Reglering och kontroll av en avancerad radiostyrd bil

[Mr. Pink]

Hej!
Jag ska bygga en radiostyrd bil som ska fungera som labbplattform för analys av fordonsdynamik. Det är mer eller mindre en robot som jag vill styra helt och hållet av en pc med matlab/simulink i realtid.

Elektronik är tyvärr inte min starka sida men jag tycker dock att det är jäkligt kul. Har redan lite erfarenhet av att plocka ihop ett mätsystem som loggar rörelsen hos en annan radiostyrd skapelse. Fast nu skall det dessutom regleras utifrån dessa signaler.

Det som ska styras är ett antal servosignaler och tillbaka till datorn ska sensordignaler skickas. Jag har undersökt en massa olika alternativ med radiolänk och mer eller mindre datorkraft placerad i bilen (microkontroller).

Det senaste ihopplocket av delar för detta system är detta nedan.

En radioförbindelse från dator till bil. Helt enkelt en trådlös usb-hub som på pappret verkar vara väldigt kraftfull.
http://www.gefen.com/kvm/product.jsp?prod_id=4505

Till denna skall ett nätverk med seriellt styrda servon kopplas.
http://www.robotshop.ca/home/products/r ... servo.html

http://www.robotshop.ca/home/products/r ... apter.html

Till sensorer och styrning av enklare servon hade jag tänkt att köra denna servokontroller.
http://www.robotshop.ca/home/products/r ... oller.html

Jag vet att det finns möjligt att styra dynamixel servona med matlab/simulink via cm5 kontrollern. Frågan är om man kan får samma funktion via usb-interfacet. Devantech- kontrollern bör man kunna också kunna få att tala med pc hoppas jag på.

Min fråga är nu om detta är över huvud taget möjligt att köra?
Prestandan på usb-länken bör väl räcka till? Det är ju inga större datamängder som skall skickas fram och tillbaka.
Kanske man eventuellt kan koppla in en webbkamera om prestandan räcker till ?

Som jag förstått det blir det nästintill plug and play sånär som på de sensorer som skall lödas och filtreras. Och det har jag inga problem med.

/Mr. Pink

[$tiff]

Så KAN man göra. Ser väldigt dyrt ut i mina ögon, men om det nu fungerar som det lovar så blir det plug-and-play (eller plug-and-pray ).

Hur tänkte du läsa tillbaks sensordata via USB? Vad är det för sensorer du ska läsa?
Edit: Aha, SD84 är en generell analog/digital I/O med servopulsmöjligheter. Då var det inte så svårt...

[Mr. Pink]

Kostnaden spelar inte så stor roll eftersom det är funktionaliteten jag är ute efter.

Sensorer ska vara accelerometrer, gyron och hjulencoders. Vilka jag hoppas kunna koppla in digitalt. Sen så finns det möjlighet att bygga vidare vilket är en stor fördel.

Hur stor uppdateringsfrekvens bör man kunna köra om man låt säga har en regleringsloop i datorn som tar emot och skickar iväg signaler i varje iteration? Allt över 100Hz skulle vara toppen. Var skulle en eventuell flaskhals kunna finnas?

Edit: Lästa på lite om usb-länken och tydligen klarar den inte av synkron överföring. Har tittat igenom dynamixel och sd84 manualerna utan att hitta något över hurvida det är synkron eller asynkron överföring via usb.
Är det något jag behöver oroa mig för?

/Mr. Pink

[$tiff]

SD84 kommer bete sig som en vanlig asynkron serieport. Troligtvis kommer den att vara stabil nog för att konna anses som synkron i reglerloopen. Annars får du räkna in jitter i modellen

100 Hz tror jag är ganska optimistiskt att få ut, men eftersom det inte står något om sådan prestanda i databladet så är jag osäker på den punkten. Flaskhalsen är att den antagna mikrokontrollern på kortet ska hinna sampla alla analoga ingångar och räkna in alla digitala ingångar mellan varje sample @ 100 Hz. I en egen lösning är det inget prolem alls, men ju mer generellt man gör det desto svårare blir det att hinna med allt.
Prova gärna grejerna, jag är nyfiken på om det fungerar!

[Mr. Pink]

Hej!
Tack för svar.
Jag ska nog prova ut grejerna. Skulle inte något av delarna fungera kan man faktisk uppgradera med andra prylar då det finns så mycket usb-baserat.

Hur ska man enklast lösa varvtalsmätning?
Har tidigare gjort en väldigt primitiv lösning med en elmotor som generator och sedan mätt emk med A/D med ett enkelt filter i mellan. Det funkade faktiskt riktigt bra.

Om man ska göra en lite mer sofistikerad lösning antar jag att man kör någon form av enkoder med hall eller optisk givare. Det krävs ju ingen extrem precition men runt 100 pulser per varv likt abs-systemen skulle vara bra.
Hur ska man lösa inkopplingen av en sådan?
Har hittat frekvens till spännings omvandlare på elfa vilket jag ser en möjlighet för mig att kunna koppla in med min kunskapsnivå.

Om man ska köra helt digitalt kan man koppla in en givare direkt mot SD84:ans digitala ingångar? Eller ska man låta en microprocessor ta hand om det? En sådan lösning blir ju då något helt nytt för mig då jag aldrig provat på att labba med sådana förut.

Det finns ju färdiga encoder-kitt till robotar Kan man använda sådana med fördel?

I manualen till sd84 står det att det sitter 4 st pic18f2520 om det säger något vettigt? ftdi chipet ska tydligen klara av rätt mycket i hastighet också.

/Mr. Pink

[Mr. Pink]

Har fått hem lite godis nu och har börja testa lite smått..
Dock verkar det falla på usb-hubben. Den funkar nog toppen till det den är tänkt för. Att titta på film från ett usb-minne funkar toppen med grejerna nära varandra 5-10m.
De seriellt styrda servona går att kontrollera via hubben men det sker titt som tätt uppehåll i överföringen vilket får det att hacka till. Nu är tanken att gå över till att köra en laptop i bilen istället och använda sig av en vanlig radiostyrning för enbart förarinput.

En bärbar dator bör väl vara lämligast med tanke på att allt redan finns med strömförsörjning, tangenbort m.m eller finns det något smidigt alternativ med lösa delar? Prestandamässigt vill jag att den ska klara av windows med matlab/simulink alltså rätt enkla grejer.

/Mr. Pink

[Mr. Pink]

Liten uppdatering...

Har ju hänt en hel del med bygget och här kommer det en liten film på "hjulia" som skapelsen numera heter.


Håller på nu och programmerar regulator för mer avancerade grejer

Det slutade med en bärbar dator ombord och input till det hela kommer vara en vanlig rc-radio som via ett usb-interface snackar med mjukvaran.

Som det ser ut nu kan jag köra hela programloopen i ca 2-300 Hz.

[PHermansson]

Hmm låter klumpigt med en bärbar dator... Tittat på Fox Board, Beagle Board eller Gumstix?

[Mr. Pink]

Det är nog möjligt att en bättre plattform tillkommer senare för regulatorn. Eftersom jag har rätt begränsade erfarenheter av annat än matlab så är det den miljön jag försöker få fart på nu.

[Gimbal]

Snyggt bygge. Den varianten på fickparkering har jag inte sett tidigare.

[Glenn]

jäkligt coolt, men den ofjädrade vikten lär vara rätt hög

[arvidb]

Häftigt bygge! Underbar fickparkering!

Är det något speciellt som ska testas med den, eller är det mer en labb-bil för användning under någon kurs?

[Mr. Pink]

Tanken är att den skall användas att testa olika former av fordonsreglering.
Det jag håller på och snickrar på nu till den är en regulator som styrs av en referensmodell (cykelmodellen) som kommer att ge en viss rörelse/respons. För den rörelsen krävs det globala krafter (FX FY MZ) som skickas till en så kallad kraftallokerare som fördelar ut dessa tre globala krafter på de fyra hjulhörnen. Eftersom man som förare styr en referensmodell innebär det att man inte styr något hjul direkt utan bara efterfrågar en viss rörelse som fordonet i sin tur försöker följa.

Sen finns det ju alltid begränsningar i hur mycket kraft som kan läggas på de individuella hjulen vilket också skall tas med i regleringen. T.ex om man bromsar med ena halvan av bilen på is så skall kraftallokeraren kompensera för detta genom att bromsa med de hjul med mest grepp och samtidigt styra med dessa för att förhindra att bilen börjar gira.

Edit: Jag sitter dom doktorand inom fordonsdynamik på Kth och detta är ett projekt jag jobbar med.

[arvidb]

Reglerteknik är väldigt intressant tycker jag och det ska bli kul att följa detta!

Är det alltså en regulator som beräknar önskade (FX FY MZ) (krafter i sidled, framåt-bakåt, och "svängande" moment?) och sen är det upp till "kraftallokeraren" att se till att det blir som regulatorn vill?

[Mr. Pink]

Liten uppdatering...

Det flyter så sakteliga på och i dagsläget håller jag på att göra bromstester med hela fordonet.
Det för att studera stabilitet under inbromsning och vad man kan göra för att utnyttja förmågan att styra individuellt för att kunna bromsa effektivare på ett underlag med olika friktion (my-split). Det innebär att jag nu implementerat anti-spin och ABS för varje hjul som i nuläget fungerar individuellt.

Filmen visar acceleration och sen inbromsning med fordonet monterat på en rullande landsväg (endast en axel).
Hjulet i förgrunden är inlindat med tape och rullar emot papper som sitter på rullen. Det bortre hjulet rullar med full friktion. På fordonet sitter det också ett 5:e hjul vars uppgift är att mäta fordonshastighet eller i detta fall hastigheten på rullen. Den rullande landsvägen består helt enkelt av en stålcylinder vars tröghet motsvarar ganska precis ett fordon med massa 6kg.

Det är inte så mycket dramatik i filmen vilket kanske inte är så konstigt. ABS reglering med enbart elmaskiner tenderar bli mycket jämnare då man slipper dynamiken som ett hydrauliskt friktionsbromssystem har.