Интелектуальный , умный и независимый подвес камеры? Реально!
У любого инструмента есть класс точности и цена коей это достигается, это не только деньги, а в данном направлении это: массогабаритное отношение подвеса к видеорегистратору, сложность настроек, стабильность параметров, наработка на отказ.
Вы не пробовали этим методом стабилизировать лёгкие камеры типа Прошки или Некса, это не праздный интерес т.к. эти камеры очень популярны “среди здесь или среди тут”, а тяжёлые конструкции не для хобби (или в планах их облегчить?).
На эту нишу требуется массовое производство. Начало такого производства будет зависеть от привлечения инвестиций.
Оптический датчик положения платформы с видеокамерой.
Инерционные контроллеры положения платформы используют датчики угловой скорости (гироскопы) и линейного ускорения (акселерометры). В состоянии относительного покоя такие датчики позволяют определять положение с достаточно высокой точностью – до 0,01 градуса. Но если осуществляются маневры или присутствует вибрация, то точность работы таких устройств резко падает. Я начал работы по созданию оптического датчика. Прототип, который сейчас сей час проходит испытания, обеспечивает точность до 10 угловых секунд (0,0028 градуса). Такая точность является избыточной для обычных (не военных) стабилизаторов видеокамеры. Но основное преимущество заключается в том, что точность не падает во время передвижения платформы. Демонстрация работы оптического датчика на платформе Pointer-I запланирована на март-апрель 2014 года.
К примеру на 16кГц полная тишина.
Снова обращаю внимание на ВЧ ШИМ для контроля прямого привода.
Провода, которыми подключают моторы прямого привода, излучают сильные электромагнитные помехи. Индуктивное сопротивление проводов сильно возрастает для коротких импульсов PWM. По длительности короткие импульсы относятся к диапазону радио волн и провода их излучают как антенны. Вот график изменения индуктивного сопротивления для коротких импульсов ШИМ. По вертикали нету точных значений, так как они зависят от длины провода. Так что кривые просто отражают характер этого эффекта. Моторы несущих роторов работают обычно на уровне 50% и потому импульсы не уходят в радио-диаппазон. Хотя, в любом случае, те провода по которым идет импульсное напряжение со значительным током, надо делать короткими.
Хотя, в любом случае, те провода по которым идет импульсное напряжение со значительным током, надо делать короткими.
Эта проблема давно решена путём размещения силовых ключей буквально в катушках.
Появляется другая проблема, на высоких частотах приходится менять материал магнитопровода.
Эта проблема давно решена путём размещения силовых ключей буквально в катушках.
Появляется другая проблема, на высоких частотах приходится менять материал магнитопровода.
Способ решения ясен, но его не реализуют, а тянут длинные провода к мотору от центральной платы контроллера.
Когда нибудь и до хобби дойдёт, к тому-же это не единственное решение.
“По длительности короткие импульсы относятся к диапазону радио волн и провода их излучают как антенны”- нельзя их сравнивать с антенами. Насколько я помню, антена должна иметь или емкостную (штырь) или магнитную (контур) нагрузку. В проводах к моторам прямой и обратный ток равны, и излучения компенсируются. Если и фонит - то не из-за ЭМ излучения, а емкостных связей.
В промышленности PWM применяется повсеместно и токи там повыше, и кабели могут быть десятки метров. Проблема излучения шумов решается выходными LC-фильтрами. Ничто не мешает применять их и в стабилизаторах.
“По длительности короткие импульсы относятся к диапазону радио волн и провода их излучают как антенны”- нельзя их сравнивать с антенами. Насколько я помню, антена должна иметь или емкостную (штырь) или магнитную (контур) нагрузку. В проводах к моторам прямой и обратный ток равны, и излучения компенсируются. Если и фонит - то не из-за ЭМ излучения, а емкостных связей.
В промышленности PWM применяется повсеместно и токи там повыше, и кабели могут быть десятки метров. Проблема излучения шумов решается выходными LC-фильтрами. Ничто не мешает применять их и в стабилизаторах.
Большинство антенн приемников и передатчиков не соответствует идеальному значению (четверть длины волны для штыревой антенны), но из-за этого они не перестают быть хорошими антеннами.
Например, у карманных плееров в качестве антены радиоприемника используются наушники. По поводу “витой пары” замечание справедливое, это снижает излучение. Но связь всеже должна быть отнесена не к емкостной, а к индуктивной.
Если не поленюсь - сделаю видео. Эффект довольно наглядный, достаточно вход осцилографа замкнуть отрезком провода и положить этот провод рядом с проводкой к двигателю подвеса.
А сопротивление LC фильтра для коротких импульсов на порядки превосходит сопротивление обмототок для постоянного тока в самом двигателе. Иными словами сигнал просто не проходит. Это утверждение не является абсолютно точным. Но и о точности передачи сигнала говорить не приходится. Катушка может отдавать ток в обратном направлении.
Так что верное решение - размещать контроллер прямо под двигателем и не использовать шим с импульсами радио-диаппазона.
При частоте 20кГц ШИМ 1% соответствует радиосигналу 1МГц. То есть, ваши подвесы работают в диаппазане длинных и средних волн радиовещания - грубое, но наглядное сравнение.
Здравствуйте коллеги!
Давно слежу за темой. Хочу представить еще один проект:
Суть вкратце - сервомашинка со встроенной стабилизацией и множеством дополнительных возможностей, по сравнению с обычными сервомашинками.
Суть вкратце - сервомашинка со встроенной стабилизацией и множеством дополнительных возможностей, по сравнению с обычными сервомашинками.
А как датчик гироскопа изолирован от вибраций механики? Был такой вариант.
По моему опыту механика от хоббикинговской MI сервы очень не надежна. В последних версиях они ставят энкодер с аналоговым выходом (три ноги соединения). В прежних версиях была цифровая связь и куча глюков. А на базе какой модели сделан ваш прототип?
Суть вкратце - сервомашинка со встроенной стабилизацией и множеством дополнительных возможностей, по сравнению с обычными сервомашинками.
Все хорошо, молодцы. Только качество такой стабилизации оставляет желать лучшего, и ни кому не нужно. Мы на последних версиях нашего софта для прямого привода добились точности стабилизации в ±0,05градуса. Сколько обеспечиваете вы?
А как датчик гироскопа изолирован от вибраций механики? Был такой вариант.
По моему опыту механика от хоббикинговской MI сервы очень не надежна. В последних версиях они ставят энкодер с аналоговым выходом (три ноги соединения). В прежних версиях была цифровая связь и куча глюков. А на базе какой модели сделан ваш прототип?
Да, тот проект видел, но он совсем не серьезный, годился лишь для примерного удержания направления фотоаппарата.
Сейчас за основу взята MI, но однозначно будет использоваться другая механика, сейчас как раз в этом направлении идет работа.
Связь с энкодером разумеется цифровая и работает без каких либо глюков. Вообще, к электронике на текущем этапе серьезных нареканий никаких нет, все основные проблемы решены.
Все хорошо, молодцы. Только качество такой стабилизации оставляет желать лучшего, и ни кому не нужно. Мы на последних версиях нашего софта для прямого привода добились точности стабилизации в ±0,05градуса. Сколько обеспечиваете вы?
Такой это какой? 😃
±0,05градуса - на каком диапазоне скоростей и ускорений?
Точность, видимо, оставляет желать лучшего, так как видео с камеры нет, а на ролике запаздывание видно невооруженным глазом. Да и как будет работаь на 2-х и 3-х осях, непонятно. Но это решение интересно своей простой для конечного пользователя (хотя думаю настройки ПИДов и калибровки сенсора не избежать)
Точность, видимо, оставляет желать лучшего, так как видео с камеры нет, а на ролике запаздывание видно невооруженным глазом. Да и как будет работаь на 2-х и 3-х осях, непонятно. Но это решение интересно своей простой для конечного пользователя (хотя думаю настройки ПИДов и калибровки сенсора не избежать)
Вы правы, отчасти. Запаздывание на видео действительно есть, оно является следствием не самой лучшей и ушатаной механики на конкретном экземпляре. Этот вопрос сейчас прорабатывается и есть определенные перспективы и интересные идеи. Что касается калибровки сенсора, то она полностью исключается, пользователю о ней думать не надо. Вероятно, если будет использоваться акселерометр, то понадобится его калибровка, но пока это в планах на следующую версию, сейчас он не используется, а гироскоп дает отличные результаты. Что касается ПИДов - вопрос сложный, т.к. требует много тестов, в том числе с другой механикой. Посмотрим, пока я склоняюсь к тому, что либо либо их настройки вообще не будет, либо она будет упрощена до уровня нескольких пресетов. Вы же не настраиваете ПИДы в обычных сервах 😃
±0,05градуса - на каком диапазоне скоростей и ускорений?
1000град/сек, про ускорения не скажу, но там порядок огромен.
оно является следствием не самой лучшей и ушатаной механики на конкретном экземпляре
Любая редукторная механика становится ушатанной со временем, особенно в агресивном применении с сильной обратной связью и постоянной нагрузкой (вспоминая фраза из описания “не требуется балансировать камеру”). Ну и тут многократно обсуждали что на редукторах никогда не получить точности прямого привода, и пока никто не доказал обратное 😃
Что касается калибровки сенсора, то она полностью исключается, пользователю о ней думать не надо
Ну у гироскопа тоже хотя бы калибровку нулей нужно сделать, а когда изменится температура они поплывут (в закрытом корпусе он греться не будет?) Или у вас уже предусмотрена полноценная температурная калибровка с завода?
Вы же не настраиваете ПИДы в обычных сервах
Ну обычно их настраивают унверсальными в ущерб точности. Если взять проект Open Servo где из серв хотят выжать максимум - там настройка есть. Кстати, советую ваше железо позиционироавть не только для стабилизации, я так понимаю серв с возможностью писать свой код и магнитным энкодером не так чтобы много.
1000град/сек, про ускорения не скажу, но там порядок огромен.
Было бы интересно посмотреть на графики, например 😃
Любая редукторная механика становится ушатанной со временем, особенно в агресивном применении с сильной обратной связью и постоянной нагрузкой (вспоминая фраза из описания “не требуется балансировать камеру”).
Самое смешное, что как раз таки с точки зрения люфта в редукторе не сбалансированная система лучше чем сбалансированная, т.к. люфт “поджимается” и проявляется только в двух переходных точках на оборот. Это в идеале, конечно, в реальности, в динамике все сложнее, но суть та же. Это так, к слову 😃
Ну у гироскопа тоже хотя бы калибровку нулей нужно сделать, а когда изменится температура они поплывут (в закрытом корпусе он греться не будет?) Или у вас уже предусмотрена полноценная температурная калибровка с завода?
Разумеется все это нужно делать и это делается автоматически. Температура - огромная проблема, но этот вопрос решен полностью, так что сейчас работа гироскопа идеальна, но на это потребовалось потратить месяца два. Гироскоп у меня используется такой же как и в вашем контроллере, хотя первые прототипы были с другим.
Кстати, температурная калибровка с завода как таковая невозможна для подобного гироскопа. Дело в том, что очень существенное на температурную зависимость(форму кривой) оказывает плата, механические напряжения и даже близко расположенные объекты(например пластиковое крепление платы). Это тоже к слову 😃
Ну обычно их настраивают унверсальными в ущерб точности. Если взять проект Open Servo где из серв хотят выжать максимум - там настройка есть. Кстати, советую ваше железо позиционироавть не только для стабилизации, я так понимаю серв с возможностью писать свой код и магнитным энкодером не так чтобы много.
В целом так, да. Посмотрим что получится, пока не могу сказать точно, насколько тонкая настройка понадобится - требуется много тестов еще.
Ну и тут многократно обсуждали что на редукторах никогда не получить точности прямого привода, и пока никто не доказал обратное
Кажется уважаемый TOPTUN уже практически доказал 😃
В этом отношении я с ним солидарен.
Кстати, температурная калибровка с завода как таковая невозможна для подобного гироскопа. Дело в том, что очень существенное на температурную зависимость(форму кривой) оказывает плата, механические напряжения и даже близко расположенные объекты(например пластиковое крепление платы). Это тоже к слову
Интересная информация, спасибо. Но имелось ввиду что калибровку нужно проводить на готовом устройстве.
Кажется уважаемый TOPTUN уже практически доказал В этом отношении я с ним солидарен.
У него же совсем другая механическая схема. Во первых, большая инерция системы (что снижает требования к скорости сервы), во вторых нет жесткой связи (меньше нагружается редуктор).
Интересная информация, спасибо. Но имелось ввиду что калибровку нужно проводить на готовом устройстве.
Да, этот вопрос я тоже исследовал. Беда в том, что кривая температурной зависимости очень сильно плавает, причем даже в рамках одного устройства. Скажем если плату чуть погнуть и отпустить, то кривая сильно уедет и там и останется. В таких условиях калибровка очень затруднена, тем более что пользователь не сможет откалибровать даже по двум точкам при разных температурах, не то что по многим точкам. Это была одна из самых больших проблем и неожиданностей, в тот момент, когда был собран первый прототип в корпусе сервы. До этого гироскоп был на отдельной платке и в целом его однократной калибровки после каждого включения хватало, т.к. температура воздуха не сильно меняется, обычно. Внутри сервы же она меняется на десятки градусов при интенсивной работе.
У него же совсем другая механическая схема. Во первых, большая инерция системы (что снижает требования к скорости сервы), во вторых нет жесткой связи (меньше нагружается редуктор).
Это да, но тем не менее - новый подход и уже видны отличные результаты 😃
Впрочем дискутировать на этот счет не вижу большого смысла - время покажет 😃
Ну и тут многократно обсуждали что на редукторах никогда не получить точности прямого привода, и пока никто не доказал обратное
Где ваши тесты с лазерным лучем, что бы померять реальные колебания на подвесе? Когда начали говорить о долях градуса, то это уже надо подтверждать не художественным видео, а измерениями с лазером.
Мы на последних версиях нашего софта для прямого привода добились точности стабилизации в ±0,05градуса. Сколько обеспечиваете вы?
Точность софта - это сферическая лошадь в вакууме. У меня на столе оптический датчик с дискретизацией 0,003 градуса. Тем не менее, в механике на нестабильной основе такую точность повторить не получается.
Самое смешное, что как раз таки с точки зрения люфта в редукторе не сбалансированная система лучше чем сбалансированная, т.к. люфт “поджимается” и проявляется только в двух переходных точках на оборот. Это в идеале, конечно, в реальности, в динамике все сложнее, но суть та же. Это так, к слову
Эта идея была заложена в принцип двойного сервопривода. Но есть недостаток - если поджимать сильно, то растет потребление. Если поджато недостаточно, то будут дергания.
Вообще, к электронике на текущем этапе серьезных нареканий никаких нет, все основные проблемы решены.
На сколько понимаю, датчик на общей плате. Если снимать сигнал осцилографом, то будет видно сильное увеличение уровня шума при работе мотора. Не зря гироскопы клеют на пористую мягкую губку и с дополнительным утяжелением. А по температуре, видимо, придется калибровать как Автоквад контроллер для точной работы.
Эта идея была заложена в принцип двойного сервопривода. Но есть недостаток - если поджимать сильно, то растет потребление. Если поджато недостаточно, то будут дергания.
Да, это само собой, поэтому основные методы борьбы другие 😃
На сколько понимаю, датчик на общей плате. Если снимать сигнал осцилографом, то будет видно сильное увеличение уровня шума при работе мотора. Не зря гироскопы клеют на пористую мягкую губку и с дополнительным утяжелением.
Гироскоп на плате энкодера,
Если пройти по ссылке, то можно почитать более подробное описание проекта (включая фото электроники) и помочь ему, хотя если честно, не очень надеюсь на помощь с этого направления 😃
www.indiegogo.com/projects/servostab/x/6316855
Сейчас сенсорная плата(с энкодером и гироскопом) жестко связана с основной, но вероятно в дальнейшем они будут связаны гибким проводом и сама плата будет установлена на какой-либо демпфер. Это зависит от того, на базе какой сервомашинки в конечном итоге будет сделан проект.
Правда, надо отметить, что на текущий момент какого либо серьезного влияния шума от мотора на данные с гироскопа не замечено, впрочем, надо будет пожалуй подробнее исследовать этот вопрос.
У меня была другая забавная проблема, связанная с пьезоэффектом в керамических конденсаторах. Конденсаторы в силовой части схемы немного “звенели” и это ОЧЕНЬ сильно сказывалось на данных гироскопа, т.к. видимо в спектр частот звона попала частота работы МЭМС гироскопа ( чуть выше 20 кГц). Это была неожиданная проблема и к счастью довольно легко решилась. И подобных проблем было еще очень много и впереди тоже немало, но рано или поздно все решается 😃