Diskussion:Cubli, ein Würfel mit Lageregelung zum Aufrichten und Ballancieren

Wenn schon ein so anspruchvolles Projekt, warum nimmt man dann keinen Sensor, der den Motorwinkel kontinuierlich erfasst, anstatt 3 schaltender Hallsensoren? Und dann ne feldorientierte Regelung.

https://www.infineon.com/cms/de/product/sensor/magnetic-position-sensor/angle-sensor/channel.html?channel=db3a304332ae7b090132b007569a015d oder von Melexis oder IC-Haus

Nach meinem Verständnis braucht das Teil Schwerkraft um zu funktionieren. Da bietet es sich doch an, einen 3-achs Gyrosensor mit einem 3-achs Beschleunigungssensor zu fusionieren. Eine innere Regelschleife pro Achse für die Rotationsgeschwindigkeit gesteuert von einer äußeren Regelschleife pro Achse für die Lage. Wie beim Multikopter.

Für die BLDC Controller würde ich schnelle Teile mit Bremse aus dem Racekopterbedarfshandel verwenden. Ebenso für die Motoren.

Egal wie kompliziert die Mathematik dafür ist, experimentell eingestellte PID Regler schaffen die schon. Vielleicht muss man die Regeleigenschaften noch lageabhängig machen. Ich würde da pragmatisch ran gehen. Der Rest ist die Drehungen mit Quaternionen zu beschreiben und die Lageregelung entsprechend zu steuern. Formeln gibt es in der Software für Koptersteuerungen.

In einem Film kann man sehen, dass das Aufrichten durch Bremsen der Schwungmassen erfolgt. Die verwendete Kombination aus Motoren und Stellern scheint kräftiger bremsen als beschleunigen zu können.

Auf Youtube findet man noch einen Hinweis vom Entwickler, Gajamohan Mohanarajah:

In the Cubli we use reaction torques to balance. These torques are what the Cubli's structure 'feels' when the three motors attached to it accelerate or decelerate the wheels. In fact, Cubli's controller tries to minimize wheel velocities in addition to keeping the structure upright. This method is more reactive to external disturbances and reduces vibrations and sensor noise.

Software gibt es auch schon öffentlich: https://github.com/remrc/Self-Balancing-Cube Jedenfalls für das Meiste, was das Ding können soll. Eine MCU mit floating point unit empfiehlt sich auch, wie z.B. STM32F41X z.B. auf als Blackpill bekannten 4€ Platinchen.