Nopeus ja g voimat valotaululle

[tuupola]

Tämä kaikki alkoi siitä että olin kiinnostunut miten paljon G voimia kohdistuu kuvitteelliseen pilottiin kopterin sisällä. Rakensin jo proton kolmen akselin kiihtyvyysantureilla. Data lähetetään langattomasti maassa olevalle läppärille tai pienelle lcd näytölle.

Sitten tajusin että oikeastaan mielenkiintoisempi data on nopeus. Jengi ajaa dragracingiä koptereilla (ja autoilla). Nyt nopeus käsittääkseni kellotetaan poliisitutkalla? Hankalaa ja myös mahdotonta jos satut lentämään yksin.

Tästä pääsinkin siihen että rakennan tällä hetkellä protoa valotaulusta jonne nopeus (ja muu data) lähetetään. Toisin sanoen lentopaikalle pistetään kissankokoiset numerot omaava valotaulu joka ottaa virtansa esim vanhasta ajoakusta. Se näyttää livenä kopterin kyydissä olevan purkin mittaamaan lentonopeuden. Tällä hetkellä data lähetetään 2.4GHz taajuudella ilman mitään ongelmia. On mahdollista lähettää myös 900MHz (ei luvattua euroopassa) ja 868MHz (luvattu euroopassa) taajuuksilla. Valotaululla olisi tietenkin mahdollista näyttää useamman kuin yhden kopterin (tai auton tai lentokoneen) nopeus.

Kysymykseni onkin, kuulostaako tämä sellaiselta että muillakin olisi kiinnostusta. Tarkoitus olisi että kytkentäkaaviot ja softa olisi ilmaiseksi saatavilla. Jos et jaksa itse metsästää osia olisi mahdollista ostaa valmis kitti ja kolvata itse. Jos et osaa kolvata olisi tietenkin mahdollista ostaa kaikki valmiina.

Rakennan joka tapauksessa itselleni ja pistän kuvia kun saan ensimmäisen version valmiiksi. Ainut ongelma on että vireillä on liian monta projektia ja aikaa on liian vähän...

[1m4s0_]

Mielenkiintoinen rojekti, millä nopeus mitataan.. onko gps vai jotenki ilman virtauksesta vai hä tä 

[mrsaila]

mielenkiintoinen tosiaan.
Tästä tuli mieleen, että miten datan vastaanotto toimii? Voisi olla kiinnostavaa jos sen saisi ajettua läppärille sisään, koska kaikilla alkaa olla sellainen.
Näyttöyksikkö toimii varmasti esim. kisoissa, näytöksissä yms. mutta "yksin" ajeluun riittää että datan voi tallentaa ja näyttää läppärin avulla, ennen kaikkea kustannustehokkaasti  .

Minkä kokoisia anturit ovat? Onnistuuko yhtenä sovelluksena nupin kierrosluvun selvittäminen samalla teknologialla?

-T

[ChiKung]

Ainakin autoihin saa niitä kiihtyvyysmittareita (esim. G-tech) jotka ovat riittävän tarkkoja kertomaan nopeuden. Nollataan paikallaan ja laite alkaa mittaamaan kiihtyvyyttä ja laskee nopeuden siitä. Auton massan (ja muutaman kalibraatioparametrin, esim. alustan jäykkyyden) mukaan sitten saa vielä laskennallisen tehon pihalle. Yllättävän tarkkoja ovat, tosin käytön pitäisi kaiketi olla juuri tuollanen yksittäinen reipas kiihdytys johtuen antureiden epätarkkuudesta pienillä kiihtyvyyksillä. Hitaasti pysähtyessä jää vielä näyttämään jotain nopeutta.

Laskennallinen puoli on kohtalaisen yksinkertainen. Miksei myös varsinainen toteutus. Joskus näpräilin pic:llä ja bluegigan modulilla lähettäviä mittareita (ihan jännitemittaukseen tosin). Näyttäis olevan hyllyssä osat vieläkin.

[1m4s0_]

Miten mahtaa moinen kiihtyvyys mittari kopterin kyydissä toimi kun kiihdytään vähän joka suuntaan? 

[mrsaila]

kolmella eri akselilla olevalla kiihtyvyysanturilla voidaan laskea kiihtyvyys vektorina ja siten myös nopeus joka on tiettyyn suuntaan, siis nopeuttaa/liikettä on kopterissa kolmeen eri suuntaan ja näistä saadaan laskettua yhteisvaikutus, joka on se nopeus jota esim. GPS anturi näyttäisi.

[ChiKung]

Nyt kun aloin miettimään, niin ei olekaan ihan noin yksinkertainen. Kulmakiihtyvyydet voivat vaikuttaa tulokseen. Samoin gravitaation vaikutus pitäisi vähentää kopterin kääntyessä kyljelleen/väärinpäin, joka taas on pelkän kiihtyvyysmittarin avulla vaikea tehtävä. Pitäisi koko ajan vähentää yksi 1G vektori; jos sattuu käymään niin että kopukka kiihtyy 9,81 m/s^2 johonkin suuntaan niin algoritmi saattaakin pitää tätä gravitaation vaikutuksena ja ilmottaa nopeuden väärin (esim. liike alaspäin 2G kiihtyvyydellä ja leijutus väärinpäin antaisivat saman tuloksen). Kiihtyvyyden mittaaminen tuskin olisi ongelma yhdellä vektorilla, mutta nopeus on vaikeampi. Saattais tarttea lisäksi 3D-gyron tuohon. Helpoin ois varmaankin lähteä siitä UAV kitistä liikkeelle.

Disclaimer: Kone ei ole startannut vielä, joten saattaa sisältää asiavirheitä.

[mrsaila]

Nyt kun aloin miettimään, niin ei olekaan ihan noin yksinkertainen. Kulmakiihtyvyydet voivat vaikuttaa tulokseen. Samoin gravitaation vaikutus pitäisi vähentää kopterin kääntyessä kyljelleen/väärinpäin, joka taas on pelkän kiihtyvyysmittarin avulla vaikea tehtävä. Pitäisi koko ajan vähentää yksi 1G vektori; jos sattuu käymään niin että kopukka kiihtyy 9,81 m/s^2 johonkin suuntaan niin algoritmi saattaakin pitää tätä gravitaation vaikutuksena ja ilmottaa nopeuden väärin (esim. liike alaspäin 2G kiihtyvyydellä ja leijutus väärinpäin antaisivat saman tuloksen). Kiihtyvyyden mittaaminen tuskin olisi ongelma yhdellä vektorilla, mutta nopeus on vaikeampi. Saattais tarttea lisäksi 3D-gyron tuohon. Helpoin ois varmaankin lähteä siitä UAV kitistä liikkeelle.

Disclaimer: Kone ei ole startannut vielä, joten saattaa sisältää asiavirheitä.

häh? jos kopteri on maassa paikoillaan ja anturit kalibroidaan (nollataan), niin silloinhan ei tarvitse ottaa gravitaatiota huomioon, koska anturit eivät siitä tiedä (teknisessä mielessä). Tästä eteenpäin mittaus tapahtuu suhteessa kiihtyvyyden muuttumiseen ajan funktiona. Eikö? Eli tässä mitataan kiihtyvyyden muutosta ei itse kiihtyvyyttä.

[Olli.]

Toinen ongelma mikä tuli mieleen olisi, miten tuommoinen aistii akselin ympäri pyörimistä. Jos anturi on nupin akselilla tai kopteri kääntyy niin että anturi pysyy paikallaan. Ymmärtääkö semmonen tupmmosia ja kuinka hyvin.

[1m4s0_]

ympäripyörimisessähän ei tapahdu kiihtymistä mihinkään suuntaa, sitten kun taas kiihdytään niin mittaa menosuuntaa. Eikai siinä ongelmaa ole... tuohan mittaa eri suuntiin kohdistuvia kiihtyvyyksiä eikä suuntien tarvitse "muuttua" laatikkoon nähden.
Olipa vaikeasti selitetty ^^
Eli laatikolle kopteri eteen on aina kopteri eteen, eikä esim laatikon eteen ole kopterin sivulle.
Vielä vaikeampaa 

[tuupola]

mrsaila tossa jo pohtikin asiaa. Eli teoriassa kiihtyvyysanturilla olisi mahdollista laskea nopeus. Jos tiedetään alkunopeus, kiihtyvyys ja aika saadaan tulokseksi nopeus. Ongelma vastaan siinä vaiheessa kun pitää ottaa huomioon myös kopterin orientaatio kolmiulotteisessa maailmassa. Edelleenkin olisi mahdollista mutta matematiikka menee liian monimutkaiseksi.

Lentokoneissa ilmanopeus mitataan Pitot Tubella. Helikopteri ei kuitenkaan lennä eteenpäin nokka edellä vain hieman kulmassa. Samaten helikopteri voi myös lentää pyrstöedellä. Systeemi joka pitäisi pitot tuben aina oikeaan suuntaan on liian monimutkainen.

Josta päästäänkin GPS:aan. GPS ei mittaa ilmanopeutta vaan maanopeuden. Se on kuitenkin tarpeeksi hyvä tähän tarkoitukseen. Yksi ongelma edelleenkin on. GPS ei mittaa vertikaalista nopeutta. Eli jos lennät 50km/h 45 asteen kulmassa on maanopeus 25km/h ja vertikaalinen nopeus myös 25km/h. Nopeus siis saadaan laskemalla maa ja vertikaalinen nopeus yhteen.

Josta päästään seuraavaan ongelmaan. GPS:n korkeusmittaus on hyvin epätarkka. Ilmanpaineeseen perustuvia korkeusantureita on olemassa hyvinkin tarkkoja. Järkevän hintaisilla päästään jopa 9cm tarkkuuteen.

Minun ratkaisuni on tällä hetkellä yhdistetty GPS jolta luetaan maanopeus yhdistettynä korkeusanturiin josta lasketaan vertikaalinen nopeus.

Vai onko jollain yksinkertaisempaa ratkaisua? Oikeat kopteripilotit?

[tuupola]

ympäripyörimisessähän ei tapahdu kiihtymistä mihinkään suuntaa, sitten kun taas kiihdytään niin mittaa menosuuntaa.

Kolmiulotteisessa maalmassa on kolme akselia. Mihin tahansa suuntaan liikkuminen (vaikka sitten ympäri pyörimimen paikallaan) on aina kiihtyvyys vähintään yhden akselin ympäri.

[ChiKung]

häh? jos kopteri on maassa paikoillaan ja anturit kalibroidaan (nollataan), niin silloinhan ei tarvitse ottaa gravitaatiota huomioon, koska anturit eivät siitä tiedä (teknisessä mielessä). Tästä eteenpäin mittaus tapahtuu suhteessa kiihtyvyyden muuttumiseen ajan funktiona. Eikö? Eli tässä mitataan kiihtyvyyden muutosta ei itse kiihtyvyyttä.

Tuon kalibroinnin jälkeen kun kopteri käännetään vaikka sivulle, niin laite näyttää 1 G kiihtyvyyttä pystysuunnassa ja saman sivusuunnassa.

Edit. Kalman filter taitaa olla ratkaisu tähän. Tarvitsee siis 3d gyron ja 3d kiihtyvyysmittarin. Filterillä lasketaan orientaatio jota voidaan käyttää painovoiman nollaukseen pelkässä kiihtyvyysmittauksessa. Jos tosiaan motivaatiota riittää, niin tuolla filtterillä on lukuisia sovelluksia näissä laitteissa. Myös itseäni kiinnostaisi tuollainen projekti. Erityisesti aktiivisesti stabiloidun kamerajalustan osalta.

[elvis]

Tarvitsee siis 3d gyron ja 3d kiihtyvyysmittarin.

Njoo, tai sitten 3d kiihtyvyysmittarin + 3d kulmakiihtyvyysanturin, esimerkiksi. Hetkellinen asento alkuperäiseen saadaan integroimalla kulmakiihtyvyys kahteen kertaan ja siitä tai gyrolla saatuja Eulerin kulmien suunnassa tapahtuvia lineaarikiihtyvyyksiä sitten erikseen, maan normaalikiihtyvyys toki huomioiden.. siinäpä onkin liikennekonepuolella ennen GPS:ää käytetty INS kotikonsteilla tehtynä. Helppoa kuin heinänteko jos saa tietokoneen kytkettyä näin saatavaan anturidataan kuudelta kanavalta suurella näyttönottotaajuudella ja kohtuullisella resoluutiolla. Jos käsittelyn tekee maa-asemalla, tarvitaan ilmeisesti kohtuullinen kaistaneleveys datalle. Kopterissa käsiteltäessä kopteriin pitää asentaa painavaa tiedonkäsittelylaitteist oa. Häiriöherkkääkin kaiketi joka tapauksessa, eikä värinät helpota asiaa yhtään.. ja gyrotkin ryömii..  Voipi tulla kalliiksikin 

Mielestäni olisi nopeuden mittaaminen helpointa ihan perinteisellä pitotputkella (esim. letku vasten virtausta ja toinen siihen nähden kohtisuoraan toimisi varmaan tyydyttävästi), jonka letkut kytkee johonkin pieneen ja herkkään paine-eroanturiin. G-kiihtyvyydet sitten erikseen suoraan kiihtyvyysanturilla. Eli mitataan suoraan sitä mitä halutaan tietääkin. Maa-asemalla voi sitten prosessoida painedatan nopeudeksi.

[Dutchman]

Helppoa kuin heinänteko....
Mielestäni olisi nopeuden mittaaminen helpointa ihan perinteisellä pitotputkella.

Kävin hakemmassa pari kieppiä pitoputkea biiltemannista. Oli tarjouksella jos ei ollut kopterit.net-jäsen...

[elvis]

Kävin hakemmassa pari kieppiä pitoputkea biiltemannista. Oli tarjouksella jos ei ollut kopterit.net-jäsen...

Ei sinne kannata mennä, Intersportista saa pitoteippiä myös jäsenet   

No joo, mutta yleensähän kaikki hommat kannattaa tehdä niin yksinkertaisesti kuin mahdollista- mutta ei kuitenkaan sen yksinkertaisemmin. Oliskohan ollut joku Eisenstein, joka tuon meni noin sanomaan. Mikä lie elokuvaohjaaja  Pätee muuten usein myös pienoiskoptereihin. Hienostelukin on aina mahdollista, joskus jopa tarpeellista, mutta usein se johtaa ainakin kalliisiin ratkaisuihin (jos yleensä saadaan toimimaan).

Pitotputken periaate vaikka tuosta: http://en.wikipedia.org/wiki/Pitot_tube. Ei se ole yksinkertaisimmillaan kuin putki vasten virtausta, staattinen paine mitataan kohtisuorassa suunnassa. Sopivannäköisiä paineantureita löytyy näköjään ainakin tuosta, http://www.sensonor.com/pressure-products/pressure-sensors.aspx?gclid=CKuZsKzZ2J4CFUQM3godpxz9rw. Kotimaita suosiessa voisi tarkistaa VTI:nkin nykyisen tarjonnan.

[elvis]

Helikopteri ei kuitenkaan lennä eteenpäin nokka edellä vain hieman kulmassa. Samaten helikopteri voi myös lentää pyrstöedellä. Systeemi joka pitäisi pitot tuben aina oikeaan suuntaan on liian monimutkainen.

Ok, no jos joka suuntaan mitattavaa nopeutta haluaa mitata (ilman suhteen) niin kuppianemometri voisi olla asiaa. Pystynopeuttahan sillä ei saa irti, mutta roottorin vanavesi sotkisi mittauksen kuitenkin. Ilmanvastuskin laitteella on kohtalainen. Asiaa on näköjään käsitelty näilläkin sivuilla, ks

Onkos joku muu kokeillut rakentaa itse tuulimittaria? Itse väsäsin omani tänään ja odotan että pääsisi lykkäämään sen läppäriin kiinni ja testaamaan   Ohjeet poimin nopeasti googlettamalla, vanha Mikrobitin lehti aihetta on joskus käsitellyt.

Roottorin alla pitäisi saada jotenkin kompensoitua vanaveden pyörimisliike pystyakselin suhteen. Rungon alla voisi olla melko suojainen paikka.

Pitotputki on kyllä kaikkien täyskasvuisten kopterien pääasiallinen nopeudenmittaushärvellin . Kopterin siirtyessä paikasta a paikkaan b lennetään kuitenkin lähinnä eteenpäin. Pitotputki ei ole hirvittävän herkkä sen suuntauksen kulmavirheille, kunhan staattinen paine saadaan mitattua jostain hyvästä kohdasta. Järjettömässä sladissa nopeusmittaus on tietysti pielessä, kuten myös lentokoneissakin.

Kieltämättä GPS voisi tulla myös kyseeseen vaakanopeuden mittaukseen. Onko pystynopeuden mittaus välttämätöntä?

[tuupola]

Mielestäni olisi nopeuden mittaaminen helpointa ihan perinteisellä pitotputkella (esim. letku vasten virtausta ja toinen siihen nähden kohtisuoraan toimisi varmaan tyydyttävästi), jonka letkut kytkee johonkin pieneen ja herkkään paine-eroanturiin.

Ongelma on vain siinä että kopteri lentää harvoin suoraan nokka vaakatasossa eteenpäin. Täytyis olla siis systeemi joka kääntää putken kärjen aina oikeaan asentoon.

Lentokoneissa pitot toimii toki loistavasti.

[tuupola]

Kieltämättä GPS voisi tulla myös kyseeseen vaakanopeuden mittaukseen. Onko pystynopeuden mittaus välttämätöntä?

Kuten tuossa tuli aikaisemmin mainittua GPS antaa (käsittääkseni) ainoastaan maanipeuden. Jos lenntä 45 asteen kulmassa horisonttii nähden antaa GPS nopeudeksi puolet reaalinopeudesta. Jos tulet vapaapudotusta alaspäin antaa GPS nopeudeksi nolla. (Korjatkaa jos olen väärässä, on toki mahdollista että on olemassa GPS joka ottaa huomioon myös vertikaalisen nopeuden.)

[MJPilot]

Ongelma on vain siinä että kopteri lentää harvoin suoraan nokka vaakatasossa eteenpäin. Täytyis olla siis systeemi joka kääntää putken kärjen aina oikeaan asentoon.

Lentokoneissa pitot toimii toki loistavasti.

Itsellä tulee mieleen ensimmäisenä niinkin kömpelö ajatus kuin halpa gyro ja servo pitotin suunnassa pitämiseen...
Tai sitten olen ajatellut asian väärin...
MJP

[elvis]

Yksi vaihtoehto voisi olla kuumalanka-anemometri, sellaisen voisi värkätä itsekin sopivasta metallista, jolla on riittävä sähkövastuksen kasvu lämpötilan suhteen. Etuna pitotputkeen on (tässä tapauksessa) että virtaussuunnalla ei ole merkitystä, joskin langan suunnassa tapahtuvan virtauksen mittaus onkin epätarkempaa. Toiseksi laite on herkimmillään nimenomaan pienillä kopterinopeuksilla (lämmönsiirtyminen virtaukseen ~sqrt(V)), kun pitotputki on herkkä suurilla nopeuksilla (dynaaminen paine ~V**2). Anturin voi tehdä pieneksikin ja sen voi sijoittaa vaikka puomin päähän pois roottorivirtauksesta.

Haittapuoliakin on aika läjä, mittaus on herkkä ilman lämpötilan vaihteluille sekä langan likaantumiselle. Langan saa helposti katkeamaankin. Mittauksen kalibrointi pitää tehdä usein. Pitotputki tai kuppianemometri eivät näistä kärsi.

[elvis]

Ongelma on vain siinä että kopteri lentää harvoin suoraan nokka vaakatasossa eteenpäin. Täytyis olla siis systeemi joka kääntää putken kärjen aina oikeaan asentoon.

Lentokoneissa pitot toimii toki loistavasti.

Juu toimii, ja niin toimii koptereissakin. Niissä pitotputki on yleensä nokassa ja niillä mitataan lentonopeutta ilman ongelmia. Temppulennossa pitotputki ei pelaa lentokoneissakaan. Kysymys kuuluukin, haluatko mitata esim. huippunopeutta, joka on kuitenkin lennossa eteenpäin vai jotakin muuta?

[Maikko]

Moro,

Synergy E9:n testauksessa G-voimamittari asennettuna kopteriin. Hieno toteutus sillä mittaus näkyy videossa. Piikeissä (kovat stopit) G:t nousee 20:neen, joten ihmisellä olis vähän tukalaa vääntää tikkua. Toi eka Punch Out on kyllä vakuuttava!!

I made a unit that logs accelerometer data at 750hz. This is the video of the results. The solid white bar is filtered data but the peaks are from non filtered data. So the max Gs are not exactly known but it looks like a 10G punch out and 15-20G peaks elsewhere.

Jared of Atlanta oli mitannut myös muita koptereita:
- I also logged data on Caleb Phillips' insane Logo400. It peaked between 18 and 22Gs. I'll post the video but there is a lot of noise on the data because we didn't mount the unit well.
- My Trex500 peaked between 12 and 18Gs.
- I tried to log data on Matt's Logo600 but the file system got corrupted and he stripped the main gear.


-

[tuupola]

Jahas joutuu ostamaan uudem kiihtyvyys anturin. Nykyinen ei riitä +-15G asti...

[mrsaila]

Asiasta kolmanteen ja järjestelmän suorituskykyyn..

Millaista näytteenotto aikaväliä ajattelitte käyttää? GPS 1Hz vai 5-10Hz? Entäs kiihtyvyysantureille?

Löysin tälläisen "KinetaMap", eikä se mun mielestä valmiiksi paketiksi ole pahan hintainen. Mitat:  28 x 63 x 94mm, 103g.
GPS-030 KinetaMap   $219.95AUD eli n. 150€ postituskuluineen +tulli+alv.

http://www.oceancontrols.com.au/Sensors/sfe/gps.htm#RelayPurchase (löytyy sivun puolivälin paikkeilta)

Tässä GPS logittaa1Hz ja kiihtyvyysanturit (3kpl) jopa 100Hz nopeudella. Mukana on Bluetooth Wireless joka mahdollistaa tiedon lukemiseen reaaliajaassa, kantomatkaa on  n. 100m. Sanoisin, että riittää kopterikäyttöön.

P.S. Luin aika monesta paikasta että vaikka GPS pystyisi yli 1Hz päivitysnopeuteen niin ongelmaksi muodostuu tiedon tallentaminen / lähettäminen reaaliajassa.

-T