6DOF Sensor außerhalb von Drehpunkt

[MiMa (Gast)]

Hallo liebes Forum,

wie im Anhang, zugegeben mehr schlecht als recht, gezeichnet, möchte ich 
den Winkel von einem Stab zur Waagerechten messen (im Bereich +-10°, der 
Stab bewegt sich dabei mit sich ändernden Geschwindigkeit um den 
Drehpunkt Die Geschwindigkeit der Änderungen liegt im Bereich von 
+-10°/s).
Der Stab hat dabei jedoch keine fixe Verbindung zu einer Bodenplatte und 
somit kann ich keine Potis o.Ä. in der Drehachse verwenden.

Bisher habe ich den MPU6050 ganz unten an dem Stab montiert und über 2 
Beschleunigungen den Winkel bestimmt. Das funktioniert zwar zuverlässig, 
jedoch ist es optisch nicht gerade eine schöne Lösung.
Oben auf dem Stab befindet sich viel Elektronik und der Sensor ist als 
einziges unten angebracht. Viel besser würde mir gefallen wenn der 
Sensor ebenfalls oben (so wie im Bild gezeichnet) angebracht ist.

Wenn ich den Sensor allerdings oben montiere, misst er zusätzlich die 
Fliehkraft (wahrscheinlich vernachlässigbar bei 30cm Stablänge und 
dieser Drehrate) und die Beschleunigung welche durch den sich ändernden 
Winkel auftritt.

Kann dennoch ein stabiles Winkelsignal erzeugt werden? Kalmanfilter 
vorausgesetzt.
Ich dachte zuerst daran, mit dem Gyro und der Stablänge die am Sensor 
auftretende Beschleunigung zu berechnen, von dem Messsignal des 
Beschleunigungssensors abziehen und dann den Winkel zu berechnen, 
allerdings kann ich mir nicht vorstellen, dass dabei noch ein 
verwertbares Winkelsignal entsteht..

Habt ihr vielleicht eine Idee?
Vielen Dank im Voraus :-)

[Schreiber (Gast)]

MiMa schrieb:
> Kann dennoch ein stabiles Winkelsignal erzeugt werden?

ja. Einfach ins Physikbuch schauen.
Ins Mathebuch ebenfalls, da das Thema Koordinatentransformation 
durchlesen.
Man muss natürlich etwas denken und rechnen...

[MiMa (Gast)]

Schreiber schrieb:
> MiMa schrieb:
>> Kann dennoch ein stabiles Winkelsignal erzeugt werden?
>
> ja. Einfach ins Physikbuch schauen.
> Ins Mathebuch ebenfalls, da das Thema Koordinatentransformation
> durchlesen.
> Man muss natürlich etwas denken und rechnen...

Immer diese spitzen Kommentare..
Dass es theoretisch möglich ist habe ich ja bereits geschrieben ;-)
Mir geht es allerdings darum ob es mit diesem Sensor überhaupt möglich 
ist Messwerte in dieser Qualität zu erhalten.
Zudem gibt es einige Tricks zum rechnen mit Sensordaten, welche in 
keinem meiner Physik oder Mathebücher stehen. Beispielhaft hierfür steht 
das Komplementärfilter

[Schreiber (Gast)]

MiMa schrieb:
> Dass es theoretisch möglich ist habe ich ja bereits geschrieben ;-)
> Mir geht es allerdings darum ob es mit diesem Sensor überhaupt möglich
> ist Messwerte in dieser Qualität zu erhalten.

Ja, nur wird es ohne Mathe nicht gehen.
Bei einer Bewegung um eine Achse (rechts-links) wird es einfacher, wie 
wenn noch eine zweite (vorne-hinten) dazukommt.

[butsu (Gast)]

Welche Auflösung und Genauigkeit der Winkelmessung möchtest du 
erreichen?

[MiMa (Gast)]

Schreiber schrieb:
> MiMa schrieb:
>> Dass es theoretisch möglich ist habe ich ja bereits geschrieben ;-)
>> Mir geht es allerdings darum ob es mit diesem Sensor überhaupt möglich
>> ist Messwerte in dieser Qualität zu erhalten.
>
> Ja, nur wird es ohne Mathe nicht gehen.
> Bei einer Bewegung um eine Achse (rechts-links) wird es einfacher, wie
> wenn noch eine zweite (vorne-hinten) dazukommt.

Die Mathe dahinter stellt ja theoretisch kein Problem dar. Das 
Gyrosignal differenzieren um die Winkelbeschleunigung zu erhalten, 
multipliziert mit dem Abstand Sensor-Drehpunkt und schon hat man die 
Komponente der Erdbeschleunigung jeweis in X und Y. Für Z eben das Ganze 
mit der Zentripetalbeschleunigung. Nur kann ich mir nicht vorstellen, 
dass ein so wages Konstrukt in der Praxis auch funktioniert. Die "rohen" 
Sensorsignale sind doch sehr stark verrauscht..
Mit der Implementierung ist viel Aufwand verbunden und deshalb hätte ich 
gerne eure Meinung :-)
Benötige leider beide Achsen.


butsu schrieb:
> Welche Auflösung und Genauigkeit der Winkelmessung möchtest du
> erreichen?

Die absolute Genauigkeit ist nahezu komplett egal, da eine Abweichung 
durch den nachgeschalteten Regler ausgeglichen wird. Da sind auch 10° 
Abweichung kein Problem.
Driften sollte der Wert wenn möglich nicht mehr als 2°/min (nur als 
Richtwert, habe nicht getestet wo die Grenzen liegen).
Naja das ist abhängig. Bei "großer" Auslenkung von +-5° zur Vertikalen 
und/oder großen Winkelgeschwindigkeiten bzw. Winkelbeschleunigungen 
reicht eine Genauigkeit von +-1° komplett aus. Wenn sich das System 
allerdings eingependelt hat und gerade steht bzw. sich kaum noch bewegt 
wäre eine Abweichung <0.1° wünschenswert.

Das habe ich bisher mit dem Sensor schon erzielt, allerdings nur weit 
unten beim Drehpunkt montiert damit ich möglichst wenig Einfluss von den 
anderen Beschleunigungen bei der Messung habe.

Ihr merkt schon. Es wird eine Art invers-inverses Pendel :-)