Gyrostabiloitu mukiteline

[Tucho]

Kameratelineitä katsellessa tuli mieleen että olisiko samalla tekniikalla mahdollista rakentaa autoon (tai vaikka purjeveneeseen) tollainen itsensä tasaava mukiteline. Olis aika Pro kun ei kahvit kaatuis polvelle tiukassakaan kurvissa

[ropellihattu]

Tässä on idea joka on niin hyvä että tätä vois jopa harkita sponssaavansa...

Välillä sitä ajattelee (melko usein) että kuinka yksinkertainen sitä onkaan, vai eikö tarpeeksi?

EDIT: Siis mekaanisiahan näitä on jo mutta että olis "vaimennettukin" niin olis aika rok...

[Trnquill]

Olisi, ehdottomasti! Tosin siihen pitäisi ympätä mukaan myös jonkinmoiset kiihtyvyysanturit, jotka tietäisivät suurin piirtein missä päin maa kulloinkin on. Tämä siksi, että gyrot ryömivät ajan oloon ja ennen pitkään mukitelineesi pysyy äärimmäisen vakaasti esim. 90 asteen kulmassa vaateriin nähden... :p Varmasti helpoimmalla pääsee kun heittää telineen pohjaan jonkunmoisen Ardun tai quad tms. -kontrollilaudan, jossa kaikki tarvittavat anturit ovat valmiina.

[ropellihattu]

Prkl, mulla olis yks ardu joutilaana..... Kolv kolv.... räps...shit!....ruuv....ruuv...kolv. ...tadaa!  

EDIT: no joo, joku jo meinas että nysse sen teki mutta ei, ei ole edes ardukopun aihiota. ON VAIN ARDUMEGA LAUTA JOTA EN EDES OSAA OHJELMOIDA VÄLKYTTÄMÄÄN YHTÄ LEDIÄ!!!! WHYYYYYYYYYYY!

[Toeh]

Täältähän saa tiukan budjetin mies alotettua homman. 

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__19534__HobbyKing_Quadcopter_Control_Board_V2_1_Atmega168PA_.html

Vai eikö tuommostaki periaatteessa voi käyttää ellen ihan täysin väärin oo ymmärtäny?

[ropellihattu]

Vähintään. Roll, Pitch, Yaw.

Go, Dude, Go!

[Dutchman]

Tommoinen laitos on ollu muinoin jopa TV Shop:issa myytävänä. Mainoksessa se oli kiinnitetty muistaakseni purkkarin ruoritolppaan kiinni. Auton jarrutustestissä se oli muistaakseni pultattu kojelautaan. Mainoksen mukaan oli tietty ihan helkutin hyvä laitos, joka on ihan pakko hankkia!!
Edit: Niin tuo ei ollut kylläkään mitekään sähköisesti toimiva..

[Tucho]

Edit: Niin tuo ei ollut kylläkään mitekään sähköisesti toimiva..

Tuo sähköttömyys toi siihen yhden pienen lisäedun. Kun siellä pohjan alla oleva vastapaino on mukiin nähden sopiva niin jarrutuksessa teline kaatuu hieman taaksepäin ja pitää kupin paremmin paikallaan verrattuna siihen että alusta olisi aivan suorassa. Tollainen ominaisuus (ja tottakai vaaka jotta tietää kupin painon) tarttis rakentaa kanssa siihen sähköiseen versioon

Ite kuvittelin että siihen riittäis ihan samanlainen elektroniikka (jos sen vaikka aina virrat päälle laitettaessa kalibroisi) kun noissa edukkaissa kameratelineissäkin...

[Dutchman]

Siinä mukitelineessä oli puolipyörä pohja, joka oli laakeroitu itse pitimeen. Ne laakerit oli siellä puolipyörällä pinnalla... Oiskohan aikaa jotain yli 20v takaperin..

[Tucho]

Jep. Paino ei siis ollu pohjan alla vaan sen telineen siellä alaosassa, niiden kuulien yläpuolella. Näin ainakin käsitin kun tota teeveeshopin mainosta joskus katselin. Olin aika skeptinen  silloin

[Dutchman]

Olin aika skeptinen  silloin

Mä oon vieläkin...

[ChiKung]

Tosin siihen pitäisi ympätä mukaan myös jonkinmoiset kiihtyvyysanturit, jotka tietäisivät suurin piirtein missä päin maa kulloinkin on.

Jos juoman haluaa pitää kupissa myös kiihdytyksissä, niin pelkät kiihtyvyysanturit riittänee.

[Speedy]

Tässä tälläinen vähän yksinkertaisempi "mekaaninen" gyrostabiloitu mukiteline:
http://www.cabelas.com/cup-holders-spill-drink-holders-1.shtml
Ei tietenkään niin high tech kuin pieco tai mems gyrolla toteutettu sähköinen malli, mutta tuo toimii vaikka virrat loppuisi  

[Tuoppi]

Tohon kuppiin sähkömoottori kiinni painavan vaihtipyörän kanssa. Siinä on yksinkertainen gyrostabiloitu systeemi. Helpompi askarrella kuin servo ja sähkögyroviritykset.

[ChiKung]

Eikö gyro ole jo lähtökohtaisesti väärä laite tuohon? Ideahan on pitää lasia kiihtyvyyden (kiihtyvyyden ja painovoiman summan) suuntaisena jotta vesi pysyy lasissa. Gyro taas jättää kiihtyvyydet huomiotta ja reagoi pyörimisnopeuteen.

Kärjistettynä: Gyrolla toteutettuna (oli kyse sitten hyrrästä tai sähköisestä gyrosta) lasi on pystyssä kaarteissa ja jarrutuksissa -> läikkyy samalla tavalla kuin ilman gyroa. Pelkällä massaan perustuvalla ratkaisulla taas lasi jää keikkumaan (juoma pysyy kuitenkin lasissa). Kiihtyvyysantureilla ja servoilla taas lasi pysyy koko ajan oikeassa asennossa, ei jää keikkumaan eikä läiky.

Muut järkevät sovellukset tuolle onkin sitten vähissä. Jos taas aikoo pitää koko ajan saman asennon, vaikkapa kameran suunnan vakiona, niin tarvitaan sekä kiihtyvyysanturit että gyrot (ja jos vielä vaakasuunnassa halutaan pitää samassa niin vielä magnetometri).

Pelkän kiihtyvyyden saa aika helposti koodattua. Ei tarvitse muuta kuin arduino ja kolmen akselin kiihtyvyysanturi. Data normitetaan esim.

 norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);      
  ax = ax / norm;
  ay = ay / norm;
  az = az / norm;

, jossa "a" viittaa kiihtyvyyteen ko. akselilla. Tuosta vektorista saa suht simppelisti laskettua suunnan ja sen perusteella servojen ohjauksen. Kun laite on kohtisuorassa yhtä akselia kohti, sen tulos on 1 (tai -1) ja muut 0, jos laite ei siis ole kiihtyvässä liikkeessä.

[kaardian]

Eikö gyro ole jo lähtökohtaisesti väärä laite tuohon? Ideahan on pitää lasia kiihtyvyyden (kiihtyvyyden ja painovoiman summan) suuntaisena jotta vesi pysyy lasissa. Gyro taas jättää kiihtyvyydet huomiotta ja reagoi pyörimisnopeuteen.

Juurikin niin. Kahdella gyrolla saa aikaan juurikin tuota mekaanista viritystä vastaavan toiminnallisuuden. X ja Y-seinustoille kun laittaa gyron teipaten kiinni, ja rakentelee servoilla kääntyvän tuosta tasosta, niin heading hold päälle ja gainit kaakkoon

Taso pyrkii kokoajan olemaan suorassa. Neste sisällä ei tietenkään tiedä tästä mitään, eikä se sille erityisemmin kuulukkaan (kysykää vaikka Ranelta tai OP:lta). Tällainen voisi olla ihan "toimita" viritys jossain off-road-autossa, missä kiihtyvyydet on rajallsia, tosin retuuttaa se maastossa möyriminen muutoin taasen.

Tuo kiihtyvyyshommeli lienee sellasen arduinoilun parissa parhaiten ratkeavan, kuten mainittu.

[ChiKung]

Tuo kiihtyvyyshommeli lienee sellasen arduinoilun parissa parhaiten ratkeavan, kuten mainittu.

Nyt kun uudestaan ajattelee, niin...

Kaikki floateina (no kulmaa ei välttämättä tarvitse) ja em. normitus ensin.

 norm = sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az);     
  ax = ax / norm;
  ay = ay / norm;
  az = az / norm;   

Tuon jälkeen sitten kahdella akselilla kallistukset:

kulma1 = asin (sqrt(ay*ay + az*az)/sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az) );
kulma2 = asin (sqrt(ax*ax + az*az)/sqrt(ax*ax + ay*ay + az*az) );

Kulmat skaalataan sitten servolle sopivaksi.

Antavat pihalle siis suoraan kulmana sen, kuinka paljon täytyy vaakatasosta kääntää että osoittaa summatun kiihtyvyysvektorin suuntaan. Kuka jaksaa testata? Joku perus kamerateline vaan mukitelineeksi. Seuraavana sopivat kahvat niin pysyy kuppi kädessä eikä juoma läiky kovemmassakin menossa.

[kaardian]

Onko siinä vaaka?

Nesteen massa vaikuttaa siihen myös paljonko tarvitsee kallistaa, vai vaikuttaako?

Mitenkä pitkällä delaylla tätä pitää ajella, ettei servot "väggää" niin paljon että kupista tärisee kaakao syliin

[elvis]

Jos homman haluaa tehdä kunnolla, pitäisi toki huomioida loiskuvan nesteen dynamiikkakin, nk. loiskuntataajuudet, mukitelineen pitäisi pystyä vaimentamaan ainakin alinta loiskuntamuotoa. Se taas riippuu mukin muodosta- no jaa, sen kai voisi approksimoida sylinteriksikin... ei tarvitsisi ohjelmoida kaikille mukeille omia parametrejaan. Täyttöaste toki vaikuttaa tilanteeseen. Tässä projektissa tämänkin mittaamiseen on toki tungettava jotain blingiä, vaikka kapasitiiviset anturit.. Eri puolille mukia sijoitettuina niillä saisi samalla arvion loiskuvan nestepinnan muodostakin kunakin ajan hetkenä, eli juuri siitä muuttujasta jota on tarkoitus säätääkin. Ties vaikka tuossa toimisi adaptiivinen säätökin 

Googlaamalla "sloshing frequency" löytyy kaavoja nykyään myös katkaistun kartion muotoisten astioiden (kuten normi pahvimukin) loiskunnan arvioimiseen, jos säädön haluaa tehdä perinteiseen tapaan.

[spoiler]Kyllä tästäkin tiedettä saadaan, tai ainakin kahvit housuille  [/spoiler]

Onko siinä vaaka?

Nesteen massa vaikuttaa siihen myös paljonko tarvitsee kallistaa, vai vaikuttaako?

Mitenkä pitkällä delaylla tätä pitää ajella, ettei servot "väggää" niin paljon että kupista tärisee kaakao syliin

[ChiKung]

Jos homman haluaa tehdä kunnolla, pitäisi toki huomioida loiskuvan nesteen dynamiikkakin, nk. loiskuntataajuudet, mukitelineen pitäisi pystyä vaimentamaan ainakin alinta loiskuntamuotoa.

Jos servot ovat riittävän nopeat (tai kiihtyvyyksien muutokset eli "jerk" hitaita, esim. autossa tai veneessä) niin loiskuntaa ei pitäisi tapahtua. Muki siis pysynee pystyssä sen summatun kiihtyvyysvektorin suuntaan. Eli se neste näkee koko ajan kiihtyvyyden, joka osoittaa mukin suuntaisesti.

Tuossa audin versio mukitelineestä:

(kohta 2:30)

[elvis]

Jep, junissa tuota on harrastettu pitkäänkin, esimerkiksi Pendolinossa on kallistuvakorinen rakenne (http://en.wikipedia.org/wiki/Tilting_train). Muutenkin kuin huoltokustannustensa puolesta 

Oikeasti (kone)insinööriratkaisu mukitelineeseen olisi järjestää telineeseen sellainen laakerointi, että muki ja teline omalla painollaan pyrkivät kääntämään mukin kiihtyvyysresultantin suuntaiseksi toimien heilureina (laakeripiste massakeskiön yläpuolelle). Lisäksi systeemiin mukaan pari mekaanista vaimenninta niin homma olisi kaiketi melkein siinä. Jos/kun vaakakiihtyvyyden muutokset (heräte) kerran ovat loiskuntaan ja tällaisen pienen mukitelineenkin dynamiikkaan verrattuna hitaita niin mekaaninenkin systeemi olisi varmaan ihan riittävän nopea.

[elvis]

No niin, kaikki tarpeellinenhan on jo keksitty ja tarpeetonkin pääosin;
[spoiler]Loppujenkin keksimistähän hidastaa vain mielikuvituksen puute- ja kaikenlaiset koneinsinöörit, jotka tekisivät tämänkin helpommin  [/spoiler]

[eddy] Mitenkähän tuo toimisi käytännön tilanteessa tärisevässä ja kiihdyttelevässä autossa, kun vesi loiskuu tässäkin jo aika uhkaavasti? [/edwards]

[ed2]: Chikung, kaavoissasi tarvitsisi varmaan ottaa huomioon Eulerin kulmatkin http://en.wikipedia.org/wiki/Euler_angles tai muu vastaava kulmien transformaatio kallistuksen tapahtuessa useamman akselin ympäri samanaikaisesti. Lisäksi autolla on vaakakiihtyvyyksiäkin kiihdytyksissä, jarrutuksissa ja mutkissa, jotka on syytä huomioida tuossa videonkin härvelissä, jos sitä haluaa käyttää mukitelineenä eikä vain esimerkiksi kameran stabiloituna alustana, jonka kuuluukin pysyä aina vaakatasossa.[/ed2]

[katti]

Jos haluaa mukitelineen niin silloin ehdottomasti paras ratkaisu on ripustaa muki langan päähän. Nestepintahan asettuu aina kohtisuoraan kiihtyvyyssummavektorin kanssa, eli siis painovoimakiintyvyysvekt ori+alustan kiihtyvyysvektori. Lisäksi kun sillä nesteellä on massan hitautensa niin narunpäähän ripustettu lasi seuraa viiveellä huomioiden sen sisällön aiheuttaman massan hitauden.

Jos homman tekee 3-akselin kiihtyvyysanturilla ja kolmella servolla muuttaen ne kolme vektoria servoille meneviksi eulerin kulmiksi niin ero tuohon lankamalliin on että kappaleen massan hitaus ei vaikuta toimintaan. Tämähän oli selvästi nähtävänä tässä kameratelinedemovideossa kin.

Hyvä esimerkki on kun lentokoneella lennetään puhtaaasti positiivisella G:llä niin on ihan sama mitenpäin kone on. Katsokaapa lasia vaikka seuraavaa Bob Hooverin videota 2:10 eteenpäin.

Sensijaan lentokoneen keinohorisontin halutaan aina näyttävän todellisen horisontin asentoa, riippumatta kiihtyvyyssummavektorist a ja siihen tarvitaankin sitten sitä gyroa. Lentokoneessahan keinohorisontti, suuntahyrrä ja kaartomittri ovat perinteisesti perustuneet mekaaniseen gyroon mutta nyt uusissa koneissa niissä on mikromekaaninen 3-akselin gyro ja 3-akselin kiihtyvyysanturi ja niistä tehty AHRS eli oikeastaan ihan samaa kamaa kun löytyy vaikka Ardupilotista tai AR-Dronesta, pleikkarin move-ohjaimesta, WII:n ohjaimesta tai paremmista matkapuhelimita.

Eli jos haluaa horisontin tai kameran pysyvän oikeassa asennossa, se ei onnistukkaan enää luotilangalla toisaalta lasipitimeksi systeemi ei enää oikein käy.

[Tohtori R]

Lentokoneessahan keinohorisontti, suuntahyrrä ja kaartomittri ovat perinteisesti perustuneet mekaaniseen gyroon mutta nyt uusissa koneissa niissä on mikromekaaninen 3-akselin gyro ja 3-akselin kiihtyvyysanturi ja niistä tehty AHRS eli oikeastaan ihan samaa kamaa kun löytyy vaikka Ardupilotista tai AR-Dronesta, pleikkarin move-ohjaimesta, WII:n ohjaimesta tai paremmista matkapuhelimita.

itseasiassa nykyaikasista koneista on löytynyt jo pitkään laser inertiat eikä mitään ahruja niinkuin joskus muinoin!

IRUssa on kolme kolmion mallista laser "hyrrää" joissa on yhdessä kulmassa lähetin ja vastaanotin molempiin suuntiin ja kahdessa muussa kulmassa peilit. kun tota nyt kääntää jompaan kumpaan suuntaan niin laser säteellä kestää mennä toiseen suuntaan valon nopeudesta johtuen kauemmin kuin toiseen suuntaan ja kun ne samaan aikaan lähetetään niin vastaanottopäihin tulee äärettömän pieni mutta riittävä vaihe ero jota prosessoidaan sitte samalla lailla kun vanhan aikasen ahrun mekaanisesti tuotettua dataa

[katti]

itseasiassa nykyaikasista koneista on löytynyt jo pitkään laser inertiat eikä mitään ahruja niinkuin joskus muinoin!

IRUssa on kolme kolmion mallista laser "hyrrää" joissa on yhdessä kulmassa lähetin ja vastaanotin molempiin suuntiin ja kahdessa muussa kulmassa peilit. kun tota nyt kääntää jompaan kumpaan suuntaan niin laser säteellä kestää mennä toiseen suuntaan valon nopeudesta johtuen kauemmin kuin toiseen suuntaan ja kun ne samaan aikaan lähetetään niin vastaanottopäihin tulee äärettömän pieni mutta riittävä vaihe ero jota prosessoidaan sitte samalla lailla kun vanhan aikasen ahrun mekaanisesti tuotettua dataa

Laser-inertia on paljon kalliimpi systeemi kuin MEMS AHRS.  Tuolla MEMS tekniikalla saadaan ihan riittähä tarkkuus koneen mittareille ja halpaa tekniikkaa on helppo monista eli saadaan helposti redundanssia.
Tietenkin lasersysteemillä saadaan koko inertiasuunnistussysteem i jolla koneen paikka voidaan laskea ilman ulkoisia paikannussignaaleja joskin nykyisin paikannukseen löytyy halvempi systeemi eli GPS.
Itse tekniikkana laser inertialla on hyvin pieni ryömintä kun taas pelkillä MEMS gyroilla ei tulla pelkästään toimeen vaan niiden ryömintä kompensoidaan GPS:n ja magnetometrin tuottamalla tiedolla.

Vaikeaa sanoa laser INS:n yleisyydestä kun en ole "vaipailla markkinoilla" törmännyt ainoaankaan mutta näitä MEMS AHRS/GPS pohjaisia systeemejä on lähes joka valmistajalla. En nyt tunne sotilas- tai isojen matkustajakoneiden tekniikkaa mutta noista pienemmistä olen selvillä.

Sinänsä laser- vastaan mems keskustelu on aika akateemista koska ne lasersysteemit taitaa olla niin kalliita etä niihin ei tavallisilla ihmisillä ole varaa vaan täytyy tyytyä MSMS/GPS tekniikkaan.
Esimerkiksi meikäläisten DA40-180 koneessa on Garminin G1000 avioniikka joka on näissä pikkukoneissa aikatavalla de-facto asemassa. Tarkoitan tällä pikkukoneilla nyt bisnejettejä pienempiä vehkeitävaikka tuo timantti nyt onkin vain yksimoottorinen potkurikone.  Muita kilpailijoita pienten koneiden avioniikassa on Avidyne, Aspen Avionics ja sitten LSA/Ultra puolella Dynon. Kaikki ovet GPS/MEMS tekniikalla. Laser inertiaa en ole nähnyt yhdessäkään.