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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lagestabilisierung eines Halterungssystems


Autor: jan_o (Gast)
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Hallo, alle zusammen! :-)

Ich bin Neuling und möchte eine Lagestabilisierung für ein 
Kamerahalterungssystem entwerfen.

Ich habe schon bei youtube ein passendes Video gefunden, auf dem gut zu 
erkennen ist, wie ich mir das vorstelle. Hier der Link:

Youtube-Video "IMU camera control / stabilisation"

(Zu Beginn des Videos werden die Sensoren kurz vorgestellt, ich habe 
vor, diese auch zu benutzen)

Dieses Halterungssystem soll auf das Dach eines Autos montiert werden. 
Nun ist es jedoch so, dass, wenn das Fahrzeug auf einer unebenen 
Fahrbahn fährt, sich die Kamera auf dem Halterungssystem bewegt und 
somit das Bild verwackelt. Räumlich betrachtet kann ja die Kamera um 
drei Achsen schwenken und dies gilt es zu korrigieren. Um die Kamera 
wieder in ihre Ausgangslage zu bringen, habe ich mir überlegt, 
Servomotoren als Aktoren zu verwenden.
Weiterhin muss ich die Lageänderung, die die Kamera auf dem 
Halerungssystem erfährt, über Sensoren erfassen. Ich habe bereits im 
Forum etwas gestöbert und herausgefunden, dass ich wohl drei 
unterschiedliche Sensortypen verwenden muss. Für die räumliche 
Betrachtung wären dies: 3-Achsen-Beschleunigungssensor, 
3-Achsen-Gyroskop, 3-Achsen-Magnetometer, d.h. pro Achse habe ich drei 
Signale. Ich habe im Forum gelesen, dass das Gyroskop dazu verwendet 
wird, um schnelle Winkelbeschleuningungen zu erfassen und der 
Beschleunigungssensor für langsame Beschleunigungsänderungen. Allerdings 
hat das Gyroskop einen Fehler, den sog. Drift (wie kann ich mir das 
vorstellen?), um diesen zu beheben, springt das Magnetometer ein.
Als Ausrüstung steht mir ein STK500 Testboard zur Verfügung, das 
Programm für den Mikrocontroller möchte ich mit Bascom schreiben.

Ich befinde mich zur Zeit noch in der Einarbeitungsphase, möchte aber 
schon einmal ein grobes Vorgehen entwerfen. Meine Fragen beziehen sich 
vor allem darauf:

1.) wie ich die Werte der Sensoren einlesen kann und

2.) wie ich die einzelnen drei Werte pro Achse verbinde, da der 
jeweilige Motor, der angesteuert werden soll ja nur ein Spannungssignal 
bekommen soll.

Hat sich jemand von euch schon einmal mit dem Thema beschäftigt und kann 
mir evtl. ein paar Tipps geben? :-)

Viele Grüße sendet Jan :-)

Autor: Valentin Buck (nitnelav) Benutzerseite
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Ich glaube, mit Servos wirst du nie schnell genug sein, um eine unebene 
Straße auszuglätten.
Ansonsten, interessant was rauskommt!
Mit freundlichen Grüßen,
Valentin Buck

Autor: jan_o (Gast)
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Achso, ich ahbe mich für Servos entschieden, da diese wohl ansteuerbar 
sind. Was für Alternativen bezüglich der Aktoren gibt es denn? :-)

Gruß Jan

Autor: jan_o (Gast)
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Leicht ansteuerbar

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein Servo kommt da nie hin. Ich wuerd was Richtung Tauchspule anschauen. 
Ich wuerd eine Grenzfrequenz von mind 3Hz erwarten. Weniger macht kein 
Sinn.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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jan_o schrieb:
> Beschleunigungssensor für langsame Beschleunigungsänderungen. Allerdings
> hat das Gyroskop einen Fehler, den sog. Drift (wie kann ich mir das
> vorstellen?), um diesen zu beheben, springt das Magnetometer ein.
> Als Ausrüstung steht mir ein STK500 Testboard zur Verfügung, das
> Programm für den Mikrocontroller möchte ich mit Bascom schreiben.

Ohne Dich beleidigen zu wollen,
ich denke daß dieses Projekt 3 Nummern zu groß für Dich ist. Du hast 
massive Probleme im Bereich Sensorik (Erkennen welche Bewegungen Du 
tatsächlich hast), Regelungstechnik(Das System muss so schnell 
reagieren, daß Du nicht einfach einen P oder PI Regler nehmen kannst) 
Programmierung (Das wird mit den notwendigen Regelalgorithmen durchaus 
komplex und zeitkritisch, und dann Basic???) und der generellen Mechanik 
(Welche Aktoren, Geschwindigkeit, mechanischer Aufbau allgemein)
Selbst ein absoluter Crack hier würde an dem Problem lang arbeiten bis 
er (vieleicht) eine zufriedenstellende Lösung gefunden hätte.


Nevertheless:

Zur Bestimmung der Bewegungen würde ich mich mal schlau machen, wie 
moderne Kameras den Verwacklungsschutz realisieren. Speziell wie sie ein 
Verwackeln erkennen.

Bzgl. der Servos: Ist das für ein Modellauto oder ein echtes Auto? Beim 
Modellauto sind die Beschleunigungswerte wahrscheinlich deutlich höher.
Evt nach Piezoaktoren schauen!

Bgl. Basic. Ist halt langsamer als C oder Assembler und braucht mehr 
Ressourcen im µC. Du solltest evt. über C nachdenken.

Bzgl. regelungstechnik: Nach dem Motte kriege Spannung von Sensor, gebe 
Spannung an Servo kasst Du da wahrscheinlich vergessen. Was weisst Du 
über Regelungstechnik?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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U.R. Schmitt schrieb:

> ich denke daß dieses Projekt 3 Nummern zu groß für Dich ist.

Seh ich auch so

> Bzgl. der Servos: Ist das für ein Modellauto oder ein echtes Auto? Beim
> Modellauto sind die Beschleunigungswerte wahrscheinlich deutlich höher.

Das wäre nicht uninteressant zu wissen.
Sieht man doch auch im verlinkten youtube Video: Die Kamera hinkt 
deutlich geschätzte 0.2 Sekunden den Bewegungen der Plattform hinterher. 
Nur wenn er die Plattform einigermassen langsam dreht, sind die Servos 
schnell genug.

Wie auch immer: Das erste Ziel ist eine Inertial Navigation Unit.
Also eine Kombination aus Gyros und Beschleunigungsmessern. magnetische 
Feldstärkenmesser kannste dabei getrost vergessen. Die Aktuatoren in 
unmittelbarer Nähe werden die Erdmagnetfeldlinien deutlich und spürbar 
stören.

Autor: Anselm 68 (anselm68)
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Ich habe mal ein Video eines Franzosen gesehen, der hatte eine 
Kamerahalterung gebaut die dermassen gut war, dass es so aussah als ob 
man selbst aus dem Fenster des Jeeps heraus guckt. (er fuhr langsam 
durch extrem unebenes Gelände, die Kamera war stur auf den Fahrweg 
gerichtet, egal in welche Richtung der Jeep ging. Nur an der im Bild 
manchmal sichtbaren Motorhaube war zu erkennen wie der Karren unterwegs 
war.)
Leider habe ich mir nicht gemerkt wer es war.

Zum Thema...: Wie die Kollegen sagten, Servos sind viel zu langsam!
Und die Regelungstechnik in Bascom zu machen, da drück ich dir alle 10 
Daumen ...äh 2.

Anselm

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Hallo,

also ich kann dir sagen, dass du mit Sicherheit mittels Servos oder 
sonstigen Motoren nicht die erforderte Geschwindigkeit erreichen wirst.

Von der Sensorik muss man sich halt ein bisschen auskenne. Stichwort 
Kalmanfilter und solche Späße.

Es gibt für Helikopteraufnahmen spezielle Systeme. Im Helikoper 
herrschen ja unglaubliche Vibrationen. Das sind im Grunde genommen 
Systeme die (wenn überhaupts aufgehängt) mittels Spulen und entsprechend 
Magneten blitzschnell in Position gebracht werden. In nur eine Achse ist 
das den Fokussiermechanismen aus einem CD/DVD Laufwerk bekannt. Hier 
wird nach diesem Prinzip fokussiert. Eine ausreichend schnelle Sensorik 
ist natürlich auch von Nöten.

Autor: Falo (Gast)
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Verstehe nicht warum ihr da so sicher seit das Servos zu langsam sind.

Hochwertige Servos wie sie z.B. in den Modellhelokoptern im Einsatz sind 
haben stellzeiten ab 0,05s für 45Grad Drehweg und das bei immerhin noch 
30 N/cm.

Schließlich hat das auto auch noch eine Federung und eine große maße so 
das ja nicht jede allerkleinste Bodenwelle direkt zum dch gereicht wird 
sondern alles ist gedämpft.

mfg
Falo

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