Балансирующий робот, и датчики к нему Опции

[Dars]

Делаю балансирующего робота(типа игрушка,для души, вроде этого должно получится http://www.geology.smu.edu/~dpa-www/robo/nbot/), встал вопрос о том как его удерживать на двух колесах. Посмотрел в интеренете, обычно делают с помощью гироскопа(большая погрешность со временем,быстрая скорость) + акселлерометр(маленькая скорость,маленькая погрешность).Типа гироскопом меряют угол отклонения,а потом его акселлерометром калибруют. Посмотрел у AD,adxl202eb(2000 руб) + adxrs300eb(3000 руб).Цены совсем не радуют((( может кто подскажет как еще можно подешевле решить проблему? хатит ли одного акселлерометра для стабилизации положения??

Сообщение отредактировал Dars - Mar 18 2006, 20:23

[Stanislav]

Акселерометры явно "не те", и явно "не там" искали. Посмотрите двух- трехосевые приборы от ST Microelectronics, думаю, они получше во всех смыслах.
Да и с ценой на гироскопы что-то у Вас не так. В Москве их реально за 45-50 уёв купить...
Ваши же замечания по поводу стабилизации объекта с помощью гироскопов и акселерометров вызывают улыбку. Когда начнёте разбираться с этим плотно, поймёте, в чём дело...
Только не подумайте, что задача очень уж сложна. Вовсе нет...

ЗЫ. Прошу прощения, я не заметил, что "eb". На них цена действительно побольше. Только вот нафиг они нужны? Открою секрет: на ADXRS150EB мною найдены ошибки - все кондёры там перепутаны, причём "eb" были из разных серий. Плата теоретически работает, но со значительным несоответствием параметров: в частности, частотная полоса пропускания её меньше 10 Гц против 40 Гц заявленных.

Сообщение отредактировал Stanislav - Mar 19 2006, 00:22

[Dars]

Ваши же замечания по поводу стабилизации объекта с помощью гироскопов и акселерометров вызывают улыбку. Когда начнёте разбираться с этим плотно, поймёте, в чём дело...
Только не подумайте, что задача очень уж сложна. Вовсе нет...

А можно по подробней?что для этого достаточно?и где про это все можно почитать?

Прошу прощения, я не заметил, что "eb". На них цена действительно побольше. Только вот нафиг они нужны?

Там бга корпус,мне его нечем и некуда паять)

[Stanislav]

А можно по подробней?что для этого достаточно?и где про это все можно почитать?

Для измерения отклонения платформы от вертикали теоретически достаточно только трёхосевого акселерометра. Если объект имеет вращательные степени свободы, акселерометры следует располагать как можно ближе к центру вращения, для уменьшения влияния центростремительных ускорений. А вот для полной компенсации этих ускорений гироскопы-то и нужны. Для измерения же углов ADXRS не годятся - слишком велики шумы, при интегрировании набегает ошибка в градусы за каждые несколько секунд времени.
Но это всё "на пальцах", приводить всю теорию рамки форума (да и время) не позволяют. Становитесь "своим", в родных закромах есть немало литературы по интересующему Вас вопросу.

Там бга корпус,мне его нечем и некуда паять)

Посмотрите в разделе форума "Пайка, монтаж, отладка". Там можно найти исчерпывающую инфу по данному вопросу. Если всё-таки приобретёте "eb", могу подсказать, как её довести до ума.

[Serj78]

А вот для полной компенсации этих ускорений гироскопы-то и нужны. Для измерения же углов ADXRS не годятся - слишком велики шумы, при интегрировании набегает ошибка в градусы за каждые несколько секунд времени.
Но это всё "на пальцах", приводить всю теорию рамки форума (да и время) не позволяют. Становитесь "своим", в родных закромах есть немало литературы по интересующему Вас вопросу.

Станислав, ну зачем же столь категорично? на промежутках в 10-20с ADXRS150 очень даже годятся - просто корректировать вовремя надо
В одной плоскости (коей является балансирующий робот) без великих математических ухищрений и полосе 10гц можно получить уход 6-8 градусов в минуту, это вполне приемлемо, если есть акселерометр - по нему идет коррекция... у меня где-то была статья про этого робота...

У нас при старте с катапульты первые 5с вообще никакой коррекции нету - стартовые ускорения 4g- за пределами ацп - даже при боковом ветре визуально никуда свалить не успевает

[Stanislav]

А вот для полной компенсации этих ускорений гироскопы-то и нужны. Для измерения же углов ADXRS не годятся - слишком велики шумы, при интегрировании набегает ошибка в градусы за каждые несколько секунд времени.
Но это всё "на пальцах", приводить всю теорию рамки форума (да и время) не позволяют. Становитесь "своим", в родных закромах есть немало литературы по интересующему Вас вопросу.

Станислав, ну зачем же столь категорично? на промежутках в 10-20с ADXRS150 очень даже годятся - просто корректировать вовремя надо

Это каким же макаром "корректировать", да ещё "вовремя"?

...В одной плоскости (коей является балансирующий робот) без великих математических ухищрений и полосе 10гц можно получить уход 6-8 градусов в минуту, это вполне приемлемо, если есть акселерометр - по нему идет коррекция... у меня где-то была статья про этого робота...

При чём здесь полоса и почему в одной плоскости? Боюсь, Вы недостаточно хорошо изучили предмет. Робот имеет три оси вращения (креном, правда, можно пренебречь).
Мы говорим об ошибке угла, после интергирования угловой скорости, обусловленной НЧ-шумом гироскопа и дрейфом его "нуля". Ежли Вы сообщите способ, как с помощью ADXRS150 получить уход 6-8 градусов в минуту без термостата, я готов поставить целую кеглю хорошего пива.

ЗЫ. А вот Калман - это правильное решение.

[alexQ]

Станислав,

Вы немножко не поняли, т.к. Dars не совсем правильно Вам объяснил.

Балансирующий робот - это платформа на двух колесах (одна ось).
по двум остальным осям он стоит на плоскости.

другое дело робот-ШАР, который катиться, там нужно "пасти" 3 оси.

И еще, я Вас как у гуру хотел спросить, Вы не сталкивались с безгироскопной схемой инерциалки?
во всей литературе, которую смотрел очень туманно как-то об этом говорится...

[Stanislav]

Станислав,

Вы немножко не поняли, т.к. Dars не совсем правильно Вам объяснил.

Балансирующий робот - это платформа на двух колесах (одна ось).
по двум остальным осям он стоит на плоскости.

А я подумал, что он должен уметь также и поворачивать, и двигаться по наклонной плоскости, а-ля Segway.

...И еще, я Вас как у гуру хотел спросить, Вы не сталкивались с безгироскопной схемой инерциалки?
во всей литературе, которую смотрел очень туманно как-то об этом говорится...

Практически не делал, и не сталкивался.
В принципе, если есть ограничения (например, движение по горизонтальной плоскости), углы наклона платформы к вертикали можно получить, имея только трёхгранник акселерометров. Правда, акселерометры должны быть расположены в центре вращения объекта, для уменьшения ошибок. Математика там очень проста, и сводится к "отделению" линейных ускорений от ускорения силы тяжести.
Правда, точность такого метода, как мне кажется, будет не слишком высокой.

[NickNich]

В принципе, если есть ограничения (например, движение по горизонтальной плоскости), углы наклона платформы к вертикали можно получить, имея только трёхгранник акселерометров.

Для получения углов наклона в движении показания акселерометров придется сильно фильтровать, чтобы исключить из их показаний возмущения, связанные с ускоренным движением робота. Эти возмущения, большей частью, будут высокочастотными из-за работы системы стабилизации платформы робота относительно горизонта. Во время поворотов будут появляться кратковременные возмущения, по длительности сравнимые (т.е. по частотному спектру) с изменением наклона платформы робота во время маневра.

Если задаться целью просто определить ориентацию платформы во время движения, то наверное такой метод может работать, но не знаю с какой точностью. Если же акселерометры являются датчиками наклона, включенными в замкнутый контур стабилизации платформы относительно горизонта, то этот способ скорее всего неприемлем. Т.к. сильная НЧ-фильтрация сигналов с датчиков существенно ослабит обратную связь в области быстрых измерений наклона и эти возмущения останутся нескомпенсированными. Запаздывание, вносимое НЧ-фильтром высокого порядка с малой частотой среза тоже скажется на работе контура пространственной стабилизации робота, ухудшив его запас устойчивости и (возможно) увеличив колебательность.

Правда, акселерометры должны быть расположены в центре вращения объекта, для уменьшения ошибок. Математика там очень проста, и сводится к "отделению" линейных ускорений от ускорения силы тяжести.

Если определять ориентацию через интегрирование угловой скорости, то для получения этой скорости в системе построенной только на акселерометрах их надо располагать как можно дальше друг от друга(насколько позволяет конструкция системы), и желательно по разные стороны от центра масс стабилизируемой платформы.

Правда, точность такого метода, как мне кажется, будет не слишком высокой.

Точность такой системы будет хуже, чем у обычной БИНС. Основаная причина - для получения углов показания гироскопов надо проинтегрировать один раз внутри системы нелинейных дифф. уравнений. Источники ошибок сдесь - шумы трех гироскопов и перекос осей чувствительности трех датчиков.

Если система построена только на акселерометрах, то эти показания надо нелинейно проинтегрировать ДВА раза. Один раз - внутри системы уравнений для получения отсчетов угловой скорости. Второй раз полученную угловую скорость надо проинтегрировать в углы. Источники ошибок - шумы шести датчиков, перекос осей чувствительности шести датчиков, ошибки определения взаимных расстояний между шестью датчиками.

[Dars]

Здраствуйте. Подошел вплотную к созданию печатной платы, потму возник ряд вопросов. Буду благодарен любой помощи.

1) Не могу понять как правильно подключать adxrs300(http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/ADXRS300.pdf). В документации на странице 5 нарисован вид снизу, на каждой стороне корпуса два ряда шариков, 3 шарика расположены ближе к центру потом идет ряд из 5 шариков. Вот тут пример разводки гироскопа http://www.dprg.org/projects/2003-01a/gyro-pcb2-big.jpg . На рисунке отчетливо видно что "внутренние" 3 шарика соединены с внешними. НО! В документации об этом ни слова. там в примерах используеться только внешний ряд шариков(те что по 5 штук с каждой стороны),а внутренние как бы не функциональные. Соответственно возникает вопрос,стоит ли соединять эти три шарика с каждой стороны с внешним рядом так как показано на картинке или вообще ни к чему их не подключать?(например соединять на плате 6D с 7D, 6A c 7B, 6C c 7C) Объяснил как смог. жду ответа)

2)Мне необходимо будет

а)снимать данные с гироскопа с помощью внешнего АЦП,например по SPI.
б) декодировать ШИМ сигнал с акселлерометра adxl202,чтобы узнать угол отклонения.
в) отправлять по SPI данные второму микроконтроллеру который управляет двигателями чтобы тот подавал на них необходимый мне шим и получать от него же данные с энкодеров.
г)выводить на ЖК какую нибудь информацию.
д)общаться с компьютером по ком порту ИЛИ по CAN шине с другими устройствами.
е)считать математику для стабилизации положения( получая данные с датчиков высчитывать что подавать на двигатель и слать это второму микроконтроллеру,который управляет двигателями.

Хватит ли мне производительности AT90CAN128 для решения всех этих задач? Двигателями с энкодерами будет управлять второй контроллер который по SPI будет говорить AT90CAN128 показания с энкодеров и подавать нужный ШИМ.

3)Меня интересует помехозащищенность. На плате помимо двух микроконтроллеров будут стоять два драйвера, двух двигателей http://www.letz.ru/production/motoreductor/ собранные на ir2104. Не будут ли помехи мешать работе датчиков? Можно ли собрать и двигатели и датчики на одной плате? или стоит драйвер двигателей с энкодерами собрать на другой и подключить к плате с датчиками по CAN?

4)Необходимо будет где то впаять bga32. Нашел вот это http://www.fasteko.ru/manufacturing/montage/smt/bga/ . Я так понимаю к ним можно прийти с платой и микросхемой и они мне за 27$ ее впаяют???? Кто знает скажите, а то никогда не пользовался такими услугами.
Пока все.Очень интересуют ответы на эти вопросы,буду оч благодарен за помощь студенту