Mäta kraft i rörelse

Robot, CNC, Pneumatik, Hydraulik, mm
Bengt
Inlägg: 34
Blev medlem: 20 november 2003, 13:47:45
Ort: Linköpings Universitet
Kontakt:

Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Bengt »

Jag hjälper till med en försöksuppställning där vi skjuter en liten pinne upp i fotsulan. Meningen är att försökspersonen på en skala ska avgöra hur obehagligt det är. (Vi mäter även nervreaktionen om jag ska vara noga).

Men vi vill mäta med hur stor kraft pinnen träffar foten och där blir jag väldigt osäker på hur det ska gå till. Pinnen skjuts upp med en solenoid som styrs av en fast spänning som slås på via en switch men där upphör det enkla.

För hur ska jag bestämma kraften när det finns en acceleration inblandad? Som bekant är F=mg men det gäller ju tyngdkraftens statiska 9,82 m/s2. Jag skulle kunna placera solenoiden i ett statiskt tillstånd precis där pinnen träffar foten och då beräkna motkraften som krävs men nu sker ju detta i rörelse och jag kan inte tänka mig att jag får ut det önskade resultatet på det sättet. Själva solenoiden har för övrigt en betydande massa, den är ganska stor för det åt större prylar än man tror för att skjuta pinnen tillräckligt fort även om själva träffen inte gör speciellt ont. Beror naturligtvis också på hur liten pinnen är. En nålvass pinne fungerar av naturliga skäl inte men den är vassare än vad man kan tro för huden i fotsulan är tjock. Jag skulle säga att pinnens yta (som är rundad) är ca 1 mm2.

Lite hjälp med tankearbetet mottages tacksamt.
Användarvisningsbild
arvidb
Inlägg: 4537
Blev medlem: 8 maj 2004, 12:56:24
Ort: Stockholm

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av arvidb »

Kraften borde bli lika med decelerationskraften (F=m*a) + kraften från solenoiden (beror nog på pinnens position?) minus tyngdaccelerationen.

Ni lär alltså behöva kunna mäta pinnens position (och därmed rörelse) med rätt stor noggrannhet för att kunna räkna ut kraften? Och summera med kraften från solenoiden i varje stund, vilken ni borde kunna mäta i förhand.
metric
Inlägg: 766
Blev medlem: 16 maj 2010, 11:04:52

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av metric »

Du kan ju ladda upp en kondensator till en viss spänning som du sedan laddar ur med hjälp av elektromagneten.
Då kan du räkna ut hur många joule det gick åt att skjuta upp pinnen, sen blir det förstås förluster men dom borde vara
procentuellt samma vid olika spänningar.

Bild
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Bengt
Inlägg: 34
Blev medlem: 20 november 2003, 13:47:45
Ort: Linköpings Universitet
Kontakt:

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Bengt »

Wow, det var en intressant/smart lösning men tyvärr får jag då medelenergin och det är tyvärr inte det jag är ute efter. Kraften vid impact är det jag söker. Hastighet och vikt skulle ha räckt om det vore en kula som skjutits iväg men nu trycker solenoiden fortfarande på så det blir ännu krångligare än så.
Användarvisningsbild
grym
EF Sponsor
Inlägg: 16719
Blev medlem: 16 november 2003, 12:22:57
Ort: i det mörka småland

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av grym »

ska det mäta i realtid för varje "skott"
eller vill du bara ha koll och kalibrera?

man kan göra relativt test för kalibrering
ex skjuta in i en blyplatta och sedan ha samma sorts spets som man annvänder en känd vikt och höjd för att slå ner i blyet för att kolla så man får lika avtryck och då får reda på energin i den, enkelt men en del jobb

man skulle kunna mäta hastigheten i realtid, ex optiskt och kolla vad man har för energi i den

eller montera en lastcell och mäta kraften i spetsen, med trådtöjningsgivare, kräver lite meck att få det rätt

men mera spcat hjälper

ska man veta energin i nålen?
eller hur hårt den trycker under slaget?
Användarvisningsbild
Krille Krokodil
Inlägg: 4062
Blev medlem: 9 december 2005, 22:33:11
Ort: Helsingborg

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Krille Krokodil »

Absolut enklast är att skjuta iväg massan så att man får bort solenoiden ur ekvationen och sedan mäta
positionen under träffen med hög tidsupplösning.

En sketen Arduino för 150 kr på Kjell & Co klarar av att läsa av en enkoder i 100+ kHz och en magnetisk enkoder med
valfri upplösning ner till en 0.001 mm kostar runt 1000-lappen.

https://www.rls.si/eng/products/linear- ... c-encoders

Annars är det ju vanligt att man använder pendlar för sådana här saker för att lätt kunna ställa in energin så om det
går att göra försöket horisontellt istället så är det nog lättare. Då kan man sätta en högupplöst rotationsenkoder på
pedelns axel istället.
GFEF
Inlägg: 2370
Blev medlem: 4 december 2004, 18:44:04

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av GFEF »

Bengt
>skjuter en liten pinne upp i fotsulan.
>hur kraft pinnen träffar foten med.

Är inget enkelt problem.......

Är Newton andra lag problem Kraften = massan x decelerationen.

OM tiden för decelerationen går mot 0 går hastighets förändringen per tidsenhet mot oändlighet och därmed också Kraften = massan x decelerationen.

Ett stöt förlopp utan någon fjädring finn inte verkligheten.

Oberoende av hastighet och massa.

Enda sätt är nog helt försumbar mäthastighet för helt oberoende av fotens fjädrings egenskaper.
Bengt
Inlägg: 34
Blev medlem: 20 november 2003, 13:47:45
Ort: Linköpings Universitet
Kontakt:

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Bengt »

Krille Krokodil skrev: 6 september 2021, 22:43:28 Absolut enklast är att skjuta iväg massan så att man får bort solenoiden ur ekvationen och sedan mäta
positionen under träffen med hög tidsupplösning.

En sketen Arduino för 150 kr på Kjell & Co klarar av att läsa av en enkoder i 100+ kHz och en magnetisk enkoder med
valfri upplösning ner till en 0.001 mm kostar runt 1000-lappen.

https://www.rls.si/eng/products/linear- ... c-encoders

Annars är det ju vanligt att man använder pendlar för sådana här saker för att lätt kunna ställa in energin så om det
går att göra försöket horisontellt istället så är det nog lättare. Då kan man sätta en högupplöst rotationsenkoder på
pedelns axel istället.
Jag har precis också kommit fram till att det hade varit mycket smartare att skjuta iväg en vikt. Då krävs bara hastigheten för att veta den kinetiska energin. Busenkelt! Men usch så jobbigt att bygga om nu men kanske måste göra det. Strulet nu är att jag har en kombination av kinetisk energi från rörelsen i solenoiden och den extra kraft solenoiden fortsätter att ge och då är strulet att jag inte kan beräkna eller mäta den på ett tillförlitligt sätt. Skjuta mot ett mjukt material och jämföra kanske kan vara en lösning. (Bly fungerar knappast eftersom bly trots allt är mycket hårdare än en fot. Det är en plastspets).
Användarvisningsbild
Hedning
Inlägg: 425
Blev medlem: 27 november 2011, 15:19:00
Ort: Linköping

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Hedning »

Om kulan får friflyga någon centimeter kan du sno tillämpliga delar från:

viewtopic.php?f=7&t=102543

Du behöver något att mäta tiden med om Arduino inte är användbart.
Noggrannheten är bra om "rätt" optiska givare används.
Användarvisningsbild
Hedning
Inlägg: 425
Blev medlem: 27 november 2011, 15:19:00
Ort: Linköping

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av Hedning »

Om det är just konstant men reglerbar kraft oberoende av läge så är
det inget som slår små luftcylindrar, kallas ofta för nålcylindrar.
Lufttryck och diameter ger direkt kraften som kan vara pytteliten.
Har använt det vid tester av små tangentbord till mobiltelefoner t.ex.
Några få gram är realiserbart (jag är från pre Newton-eran)!

Exempel; SMC CJ1 nålcylindrar 2,5 eller 4 mm innerdiameter, slaglängd
upp till 20 mm som standard.

Kraften från rörlig (flygande) vikt beror på hur snabbt den bromsas upp.
Kan mätas med en accelerometer som åker med vikten (och lite räknande).
Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 32626
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av HUGGBÄVERN »

Jag tänker lite hur mycket huden trycks in och hur lång tid det tar från hudträff tills pinnen stannat. Sedan är det bara att integrera och derivera sig fram till kraften.

F = m * a

a = dv/dt

v = ds/dt
SeniorLemuren
Inlägg: 7779
Blev medlem: 26 maj 2009, 12:20:37
Ort: Kristinehamn

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av SeniorLemuren »

Kan man inte bara skjuta pilen på en brevvåg och läsa av max utslaget och utifrån det, räkna ut energin? Man vet ju vad pilen väger i stillastående.
Användarvisningsbild
arvidb
Inlägg: 4537
Blev medlem: 8 maj 2004, 12:56:24
Ort: Stockholm

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av arvidb »

Om det är kraften som man vill veta, som det står i första inlägget, så räcker som sagt inte energin. Man behöver mäta hela inbromsningsförloppet (och lägga till kraften från solenoiden).

Edit: att bara mäta tiden det tar att stanna räcker inte heller eftersom decelerationen lär öka ju längre pinnen trycks in i foten. Det är alltså inte en jämn kraft. Jag gissar att TS vill åt maxkraften under förloppet? Kanske intressant att jämföra med energin också i och för sig; frågan är vilket som har störst betydelse för hur känselcellerna reagerar?
metric
Inlägg: 766
Blev medlem: 16 maj 2010, 11:04:52

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av metric »

Jag tror fortfarande att det bästa är att mäta energimängd , för kraften kommer vara olika från det att spetsen träffar foten tills att den når så långt in att den känns. Annars får du ändå ha ett medelvärde på kraften.
Sen tror jag att kondensatorn redan är urladdad när pinnen träffar foten men dett kan man ju kontrollera.
Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 32626
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Mäta kraft i rörelse

Inlägg av HUGGBÄVERN »

Men hur mäter man energin?
Skriv svar