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Thema: Quadrokopter - Neigungssensor

  1. #1

    Quadrokopter - Neigungssensor

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    Hallo, Ich arbeite gerade an einer Diplomarbeit in der ich einen Quadrokopter entwickeln soll und weiß im Moment nicht welche Sensoren ich brauche um den Neigunswinkel festzustellen.
    Bin derzeit vom ADXL345 begeistert, würde aber gerne von ein paar Fachleuten die sich schon etwas länger damit beschäftigen wissen ob das ausreicht und ob ich ein Gyroskop (Was genau macht das eigentlich?) auch noch brauche.
    Ich hoffe wirklich mir kann jemand helfen

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Bammel
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    Hallo,

    ein gyroskop auch kurz gyro genannt ist ein sensor der die winkelgeschwindigkeit misst.

    du brauchst für so ein projekt mindesten zwei beschleunigungssensoren und drei gyros. es gibt doch so viele projekt in dennen sowas beschrieben wird. ein nettes open source projekt ist die shrediquette ein tri-copter von willa.

    http://shrediquette.blogspot.com
    dort findest du ein paar infos dazu.

    gruß, bammel

  3. #3
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    Hallo quadeng,
    ein ADXL345 allein wird für ein Flugobjekt nicht ausreichen.
    ADXL345 -> misst translatorische Beschleunigung z.B. Beschleunigungen in X,Y,Z

    Gyro -> misst Drehrate, also eine Winkeländerung/Drehung des Objekts (bspw. um die X,Y,Z Achse) pro Zeiteinheit

    Vielleicht ist der Link hier interessant für dich (hier wird zur Erhöhung der Genauigkeit zusätzlich noch ein dreiachsiger Magnetfeldsensor verwendet).

    http://www.watterott.com/de/9-Degree...HRS-compatible

    Grüße,
    Stefan

  4. #4
    Erstmal Danke für die schnelle Antwort!
    Also wenn ich das jetzt richtig verstanden habe brauche ich ein 3-Achsen Gyro und einen 3-Achsen Beschleunigungssensor. Mit dem Magnetfeldsensor erhöhe ich dann nur noch meine Genauigkeit.

    Mit dieser Hardware wäre mein Quadrokopter dann theoretisch in der Lage den Nick-, Roll- und Gierwinkel festzustellen und über I2C einfach auszulesen.

    Würde ich mir durch die 3. Achse (Gierachse) jetzt eigentlich einen Kompass ersparen?

    Mein Ziel ist es nämlich dem Quadrokopter nur noch GPS-Koordinaten zu senden und dieser fliegt dann ganz autonom auf die qewünschte Stelle. Meine Frage ist nämlich die, ob mir diese Sensoren sagen können in welcher Richtung Norden liegt oder einfach nur einen relativen Winkel liefern.
    Wär nämlich ziemlich blöd wenn das ganze darin endet dass er die ganze Zeit völlig Orientierungslos im Kreis fliegt...

    Würd mich sehr über eine Bestätigung freuen

  5. #5
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    1. Nein, bitte schau ins Datenblatt, was dir die entsprechenden Sensoren liefern und informiere dich bitte über Begriffe wie Position/Beschleunigung, Absolut-/Relativmessung, sampling Rate, Rauschen, Drift.
    2. Auch hier hilft ein Blick ins Datenblatt -> 3-Axis Digital _Compass_ IC
    3. warum dann kein GPS-Modul im Quadrokopter verwenden ?

    MfG,
    S.

  6. #6
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    zum navigieren mit gps ist aber auch ein kompass von nöten also wäre das ideal!

  7. #7
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    Die Gyros liefern die Winkelbeschleunigung und duch Integrieren kann man daraus den Winkel bestimmen. Allerdings hat man bei den kleinen Gyros relativ viel drift und für langfristige Orientierung braucht man schon so etwas wie einen Kompass.
    Mit passenden Flugmanöver könnte man notfalls auch mit dem GPS Signal die Orientierung bestimmen, das ist aber schon aufwendig, und braucht die Bewegung. So aufwendig und schwer ist ein Elektronischer Kompass ja auch wieder nicht.

  8. #8
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    Also:

    Das ist sportlich! Einen Qudrocopter in einem halben Jahr zu entwickeln.

    Du brauchst:

    Gyros
    Acceleratoren
    Kompass
    GPS

    Da der Qudrocopter eher auf der Stelle steht, als ständig umherzufliegen, sind Accelaratoren für die horizontale Ausrichtung meist genug. Wenn Du sicher gehen willst, musst Du noch Thermopiles dazu nehmen (Copilot-System), das funzt aber nur, wenn Du draußen fliegst und eine gewisse Höhe einnimmst.

    Die Daten auszulesen ist mit I2C ganz einfach, das stimmt.
    ABER: Alle MEMS haben ein großes Problem: Sie driften, das liegt an der Temperatur im Chip. Einige haben daher eine Driftkompensation, die mehr schlecht als recht funktioniert. Man muss also alle Signale filtern. Dabei muss man aufpassen, brauchbare Signale zu erhalten, die nicht überfiltert, also zu träge, und nicht unterfiltert, also zu zappelig sind. Da kommen gerne die Kalmanfilter ins Spiel. Meist wird aber nur ein PI-Filter eingesetzt. Die Parameter einzustellen ist hier nicht ganz einfach.
    Acceleratoren sind empfindlich und reagieren auf Beschleunigung genau so wie auf Gravitation, was sie prädestiniert für die horizontalausrichtung der Fuhre. Aber sie reagieren eben auch auf Flugbeschleunigungen, was sie einschränkt, um eben das zu tun. Daher braucht man auch Gyros, um Rotationen der kiste zu messen. Alles stark fehlerbehaftet. Die Gyros funktionieren in einer Drehrichtung für ein paar Sekunden ganz gut, dann driften die weg und es summieren sich die Drehratenfehler durch Messungenauigkeiten. Das kann man dann nur mit einem Kompass kompensieren, der aber unbedingt Neigunsunabhängig funktionieren muss, sonst spinnt auch der. Und das wird erreicht durch, wir ahnen es schon, gyros und Acceleratoren! Die ungenau sind usw. usw.
    Kalman sorgt dafür, dass es alles trotzdem passt. Aber er ist auch kein Allheilmittel.
    Das Thema ist aber hochspannend und wird Dir den Schlaf rauben.
    Zuerst sieht alles ganz klar aus, wenn aber so viele Sensoren zusammenspielen sollen, wird es echt komplex.

    Ach ja: Damit die Kiste nicht sofort im Sand endet, solltest Du noch einen Ultraschallentfernungsmesser in das System integrieren. Das ist am leichtesten zu programmieren.

    Man, was für eine Materie. Einfach wird das nicht!

    Ich wünsche Dir aber viel Spaß trotzdem.

    Gruss

  9. #9
    Danke für die zahlreichen Antworten, das war sehr Hilfreich
    Ich habe zwar gewusst dass es sehr schwer werden wird einen Quadrokopter zu entwickeln, hätte aber nie gedacht dass es schon bei der Sensorenauswahl und der Sensordaten-Erfassung so viel zu wissen gibt.

    Einen GPS-Sensor und Abstandssensoren habe ich bereits und die funktionieren auch, was allerdings wohl der einfachere Teil war.

    Die Acceleratoren geben mir, wenn ich schwebe, einen 2D-Vektor (bzw. 3D) richtung Boden, wodurch ich Wind und sonstige einflüsse kompensieren kann.
    Während des Fluges brauche ich dann zusätzlich ein 3Achsen-Gyro. Dies misst die Winkelgeschwindigkeit (die Änderung, jetzt hab ichs verstanden) was ich durch Integration in einen absoluten Winkel umwandeln kann.

    Zum navigieren mit dem GPS-Modul benötigt man dann noch einen einfachen Kompass der aber so neigungskompensiert wie möglich sein muss was mit Hilfe eines Magnetfeldsensors (wieder 3 Achsen) geschieht.

    Das heißt: wenn ich diese Bauteile habe ist eine Navigation möglich, solange ich diese vielzahl an Daten nur richtig auswerte (Was gottseidank mein Kollege machen wird).
    Ich denke soweit habe ich es verstanden, wenn ich mich doch getäuscht haben sollte korrigiert mich bitte wieder.

    Gruss und nochmals Danke

  10. #10
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    Vllt. wäre ein Luftdruck-Sensor für die Höhenstabilisierung interessant.
    Zitat Zitat von Elexerion
    Man, was für eine Materie.
    Von einer Diplomarbeit kan man erwarten, dass sie den wiss. Horizont
    (zumindest ein bischen) erweitert. Darf ich fragen, wo hierbei der Fokus
    liegt (Forsch nachgefragt: Quadro-/Hexa-/Oktokopter gibts schon viele und auch das Kalman-Filter und angebundene (schwenkbare) Kameras sind prinzipiell bekannt; in welche Richtung geht deine Entwicklung ?) ?

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