Segway - Encoder, potmeter, strekklapp...

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Hei!

 

Jeg holder for tiden på med forprosjekt til bacheloroppgaven min i mekatronikk. Gruppen jeg er på skal lage en prototype av en Segway som skolen kan bruke til promotering.

 

For øyeblikket holde vi på å kartlegge og klargjøre slik at vi enkelt kan begynne med oppgaven i midten av mars. Jeg har derfor noen spørsmål angående noen komponenter og virke/brukeområdet dems.

 

 

På Segwayen vår skal vi bruke:

 

Gyro/akselerometer til og stabilisere "mopeden" og til å kjøre fremover eller bakover.

Encoder til å sjekke hastigheten på motorakslingene.

Regulator til å regulere slik at motoren får ønsket hastighet.

Potensiometer (potmeter) til å registrere om føreren ønsker og svinge (styrestaget vil kunne beveges litt mot venstre/høyre som på en joystick).

CompactRio som hjerne/kontroller.

LabView som programeringsspråk.

 

 

Det jeg lurer på i første omgang er følgende:

 

1) Jeg vet at encoderen bruker endringer i magnetfeltet til å måle hastighet, vinkelhastighet og posisjon, men hvordan gjør den dette? Er det noen alternativer til encoderen som vil gjøre samme jobben, bare bedre eller enklere?

 

2) Jeg har forstått at potmeter brukes blandt annet i serie med vifter for å regulere hastigheten til viften. Men i vårt tilfelle skal den brukes slik at vi får ut et signal etter hvor styret til segwayen står og videre derfra kjøre opp hastigheten på den ene motor slik at segwayen svinger i ønsket retning. Hvordan gjørs dette? Får vi forskjellige spenninger ut fra potmeter?

 

2.1) Veilederen vår sa at strekklapper var mye vanskeligere å bruke enn potmeter pga at det var vondt å få festet de slik at de ville gi riktig utslag. Kom gjerne med noen meninger angående dette!?

 

 

 

Dette var alt jeg lurte på i første omgang, så kommer det nok mer ettersom problemene dukker opp underveis Er det noen uklarheter i forklaringen/beskrivelsen mine må dere bare si ifra. Håper noen har tid og kompetanse til å hjelpe meg litt her!

 

 

 

 

Mvh student med litt for mye å gape over.

[Dr_VingTor]

Encoder er nå en ganske generell beskrivelse, og sier ikke mye i denne sammenhengen her da. Å encode betyr jo rett å slett å ta noe data og gjøre det om/omformulere det til noe annet som er lettere å lagre eller vise fram... du sier ikke noe om hvordan type motorer dere skal bruke eller hvilke sensorer dere skal bruke, så gjør hjelp litt vanskelig...

 

En måte å måle hastighet på er å ha en skive på akslingen med tagger langs kanten. Ved å sette en lyskilde på den ene siden (IR diode eller noe) og en IR sensor på den andre siden slik at lysstrålen blir brutt av taggene når akslingen roterer kan en beregne hastigheten ut fra hastigheten på pulsene ut fra sensoren. http://archive.electronicdesign.com/files/29/6232/figure_01.gif Søk på tachometer.

Et annet alternativ kunne ha vært å ha steppermotorer for å styre hjulene. Det vil gjøre det enkelt å sikre at de går med samme hastighet, og forskjellig hastighet når en skal sving. Det fine nå er at en har nøyaktig kontroll på hastigheten på de, og en trenger derfor ikke noe mer for å kunne beregne hastigheten en informasjon fra styringsenheten av motorene...

 

Potmeter: Dette er en 3 terminals komponent som har en gitt resistans mellom terminal 1 og 3. Den har også et hjul (som oftest) som brukes for å justere hva resistansen mellom terminal 1 og 2 er (og mellom 2 og 3 for den del). hvis dere setter en spenning over 1 og 3, tester styret til justerings hjulet kan dere måle spenningen på 2 og dette vil gi en verdi for hvor mye sving dere skal ha...

[Nedward]

Selve enkoderen måler strengt tatt ikke vinkelhastighet, posisjon osv. Det må programeres i en mikrokontroller eller lignende. Det finnes også optiske enkodere.

En inkrementell enkoder vil f.eks. gi ut to pulstog som er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre, som du da må viderebehandle i en styringsenhet for å kunne gi rotasjonshastighet, hastighet osv.

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder <- En helt grei forklaring av virkemåten til inkrementelle og absolutte enkodere.

 

 

Det er i grunn mange måter å bruke et potmeter på. Det du f.eks. kan gjøre er å bruke sentertappen til styresignal, ene siden til jord og andre til f.eks. +V. Da vil du få en spenning på senter tappen som er variabel fra 0- ønsket verdi (en variabel spenningsdeler i praksis).

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Encoder er nå en ganske generell beskrivelse, og sier ikke mye i denne sammenhengen her da. Å encode betyr jo rett å slett å ta noe data og gjøre det om/omformulere det til noe annet som er lettere å lagre eller vise fram... du sier ikke noe om hvordan type motorer dere skal bruke eller hvilke sensorer dere skal bruke, så gjør hjelp litt vanskelig...

 

Mange takk for svar!

 

Nå vet jeg ikke hva du ønsker av data om motoren, men vi skal bruke to motorer som tidligere har stått i en rullestol. Har ikke motorene foran meg nå, men husker at de skal ha 24V om det hjelper noe?

 

Sånn jeg har forstått det blir encoderen vår sensor i forhold til motoren, eller tenker du på hva som skal registrere om den skal svinge og kjøre frem osv.? I så tilfelle blir det potmeter og gyro/akselerometer.

 

Som du skjønner er mye av dette ganske nytt for meg, så fint om du spør litt spesifikt om jeg må legge ut mer informasjon.

 

 

 

Selve enkoderen måler strengt tatt ikke vinkelhastighet, posisjon osv. Det må programeres i en mikrokontroller eller lignende. Det finnes også optiske enkodere.

En inkrementell enkoder vil f.eks. gi ut to pulstog som er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre, som du da må viderebehandle i en styringsenhet for å kunne gi rotasjonshastighet,

hastighet osv.

http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_encoder <- En helt grei forklaring av virkemåten til inkrementelle og absolutte enkodere.

 

Hei! Takk for svar!

 

CompactRio'en er vel vår microkontroller om ikke jeg tar helt feil?

 

Om jeg fårstår deg riktig så sendes pulstogene til compactrioen som så behandler dem og sender dem videre til regulatoren?

[StormEagle]

Husk på at aksellerometer ofte gir veldig støyete målinger mens en gyro drifter sakte bort ettersom tiden går. For å få best mulig måling må dere ha et 2 akse aksellerometer (åpenbart 2 akser for å kunne måle retningen på gravitasjonskraften (og dette er da nedover sist gang jeg sjekket )) og en gyro (en akse). Så kan dere f.eks bruke et klomplimentærfilter hvor dere bruker et lavpassfilter på akesllerometermålingen og et høypassfilter på gyromålingen, også summere disse sammen (evt kan dere ta det helt ut å gå for et kalmanfilter eller utvidet kalman filter men dette er litt mer å sette seg inn i). Dette gir da tilten (fremmover eller bakover) på "segwayen"

 

F.eks et slikt aksellerometer:

http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=847

og en slik gyro:

http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9165

 

En enkoder gir som sagt ut pulser (somregel 2 pulstog 90 grader forsjøvet på en inkrimentell enkoder), ut fra dette får dere da hastighet (pulser per sek, el.) og retning (hvordan de to pulstogene kommer inn på mikrokontrolleren i forrhold til hverandre) og evt. posisjon (men dette er vel uinteressangt for dette formålet)

 

Og potensiometeret er som sagt en variabel motstand med 3 pinner (2 på hver ende av motstanden og en på den pinnen som beveger seg og endrer motstand), ut fra dette kan man feks lage en spenningsdeler med +5V på den ene siden, GND på den andre siden og ta ut signalet fra midten som da blir 0-5 V avhengig av posisjonen til potmeteret.

 

Også kan dere jo drive 2 ganske kraftige DC motorer ved hjelp av en litt kraftig felteffekt transistor (MOSFET) som dere styrer ved hjelp av PWM fra microkontrolleren.

F.eks en transistor herfra:

http://www1.elfa.se/elfa~no_no/go.jsp?s=no-no&a=48C90B2F04D6453BE10000000A0A036A

Og en DC motor fra en rullestol, el.

 

Strekklapp funker bra det (mye mer holdbart enn et potmeter ihvertfall), men det må jo monteres riktig da (

og

) også er det en del dyrere pluss at du må ha en instrumenteringsforsterker og en målebru for å bruke det. Endret 23. februar 2010 av flesvik

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Husk på at aksellerometer ofte gir veldig støyete målinger mens en gyro drifter sakte bort ettersom......

 

Tusen takk for utfyllende og oppklarende svar Mr. flesvik!

 

Her er det vi til nå har bestilt:

 

CompactRio

Encoder

Motorstyring

Gyro/Akselerometer

 

Datablad til motoren har vi ikke, men denne informasjonen får jeg fra motorens merking:

Leroy Somer Type MBT110XVS

Supply: 22vdc 17.5A

Power: 300w

Duty: S1

Speed: 2900 min-1.

Ins. Class F

Protection: IP40

 

Så da føler jeg at vi er på god vei her.

 

Sitter for øyeblikket å jobber med den matematiske modellen som ikke er så lett. Har funnet endel informasjon på nettet, men det å forstå andres regnestykker er ikke alltid like lett (hvertfall ikke når det står på engelsk ). Så om noen har noen gode linker til meg her setter jeg stor pris på det!

 

Jeg kan scanne det jeg alt har gjort senere idag (eller i morgen) å poste bildene her så kan dere muligens hjelpe meg videre.

[Patz]

Spørs om dere ikke burde satse på servomotorer (permanentmagnet) i stedet for en DC-børstemotor.

En permanentmagnetmotor har mye kjappere akselerasjon, og mer eller mindre "momentan" retningsendring.

Jeg ser i hvert fall for meg at en Segway krever veldig hurtig og presis motordrift for å kunne holde balansen.

 

Servomotorer leveres også ofte med encoder montert rett på motoren.

Hva gjelder en encoder så ville jeg satset på en inkrementellenkoder med høy oppløsning. Dette krever også at styresystemet (mikroprosessoren) takler å lese pulstoget raskt nok.

 

Her finner du mye grunnleggende informasjon om encodere, beskriver hvordan man leser dreieretning osv.

http://mechatronics.mech.northwestern.edu/design_ref/sensors/encoders.html

 

Du har valget mellom optiske encodere og hall-effect encodere. På PEA-messen så jeg et firma som hadde noen utrolig snasne hall-effect sensorer som sikkert hadde passet dere. Husker ikke navnet dog. Disse benyttet magnetiske bånd på den roterende delen, men som du ser av Wikipedia kan de også brukes direkte på et tannhjul. Dette (tannhjul altså) vil dog ikke gi dere på langt nær god nok oppløsning.

 

Som Dr_VingTor sier så er også stepmotorer et alternativ. Velger dere dette så underdimensjoner dem for all del ikke. Stepmotorer har veldig lavt moment på høyt turtall og vil da hoppe over step ved for høy belastning, med andre ord: Segwayen tipper. Tror også en stepmotor vil slite med rask bremsing om den er for liten.

 

Det er veldig mye å finne om slike motordrifter hos firma som driver med CNC-maskiner og styringer. Her finnes mange små og rimelige sjapper i utlandet.

 

Angående servodrivere kan dere kikke på Geckodrive, men er ikke sikker på om de har drivere som er store nok.

Geckodrive har også stepdrivere, men de er ivertfall for små for dere.

 

For litt mer proffere utstyr kan dere kikke hos Yaskawa, men vet ikke hvorvidt de leverer så kompakte enheter. Ellers er det mange andre firma å se hos (google).

 

Hvor stor oppløsning er det på encoderen dere har bestilt?

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Hvor stor oppløsning er det på encoderen dere har bestilt?

 

Det er ikke noe hemmelighet at jeg ikke har så dyptgående forståelse for disse komponentene, og jeg er litt usikker på hva du mener med oppløsning? Ser du på min forrige post ligger det en link til encoder databladet.

 

Hva motoren angår har vi bare fått to av den jeg beskrev i forrige post. Grunnen til at det ble de var fordi skolen hadde en gammel rullestol (som vi måtte demontere selv) og at skolen ikke har råd til å kjøpe nytt utstyr. Så vi må nok bare ta til takke med de vi har :/

[Patz]

Hvis du ser på produktsiden til US Digital så er encoderen tilgjengelig med flere forskjellige "CPR".

CPR = Counts per rotation, altså pulser i hver kanal per omdreining.

 

Ser den finnes i 64, 1000, 1024, 1800 osv.

Tror 64 kan bli lite, men det er mulig at det går.

[Zalo Ultra]

... og at skolen ikke har råd til å kjøpe nytt utstyr. Så vi må nok bare ta til takke med de vi har :/

 

 

Men de har råd til å kjøpe CompactRio til ~25 000?

Har dere virkelig bruk for noe så vanvittig robust og kraftig? Mikrokontrollere til under 100-lappen gjør jobben akkurat like godt...

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

... og at skolen ikke har råd til å kjøpe nytt utstyr. Så vi må nok bare ta til takke med de vi har :/

 

 

Men de har råd til å kjøpe CompactRio til ~25 000?

Har dere virkelig bruk for noe så vanvittig robust og kraftig? Mikrokontrollere til under 100-lappen gjør jobben akkurat like godt...

 

Om vi har bruk for det vet jeg ikke, men de hadde den.

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Skal lage en visuell modell av den matematiske modellene vi har. Den visuelle delen skal være helt enkel med et hjul, platå og styrestaget. Er det noen som kjenner til et enkelt program som ikke er for krevende å sette seg inn i hvor dette er mulig?

[Patz]

SketchUp?

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

Kan jeg legge inn en måte og styre den på der? F.eks. ved å dra en prikk frem og tilbake så vil "segwayen" kjøre i retningen for å balansere seg selv?

[StormEagle]

SolidWorks og Autodesk Inventor er begge gode programm til mekanisk 3D tegning og simulering av disse etterpå. Men disse er absolutt ikke gratis da, men de fleste privatpersoner som har disse har vel vært en liten tur innom pirat bukta, el.

 

Men siden du er student så har vel kansje studiestedet ditt noen lisenser på en av disse. Vet ihvertfall at f.eks NTNU har en del lisenser på Autodesk Inventor. Ellers så er vel studentlisenser (som kunn varer et år eller studietiden) ganske mye billigere å kjøpe for en skole enn en fullisens.

 

 

Hvis du ikke har behov for 3D, men bare er ute etter en 2D simulering kan du jo bruke f.eks noe java greier til å simmulere det. Dette er gratis programmer også. Jeg vil annbefale Prosessing på http://processing.org/. Dette programmet er lett og lære med flere læringseksempler, ol. på siden deres og det er helt gratis. Last det ned her: http://processing.org/download/

På dette programmet kan du jo programmere inn så mye fysikk du vil og du kan f.eks få segwayen til å følge musepekeren, en forrhåndsdefinert vei, el. Det vil være en fordel om du kan litt programmering fra før av, F.eks C++ men det går ann å starte fra bunn av også bare ved hjelp av eksemplene også slå opp i Reference når det er en funkjon du lurer på hvordan fungerer.

Endret 1. april 2010 av flesvik

[Gjest Slettet-bb8tEVpY]

SolidWorks og Autodesk Inventor er begge gode programm til mekanisk 3D tegning og simulering av disse etterpå. Men disse er absolutt ikke gratis da, men de fleste privatpersoner som har disse har vel vært en liten tur innom pirat bukta, el.

 

Men siden du er student så har vel kansje studiestedet ditt noen lisenser på en av disse. Vet ihvertfall at f.eks NTNU har en del lisenser på Autodesk Inventor. Ellers så er vel studentlisenser (som kunn varer et år eller studietiden) ganske mye billigere å kjøpe for en skole enn en fullisens.

 

 

Hvis du ikke har behov for 3D, men bare er ute etter en 2D simulering kan du jo bruke f.eks noe java greier til å simmulere det. Dette er gratis programmer også. Jeg vil annbefale Prosessing på http://processing.org/. Dette programmet er lett og lære med flere læringseksempler, ol. på siden deres og det er helt gratis. Last det ned her: http://processing.org/download/

På dette programmet kan du jo programmere inn så mye fysikk du vil og du kan f.eks få segwayen til å følge musepekeren, en forrhåndsdefinert vei, el. Det vil være en fordel om du kan litt programmering fra før av, F.eks C++ men det går ann å starte fra bunn av også bare ved hjelp av eksemplene også slå opp i Reference når det er en funkjon du lurer på hvordan fungerer.

 

Har god kjennskap til Solidworks. Brukt dette endel på skolen, og vi tegner en modell av segwayen i solidworks. Det jeg tenkte på er mer den 2D modellen du beskriver i siste del av innlegget ditt. Jeg skal teste dette nå å se om det er noe jeg kan få til.

 

Tusen takk for svar, håper Prosessing er det jeg leter etter Takk Takk!

[Behydro]

Hei

 

Spennende prosjekt dette her, men dere trenger vel ikke å finne opp kruttet på nytt igjen.

 

Elektor har laget en meget bra artikkel på dette der en kan hente ideer og inspirasjon. I bladet deres har de beskrevet elektronikken og koden samt mekanisk kontruksjon.

 

Kan være ett greit utganspunkt, bare man lager alt selv og ikke kopierer for mye kildekode

 

https://www.elektor.com/projects/elektorwheelie.986808.lynkx