Делаем HeadTracker на гироскопе

Prikupets

В процессе разработки Head Tracker на основе гироскопа IDG-300 RUS ENG, купленного в Сингапурском интернет-магазине.

Напомню, что Head Tracker - устройство, отслеживающее повороты и наклоны головы пилота, управляющего самолетом по камере, в вирутальных очках (FPV). Эти перемещения при помощи тренерского разъема передатчика подмешиваются в PPM сигнал и на борту управляют работой сервомашинок, направляющих камеру. В результате достигается абсолютнейший эффект присутствия и можно делать многие вещи, недоступные при полете с фиксированной камерой - точные развороты между препятствиями, высший пилотаж, при котором надо смотреть на крыло, а также можно смотреть банально взирать по сторонам не вмешиваясь в полет.

Пока все сыровато, дрифт большой, особенно в начале работы, пока не установился, видимо, температурный режим гироскопа. В общем на видео видно. Прошивка и исходники открыты и прилагаются. Схема тривиальная, из прошивки и макетной все ясно. 😇 Для кардинальной борьбы с дрифтом есть кнопка переустановки нулевой позиции, которая я хочу вынести на корпус передатчика где-то на левом боку.

Буду рад любым замечаниям к этой разработке. 😃 В исходниках много лишних функций, связанных с борьбой с шумом, которые сейчас отключены. Предназначены они были для Head Tracker’а VRFL на акселерометрах, но у гироскопа другие проблемы, и этот код оказался пока не нужен.

Прошивка

Видео:

4374.VRFLH10.mpg

Направления дальнейшей разработки
1. Уяснить, можно ли как-то с уменьшить или скомпенсировать дрифт. В инструкции к коммерческим HeadTracker’ами упоминается какая-то калибровочная процедура - интересно, что она делает?
2. Сделать режим программирования: каналы для Pan и Tilt, расходы по каналам, центральная точка для Tilt, реверсы каналов, триммирование;
3. Сделать потрескивание бипером, когда меняются позиции гироскопа, и пикание, когда голова входит в нулевую точку.
4. Добавить кнопку управления затвором фотоаппарата и кнопку для переключения вида с камеры на вид с фотоаппарата (для лучшего кадрирования снимков).
4. Перейти на многоножный и быстрый процессор типа PIC18. Это позволит увеличить частоту опроса гироскопа и лучшую реакцию на высочастотные перемещения - хотя возможно это и тупиковый путь и ВЧ надо наоборот отфильтровывать.
5. По советам на форуме буду делать термокомпенсацию гироскопа. Попробую наклеить датчик типа DS18B20U(Z) или пленочный терморезистор на микросхему гироскопа и в процессе калибровки сниму зависимости дрифта от температуры. Потом буду вычитать его из показаний и, как обещают, получу на порядок большую стабильность показаний.

P.S. Касательно примерно 1-2 года назад появившейся коммерческой разработки TrackR1 на rcgroups писали, что ее дрифт - 1 щелчок серво в 5 сек, что дает 30 градусов в минуту.

Кстати, я кажется уяснил из инструкции к TrackR1, откуда берется странное и резкой смещение позиции по одной из осей гироскопа - это вызвано перемещением по 3-ей, неподдерживаемой, оси (наклоны головы) во время движения по другим осям: “A 2 axis gyro is blind in the roll axis, not normally a problem, but imagine what happens when movement is sensed by one of the supported axes, followed by a movement in the ‘blind’ axis, and then followed by a negating movement in the same axis. Basically… we don’t end up where we started, and this looks like drift to the untrained eye.”.

Ссылки
Сравнение разных разработок
Поворотные системы для камер
Патент на магнитный HeadTracker (на компасах)
Страница, посвященная магнитному HeadTracker’у разработки Antonio.
Компенсация температурного дрифта
Презентация про гироскопы, компасы и т.д.
Простая и надежная поворотная система для камеры

Советы
Для Pan рекомендуют использовать серву Hitec HS85-MG (быстрая и мощная), переделанную с помощью надфиля и 2-х резисторов по 2кОм под угол в 180 градусов, и Hitec HS56 для Tilt (у нее карбонитовые шестеренки).
Еще одна серва: www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=849467

VRFL_H.zip

Comments

А это вообще, что такое? Где его использовать?

Классно, я конечно ничего дельного не подскажу, но всеравно очень интересно следить за вашими разработками. Буду ждать когда сформируется уже законченный вариант и скорее всего попробую его собрать если проэкт останется все еще открытым 😉

Доблестные китайцы уже сварганили подобную систему, если нужна ссылка, - оно у меня есть…
система рабочая, ей уже более полу года.
Держал в руках, пробовал,… скоро будут продавать у нас… 😉

timxotic

Доблестные китайцы уже сварганили подобную систему, если нужна ссылка, - оно у меня есть…
система рабочая, ей уже более полу года.
Держал в руках, пробовал,… скоро будут продавать у нас… 😉

Очень интересно, и как называется и почем ?

Доброго времени суток. Хотел полюбопытствовать - вы довели этот проект до “ума” или он так и остался на полпути к финишу? 😃 Суть в том, что я стою перед непростым выбором:

Купить недорогой трекер типа X-1000 Gyro и потом маяться с ним?
Купить дорогой хороший трекер? Вряд ли - дело даже не в жабе, просто не могу себе позволить отвалить 160 дохлых президентов на это дело.
Разработать самому (я разработчик электроники и по профессии и по увлечению)? Влом - на работе куча проектов одновременно, ещё один не потяну.
Собрать разработанный кем нибудь со свободными исходниками? Был бы идеальный вариант. Вот так я и попал на эту Вашу страничку. 😃

Но, прочитав её очень внимательно, не обнаружил радостного известия об успешном окончании работы 😦 , хотя задумка очень любопытная и весьма полезная. 😃

Правильный путь - это сделать его из проекта MultiWii - там поддерживаются гиры и акселерометры, и стоят они копейки. И магнетометры - хотя они вроде дороже.
Выкинуть управление моторами (чтение PPM там и так есть) и сделать формирование PPM.

И да, проект не был доведен до точки сборки, т.к. на самолетах научился смотреть ручкой, а на коптере опускать голову пока рано.

Понятно. То есть по сути прикупить манипулятор Wii, раскурочить его и подтянуть под свои задачи? 😃 Весьма любопытная мысль, как то сразу и не додумался. Наверное потому что играми практически не интересуюсь. 😃 А что, кстати, было не так с Вашим проектом - на видео вроде всё пучком работает - плавненько так, адекватненько… 😃

Да дрейф гиры - вот что все губило.
Не просто прикупить Wii, а прочитать тему по MultiWii на rcdesign, и сделать все правильно. Скажу сразу - датчики надо подключать напрямую, не через Wii-интерфейсы, иначе - куча глюков.

По Wii в целом понятно, хотя всё что нашёл имеет отношение только к разного рода коптерам. По дрейфу - насколько сильный дрейф (хотя бы примерно в град/мин)? По обеим осям?

Андрей, вы уж не сердитесь на меня за назойливость, но я ещё поспрошаю. Потому как информации вагон, но она вся какая то размытая и разрозненная - читать всё это на форумах это как присутствовать при разговоре двух людей понимающих друг друга с полуслова, потому как оба в теме, а самому при этом вылавливать знакомые слова но ни во что не врубаться. Для начала что удалось уяснить:

Wii Motion Plus - некая платка (элемент) пространственного манипулятора игровой системы (как я уже говорил - в игры не играю и смутно ориентируюсь как в новинках, так и в уже тех, которые давно на рынке). Сия платка является функционально законченным устройством с интерфейсом i2c (очень хорошо знаю и часто пользую этот интерфейс в своих разработках). Тогда вопросы - где накопать протокол обмена (сиречь - адресация, система команд, регистры и прочие ресурсы…) с этим девайсом? Где накопать параметры генерируемых этим девайсом данных - формат, разрешающая способность по осям и так далее…
2.Nunchuk - что за зверь, какие функции выполняет приWii Motion Plus. Если без него никак, то применительно к нему повторяются вопросы пункта 1 .
Для реализации трекера вполне достаточно только платы **Wii Motion Plus **или требуется что то ещё? Управляющий МК, естественно, не в счёт. 😃
Почему не рекомендуете использовать стоковый порт i2c? Надо ли так понимать, что достаточно выпилить кусочек платы (как показано в одном из постов ведущей темы) и подпаяться к трём соответствующим выводам, взяв с них таким образом аналоговые сигнал по трём осям? Будут ли эти сигналы уже “готовыми” к использованию: термо-/вибро-ипрочее- компенсированными или потребуют таки дополнительной цифровой обработки и фильтрации?

Вот пока это главное что меня сильно интересует. Самостоятельно разобраться тоже можно, но я в буржуйских языках не шибко силён, поэтому “авторский” сайт читать подробно не могу, а на этой конференции и прочих ресурсах, где удалось найти хоть какие то упоминания об этой системе всё так размыто и разрозненно… К тому же всё “замазано” тем, что применяется сия система в разного рода коптерах и слишком много информации, связанной именно с этим - это сильно “вуалирует” необходимую для моих задач часть полезной инфы. Буду очень Вам признателен за небольшой экскурс в тему и ликбез по интересующим меня девайсам. С дальнейшим (разработка схемотехники, конструктива, написание проги под PIC) справлюсь сам - опыт немалый. 😃

Заранее признателен

Дрейф я видел в отсчетах ADC, примерно 1 отсчет в 2-3 секунды - не знаю сколько это в градусах.
Wii Motion - гира. Кстати, тут я думаю никто отчетливо не представляет как данный девайс используется в играх - все их немедленно открывают и паяют.
Протокол обмена там зашифрован (как бы), но в исходниках MultiWii есть его поддержка. Советую все таки разобраться с англоязычным сайтом (тем более начинателем этого проекта был француз, для него это тоже иностранный язык). Повторюсь - если работать через этот протокол возможны глюки - лучше отрезать процессор MultiWii (как написано опять же в теме) и работать по I2C напрямую - в исходниках MultiWii и для этого есть поддержка.
Nunchuk - процессор с акселерометром, может работать через Wii Motion. Опять же, резать и напрямую подключаться через ADC к аналоговым выводам осей.
Что такое стоковый порт я не знаю, хотя возможно выше я уже ответил 😃
Насчет полсотни страниц темы по MultiWii - это opensource проект и чтобы в нем понимать надо быть в теме 😃 Я просмотрел 2-3 сотни страниц на rcgroups и еще всякойязычные блоги чтобы найти ответы на мои вопросы. Не стесняйтесь, и Google Translate Вам в помощь!

Для задач хедтрекера достаточно будет и подключение не напрямую, а по Wii протоколам, ведь супер быстрое обновление тут не нужно. Т.е. мультивии времен 1.4-1.5

Ну что же, уже кое что. Будем подумать. Есть кое-какие мысли по несложной цифровой фильтрации дрейфа ITG300 (ITG3200) - возможно удастся всё таки пройти по этому пути с нуля, а не рихтовать запорожец под мерседес (это я про переделку Wii под сабж). 😃 30ppm/мин - это не так много, даже я бы сказал мало. При 16-битном АЦП на каждую ось это получается… АЦП полностью заполнится за 65535/30=2184.5 мин Более чем прилично. Для 10-битного АЦП 1023/30=34.1 мин. Тоже неплохо. Почему Вам показалось это недопустимым дрейфом - не пойму… Ну да это дело субъективное. В общем тоже сделаю попытку оседлать двух-трёхосевые MEMS-гиры. Возможно тут и фильтрация не потребуется. 😃
За инфу по Wii - спасибо, возможно ещё пригодится. 😃

Ну я просто видел как серва поворачиватся - т.е. дрейф заметен. И правильно - надо использовать трехосевые гиры и аксели, чтобы решить проблему 2-х осевой гиры, когда есть вращение вокруг третьей оси. И по азимуту гиры и аксели не помогут полностью избавиться от дрейфа - надо магнетометр. А это уже IMU получается. Так что проще будут купить IMU с контроллеров на плате и сделать из него 😃

>> Так что проще будут купить IMU с контроллеров на плате и сделать из него
Ссылочку не сможете засветить? 😃

ЗЫ Магнитометры - новый канал получения погрешностей за счёт чувствительности к э/м излучениям и ферромагнетикам. 😃 Имхо, пока рулят обыкновенные гироскопы. Хорошего качества. 😃

ЗЫЗЫ Хотел полюбопытствовать - а нормальные (не ширпотребные копеечные) вертолётные гиры нельзя ли приспособить под это дело?

Дело в том, что обычно не покупаю комплектующие - они щас все так сделаны что их не припаяешь без микроскопа 😃 Также нет желания покупать какой-нибудь супер-гироскоп за 50-100$, когда за эти деньги можно взять, например, кучу моторов с регуляторами.
Поэтому предпочитаю low-end сенсоры в обвязке - как WII.

IMU: www.sparkfun.com/products/10125
www.sparkfun.com/products/9956

Доброго времени суток Андрей. Получил я парочку ITG3200 (на работу по шумок выписал 😉). Изучил доку, собрал тестовую платку. Немного помыкавшись - завёл сей девайс. Весьма и весьма неплохая штучка, скажу я Вам. Однако… В даташите я не нашёл формата данных по осям и что вообще он пишет в “осевые” регистры при оцифровке. Передавая данные полученные по i2c в терминалку (через UART) вижу что данные меняются вроде логично, но тем не менее закономерности так и не обнаружил. Полагаю, что опробованный Вами ITG300 и ITG3200, которые у меня, по формату данных должны быть идентичны. Не будете ли вы так любезны поделиться со мной инфой по этим данным? Что там и как? Как мне их расшифровать и привести в “съедобное” состояние? 😃 Буду очень признателен.

Пожалуйста изучите исходники проекта MultiWii (google it) - там это должно быть очень понятно написано. Сам я ничего про них не знаю.

Ясно. Спасибо и на этом.