho die einzige Möglichkeit, referenzlos unter Wasser zu navigieren.
16.08.2014 06:42
@Gelbe Maske
Vermutlich hast du die Beiträge nicht im Detail gelesen. Die heutigen INS-Systeme bzw IMU-Einheiten im LowCostBereich haben standardmäßig drei! Beschleunigungssensoren, drei! Gyroskope (Kreisel- bzw. Drehbewegungssensoren). Zur Korrektur werden meistens Tiefendrucksensoren, Temperatursensoren und/oder Erdmagnetfeldsensoren verbaut. Die Genauigkeit der Dinger liegt mittlerweile bei 0,o1 Grad/Std. - 3 Grad/Std.

Ein Markt im Tauchsport ist imho dar. Allein die vielen UW-Fotografen und Hobbyfilmer müssten sich über den Rückweg keine Gedanken mehr machen und könnten das tun, was sie am Liebsten tun. Fotografieren und Filmen
16.08.2014 06:48
Ist kaum 2 Wochen her, da hatte ich wieder mal 2 UW-Fotografen im See beobachtet. Die waren so herrlich in ihrer Materie verschmolzen, hätte jemand den Stöpsel aus dem See gezogen, sie hätten vermutlich erst sehr spät gemerkt, dass kein Wasser mehr da ist

Die Clientel würde sich vermutlich sehr sehr freuen über "echte" Navigationshilfe.
16.08.2014 06:56
Eines noch Gelbe Maske, da halt ich wieder meinen Sabbel. Seekarten sind eben nicht erforderlich, da ja referenzlose Navigation. Was bereits praktiziert wird (z.B. beim Erdölfracking UW oder auch Topographiebestimmungen mit UW-Fahrzeugen) und ich mir auch im Tauchsport vorstellen könnte, wäre lohnende Ziele unter Wasser per INS zu markieren und sie an der Oberfläche per GPS positionsgenau festzuhalten.
20.10.2014 22:14
Es gibt Aktivitäten:
http://www.mechatronics.fh-aachen.de/?Seite=Forschungsprojekte/TauchNavi/index.php

Das Patent für das Verfahren
http://www.google.com/patents/DE102008019444A1?cl=de
deckt ein ganzes System/Gerät ab.

Leider ist nicht ersichtlich ob der gute Mann weiterhin aktiv ist. Man kann es nur hoffen. Ansonsten ist das Patent eine Inovationssbremse für andere Entwicker.

J.

Antwort