Определение положения манипулятора Опции

[Arthur_Sh]

Здравствуйте,
Подскажите пожалуйста пути решения следующей задачки. Необходимо с точностью до 0.1град определять угол наклона манипулятора по вертикали и по горизонтали. Манипулятор управляется актуаторами. Датчики размещаю на конце манипулятора. Определение угла по вертикали не составляет проблемы, а вот как определить угол по горизонтали (угол рыскания) не представляю. Кто что может посоветовать? Вид сбоку и сверху прилагаю.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[HardEgor]

Любой акселерометр на манипулятор. Если основание тоже крутится, то второй акселерометр на него.

[Arthur_Sh]

Любой акселерометр на манипулятор. Если основание тоже крутится, то второй акселерометр на него.

нет, основание жестко фиксировано.
Акселерометром я определяю угол по вертикали, тут вопросов нет. А как горизонталь считать?

[yaroslavic2]

нет, основание жестко фиксировано.
Акселерометром я определяю угол по вертикали, тут вопросов нет. А как горизонталь считать?

Компас?
Один датчик на основание, второй на манипулятор

[AlexandrY]

Необходимо с точностью до 0.1град определять угол наклона манипулятора по вертикали и по горизонтали.

Вот такой энкодер может и точнее определить чем 0.1 град.


Но его калибровка вещь нетривиальная.

[Arthur_Sh]

AlexandrY, это или емкостной или индуктивный энкодер, хотя если катушки, то индуктивный. Однако, как видно на рисунке, у меня ось вращения не перпендикулярна основанию, а изменяется. Конструктивно я не могу его туда поставить.

[AlexandrY]

AlexandrY, это или емкостной или индуктивный энкодер, хотя если катушки, то индуктивный. Однако, как видно на рисунке, у меня ось вращения не перпендикулярна основанию, а изменяется. Конструктивно я не могу его туда поставить.

Но из вашей схемы ничего понять нельзя.
У манипулятора должны быть моторы. У каждого своя фиксированная ось.

Или это такой ручной "манипулятор" на шарнире?

[_pv]

ещё можно в основание манипулятора магнит, вокруг несколько трёхмерных датчиков Холла, MLX90393 например.
но так как 0.1гр / 360 это 3e-4 датчиков понадобится несколько, так как у магнита тупо свой температурный коэффициент 1e-3 / C
ну и внешних магнитных полей, включая земное, система бояться будет.

2AlexandrY: какую точность с этими тексасовскими индуктивными преобразователями получили в такой геометрии?

[Arthur_Sh]

Но из вашей схемы ничего понять нельзя.
У манипулятора должны быть моторы. У каждого своя фиксированная ось.

Или это такой ручной "манипулятор" на шарнире?

я не указал, манипулятор управляется двумя актуаторами.

[AlexandrY]

2AlexandrY: какую точность с этими тексасовскими индуктивными преобразователями получили в такой геометрии?

Так нечем точность проверить, нет такой механики у меня.
Но разрешение лучше 0.05 град

я не указал, манипулятор управляется двумя актуаторами.

Ну вот, значит есть две оси. Можно вешать любые угловые датчики.
Другое дело, что у механики всегда есть упругая деформация и при таких требованиях к точности она уже будет сильно влиять.

[Arthur_Sh]

Ну вот, значит есть две оси. Можно вешать любые угловые датчики.
Другое дело, что у механики всегда есть упругая деформация и при таких требованиях к точности она уже будет сильно влиять.

Сам манипулятор перемещается в трех осях, а точнее одна точка зафиксирована в шарнире (в начале координат), а вторая перемещается. Вот это перемещение и необходимо контролировать.

[_pv]

я не указал, манипулятор управляется двумя актуаторами.

линейными?
в любом случае где-то есть место где актуатор перемещается/вращается только вокруг единственной оси.

[Arthur_Sh]

линейными?
в любом случае где-то есть место где актуатор перемещается/вращается только вокруг единственной оси.

Да, актуаторы линейные, но это ничего не меняет.

[AlexandrY]

Да, актуаторы линейные, но это ничего не меняет.

Актуаторы надо разбирать и ставить в них датчик. Самый простой путь.

[_pv]

Да, актуаторы линейные, но это ничего не меняет.

актуаторы по одной оси перемещаются, а не по двум, соответственно измерять смещения актуаторов по одной оси гораздо проще, чем вращение сразу по двум в шарнире.

[Arthur_Sh]

актуаторы по одной оси перемещаются, а не по двум, соответственно измерять смещения актуаторов по одной оси гораздо проще, чем вращение сразу по двум в шарнире.

Вы забываете что у актуаторов есть люфт, в соединении актуатор-манипулятор есть люфт или появится со временем. Так что измерение положения актуаторов не вариант

[AlexandrY]

Вы забываете что у актуаторов есть люфт, в соединении актуатор-манипулятор есть люфт или появится со временем. Так что измерение положения актуаторов не вариант

Что-то сомневаюсь, что проблему дешевых актуаторов с люфтами можно решить навороченными сенсорами положения.
Легче, думаю, сделать актуаторы безлюфтовыми.
Например способом встречного включения моторов.

[Arthur_Sh]

Навороченная система это вряд ли. 3х осевой акселерометр и одноосевой гироскоп + фильтр Калмана. Вот такой план.

[_pv]

очень плохая это идея угол поворота в горизонтальной плоскости гироскопом определять. даже без относительно того что никакие размеры и требуемые точности озвучены не были.

то что у вас есть люфт между акутатором и манипулятором вовсе не означает что должен быть люфт между манипулятором и измерительной системой положения актуатора.

[Arthur_Sh]

очень плохая это идея угол поворота в горизонтальной плоскости гироскопом определять. даже без относительно того что никакие размеры и требуемые точности озвучены не были.

то что у вас есть люфт между акутатором и манипулятором вовсе не означает что должен быть люфт между манипулятором и измерительной системой положения актуатора.

Добрый день.
По вертикале угол от мин 30, макс 90град. По горизонтали от оси z +- 45град. Точность 0.1град. Смотрел, как люди использую дешевые акселерометры и гироскопы делают шлемы vr. И точность позиционирования замечательная. Я же моу позволить использовать достаточно дорогие 100$+ акселерометры и гироскопы.
Так почему плохая идея?
Ничего достаточно простого не установишь, поскольку манипулятор движется в 3х осях, оптические методы использовать не получится, т.к. пыль и ее довольно много.

[AlexandrY]

моу позволить использовать достаточно дорогие 100$+ акселерометры и гироскопы.
Так почему плохая идея?

Ага, вот только что пришла реклама - http://www.gyrolab.ru/product/gl-150-052-b...eskiy-gyroskop/
Достаточно дорогой , погрешность то что надо.
Только попробуйте впихните это в ваш манипулятор.

[novikovfb]

Добрый день.
По вертикале угол от мин 30, макс 90град. По горизонтали от оси z +- 45град. Точность 0.1град. Смотрел, как люди использую дешевые акселерометры и гироскопы делают шлемы vr. И точность позиционирования замечательная. Я же моу позволить использовать достаточно дорогие 100$+ акселерометры и гироскопы.
Так почему плохая идея?
Ничего достаточно простого не установишь, поскольку манипулятор движется в 3х осях, оптические методы использовать не получится, т.к. пыль и ее довольно много.

гироскоп имеет дрейф нуля. Вас устроит сползание манипулятора на 1 градус в час?

[Arthur_Sh]

гироскоп имеет дрейф нуля. Вас устроит сползание манипулятора на 1 градус в час?

Если не ошибаюсь, именно для этого делается комбинация акселерометр - гироскоп. Друг друга компенсируют.

[novikovfb]

Если не ошибаюсь, именно для этого делается комбинация акселерометр - гироскоп. Друг друга компенсируют.

в горизонтальной плоскости толка от акселерометра никакого, от магнитного компаса в окружении электрических машин тоже толка мало.
Просто для очков виртуальной реальности и игрушечного квадрокоптера - 30 градусов в час (хорошая точность для МЭМС гироскопа) достаточно, а для навигационных целей используют или привязку к абсолютным координатам (карта местности, звездная карта, GPS и т.п.) или гораздо более точные гироскопы, но там совсем другие цены и размеры. Например http://www.gyrolab.ru/product/gl-150-052-b...eskiy-gyroskop/ весит 25 кг и стоит, наверняка, не один миллион рублей.

Сообщение отредактировал novikovfb - Mar 17 2017, 11:35

[Plain]

как определить угол по горизонтали (угол рыскания)

Тупо геометрия — между наибольшими рычагами манипулятора и чего-то, параллельного Z, подпружиненный трос, на нём емкостной датчик, либо вместо пружины серво.

[_pv]

Смотрел, как люди использую дешевые акселерометры и гироскопы делают шлемы vr. И точность позиционирования замечательная. Я же моу позволить использовать достаточно дорогие 100$+ акселерометры и гироскопы.
Так почему плохая идея?

у шлема vr обратная связь в виде человека присутствует.

а у неплохих мемс гироскопов шумы 0.01гр/с/Гц^0.5, и после интегрирования для определения угла, требуемые 0.1гр ошибки уйдут через две минуты.
и пойдут накапливаться дальше.
ну может найдётся гироскоп за 100$ c на порядок меньшими шумами, ну будет система начинать врать не через две минуты, а через двадцать.

нельзя получить точно абсолютное значение, измеряя производную от величины, рано или поздно ошибка накопится.

Ничего достаточно простого не установишь, поскольку манипулятор движется в 3х осях, оптические методы использовать не получится, т.к. пыль и ее довольно много.

ставьте магнит и датчики Холла, если пыль не магнитная.

[Arthur_Sh]

Сделал моделирование движения, что то мыслей насчет установки датчиков вообще нет. В голову приходит разная экзотика, например разместить 3 радиодальномера на плите, а на манипуляторе отражатель. далее вычислять расстояние, триангулировать....как то так

Эскизы прикрепленных изображений

 

[novikovfb]

может не стоит изобретать велосипед, а поставить синусно-косинусный вращающийся трансформатор?

[Arthur_Sh]

может не стоит изобретать велосипед, а поставить синусно-косинусный вращающийся трансформатор?

Я вообще против изобретения велосипедов, однако не представляю, как этот трансформатор установить на конструкцию. В шарнир я его установить не могу, в нем большая механическая нагрузка.
В движении хорошо видно, что вращение идет по разным осям. А, если я правильно помню вращ. транс. то он работает в одной оси. Если ошибаюсь - поправьте.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[_pv]

https://www.melexis.com/en/insights/knowhow...ensing-solution

[Arthur_Sh]

https://www.melexis.com/en/insights/knowhow...ensing-solution

Уважаемый _pv, этот датчик мне никак не поможет. Посмотрел на него.

[Guest_TSerg_*]

Любые, доступные Вам по карману опто- , электро-механические датчики, те же упомянутые СКВТ (синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы).
Попытка интегрирования без внешней коррекции, всегда приведет к провалу проекта (тем более в таком малом объеме), ибо интегрирование случайных процессов, даже с нулевым мат. ожиданием - дает расходящийся процесс по искомой величине.

[AlexandrY]

https://www.melexis.com/en/insights/knowhow...ensing-solution

Мутные чипы, преподносят как некую инновацию, но ничего не пишут про точность.
Скажем у магнитных сенсоров есть сильный гистерезис, он убивает чувствительность при малых амплитудах вращений (0.7 градуса у хороших чипов)
У индуктивных сенсоров таких как я показал такого эффекта нет.

Опять же этот Melexis выдает результат не быстрее чем 1 КГц, DSP у него внутри слабый, калибровка у них несерьезная.
Хорошая калибровка базируется на Фурье анализе кривых при полном обороте и взятии на нём N точек.

Вся инновация в том что засунули все три вектора в один чип.
Ну так можно расположить ортогонально два чипа типа TLI5012 и получить те же 3-и вектора, но с 15-и битной точностью и 8 КГц сэмплированием.

Уважаемый _pv, этот датчик мне никак не поможет. Посмотрел на него.

Вы б лучше нарисовали где находятся актуаторы и габариты указали, а то пока рисунки ни о чём.

[_pv]

не, ссылка просто с картинкой для наглядности.
у мелексиса есть тупо 3х мерные датчики, mlx90393 и их всё равно несколько штук ставить придётся.
так что их встроенная математика действительно мимо, самому всё калибровать придётся.
и скорости ТС не озвучил, но если уж гироскопы рассматривались как вариант, то 1кГц вполне нормальная для них частота опроса.

а вот про гистерезис у датчиков Холла это что-то новенькое. у GMR датчиков вполне возможно, но не у Холлов.

[AlexandrY]

а вот про гистерезис у датчиков Холла это что-то новенькое. у GMR датчиков вполне возможно, но не у Холлов.

Эт у чистого эффекта Холла, а тут в чипах кругом ферромагнитные концентраторы применяются.
Но у датчиков с эффектом Холла по любому шумы такие большие, что для измерений 0.1 град они не годятся при разумной частоте сэмплирования.

[Plain]

между наибольшими рычагами манипулятора и чего-то, параллельного Z — подпружиненный трос, на нём емкостной датчик, либо вместо пружины серво

Либо вместо пружины гравитация, т.е. блок и груз. В любом случае исчезают все люфты обеих осей.

[_pv]

Эт у чистого эффекта Холла, а тут в чипах кругом ферромагнитные концентраторы применяются.

а можно ссылку про ферромагнитные концентраторы у датчиков мелексис, особенно у mlx90393.

[Arthur_Sh]

Высота манипулятора 1500мм, шарниры актуаторов установлены на высоте 600мм от нижней опорной точки. Скорость перемещения низкая, примерно 1град\с по горизонтали и вертикали.

[AlexandrY]

а можно ссылку про ферромагнитные концентраторы у датчиков мелексис, особенно у mlx90393.

Так по вашей же ссылке и прочитайте. Там упоминается некий Integrated Magnetic Concentrator, который есть основа их "уникальной" технологии Triaxis.
Кстати и Infineon и другие ее давно применяют.
А потом погуглите и найдёте вот такое - http://www.sensorsmag.com/sensors/electric...-technology-786

Высота манипулятора 1500мм, шарниры актуаторов установлены на высоте 600мм от нижней опорной точки. Скорость перемещения низкая, примерно 1град\с по горизонтали и вертикали.

А, ну можно успокоиться. Такая балка будет прогибаться и вибрировать на те самые 0.1 град.