Examensarbete (kameravagn på räls)

[Leijon]

Hej!

Jag ber ödmjukast om hjälp med mitt examensarbete. Jag vänder mig till er på detta forum då min högskola har gett mig ganska bristande kunskaper på området "elteknik", tråkigt men sant.

Jag ska konstruera en vagn på räls, kort och gott. Ungefär som en självgående kameradolly. Denna ger en gripande bild om dolly'n, http://cameradolly.se/cameradolly.se/Hem.html

Jag ska försöka ge er så mycket information om bygget:
Vagnen ska drivas av ett 12 Volts batteri som monteras ombord, alltså ingen extern försörjning.
Jag är inne på banan av att ha en motor som driver båda axlarna - ger en form av fyrhjulsdrift.

Så långt är jag med på noterna om vad jag behöver men nu blir det lite krångligt...

Jag vill att den ska färdas från stillastående till en konstant hastighet tillbaks till stillastående, där sträckan för konstant hastighet kan variera (Sensor på vagnen - givare på rälsen??)

När vagnen färdats från A till B (och stannat) vill jag att den ska ändra riktning och färdas tillbaka (när jag ber den göra det - bli så småningom lite trådlös tekn. inblandat i projektet)

Motorn ska vara en steglös sådan (DC?) och någon form av varvtalsregulator är väl ett måste för att hitta önskad hastighet? (vi har pratat om circus 4 m/s till att börja med. Detta i sin tur har med hjuldiameter att göra)

Så, jag ber er om hjälp att ge mig en övergripande vy av vad jag behöver för detta projektet. Fråga gärna om det är suddigt i min förklaring!

Mvh

Leijon

[Josty Kid]

Intressant, vilken examen siktar du på?

[Nerre]

Några frågor som du behöver svara på för att få fram en vettig lösning.

Hur fort ska den gå? Vad kommer den att väga? Hur snabbt måste den kunna accelerera respektive bromsa in? Behöver du nån form av slirskydd? Hur noggrannt är det med var den stannar? (Får det diffa ett par cm eller måste det vara millimeterprecision?) Plan mark eller uppför/nedför?

Spontant borde väl stegmotorer vara en vettigare lösning, det blir ju lite grann som en "inverterad CNC-maskin". Och såna har ju många byggt med relativt god precision (då används iofs skruvar som drivs av stegmotorerna, men det borde ju inte vara svårare att driva hjul med stegmotorerna).

Stegmotorn kan ju även "hålla" som broms.

En mikrocontroller av lämplig sort, en stegmotordrivare och sen behöver du väl nåt för din trådlösa överföring.


Men är det ett exjobb är ju tanken att du med hjälp av exjobbet skall visa vad du har lärt dig, så du ska nog inte räkna med att nån löser hela biten åt dig.

[Leijon]

@Josty Kid: Det blir en civilingenjörsexamen i maskinteknik, inriktn. Konstruktion & Produktutveckling. (Därmed kan man "förstå" skolans brist på el-utlärning.

@Nerre: Ah där glömde jag några saker!

Att den är steglös kom från början, så det är ett krav.
Maxvikten är 20kg - fast jag försöker få den lättare i och med att den ska vara mobil/flyttbar/bärbar.
Vagnen i detta fallet önskas röra sig ungefär 4 m/s - knappa 14km/h, men det kan man väl reglera "ganska" fritt med regulatorer eller? Motorn borde egentligen ha ett högt moment vid låga varvtal, så det ska ju inte snurra som katten det här bygget.
Att vagnen stannar med millimeterprecision har inte jag satt som ett krav (varje rälsmodul är 2,1m lång så det finns utrymme så att säga) så det kan diffa, det går nog inget, bara det inte är för stort.

Precis, tanken med ett examensarbete är att du ska tillämpa den utbildningen och det du lärt dig under dina kurser i ett praktisk arbete, (ibland teoretiskt), eller något man kan kanske kalla "skarpt" läge. Just den elektriska biten har jag aldrig fått lära mig riktigt. Jag är i grunden utbildad konstuktör, så att sätta ihop vagnen med alla bitar, DET fixar jag galant.

Jag tackar för övrigt för visat intresse för projektet och all hjälp jag kan tänkas få!

Mvh
Leijon

[Nerre]

Men kan du mekaniken så kan du ju räkna ut vad du behöver för vridmoment och varvtal från motorn. Sen får du väl då "beställa" själva styrsystemet (hitta nån som pluggat elektro som kan göra det som exjobb?:) ).

Det finns ju diverse projekt här på forumet där folk har byggt olika eldrivna fordon, skottkärror, mopeder/cyklar, radiostyrda grejer etc.

Själva styrelektroniken blir förhållandevis enkel som sagt var. En lämplig mikrocontroller (ska det bara vara ett exemplar så kan man ju använda ett utvecklingskort där man har lite färdiga grejer) och en motorstyrning (stegmotorstyrning eller PWM-styrd H-brygga, beroende på om du väljer stegmotor eller DC-motor). I princip handlar det om att koppla ihop ett par färdiga moduler och skriva programvaran.

Ska det hela serieproduceras blir det ju lite annan infallsvinkel, då lär man ju troligen behöver lite prototyper och testa vad som blir mest prisoptimalt.

[Leijon]

@Nerre:
Vi hade faktiskt en elektrotekniker precis i början, men han har backat ur och nu återstår endast jag.
Mekaniken kan jag fixa, men det är elektroniken som kretsar omkring bygget jag är osäker på.
Det jag söker mest är en övergripande bild på vad för typer av artiklar jag behöver leta efter, räkna på, beställa/inhandla.

Tex: hur får jag enklast stopp på vagnen efter x meter? Kan man tex. använda en fotocell för att ge en signal att sakta ner eller finns det enklare sätt?

Hur funkar det sedan att ändra riktning på motor. Jag förstår att man ändrar polerna men behöver man för att ge signalen att ändra polerna?

Det är den här typen av frågor jag känner att jag behöver bolla med folk som har den kunskapen. Den kunskapen har jag inte fått själv. Endast då har jag en bild av vad jag behöver leta efter och räkna på.

Mvh
Leijon

[Josty Kid]

Om din vagn inte slirar på rälsen så är det lätt att räkna pulser på hjulen eller kanske kuggar på ett remhjul eller likande med en induktiv givare. Då är det bara att köra x antal pulser för att komma en meter.

Skall det vara mer exakt så kan man tejpa reflexer och ha en fotocell som vet var den skall stanna. Alternativt flera reflexer exv. 1per dm och bara räkna.

Har man en DC motor så växlar man bara polerna för att backa. Men du skall nog anvädna någon form av regulator som Nerre förslog och då med fram/back.

[Icecap]

Först och främst måste du ha någon form av återmatning av hastigheten till styrenheten. Det kan vara pulser från ett hjul, evt. ett separat mäthjul om det är problem med att den slirar.

Sedan bör det finnas ändlägessensorer så att vagnen inte kör av rälsen.

Man styr motorhastigheten med PWM, i en mikroprocesor mäts tiden mellan varje puls och den tid kan enkelt räknas om till hastighet och sträcka. Då riktningen ska kunde växlas behöver du antingen ett relä till att polväxla motorn med eller (om det ska vara tyst) en H-brygga som kan göra samma sak men då med transistorer.

PWM frekvensen ska sannolikt vara högre än hörbar frekvens (kameravagn) men det är knappast något problem.

Styrenheten ska sannolikt ha en PID-reglering och det ska finnas lite styrning av rampning av målvärdet till PID-regleringen. I grunden är det hela ett skapligt enkelt design men det blir ju lite programmering och justering av värden innan allt är stabilt.

[tecno]

Lite OT


Detta systemet har jag varit med om att ta fram en gång i tidernas begynnelse.

[Nerre]

Jag efterlyser ännu tydligare specifkation... :)

Det är A och O när man ska göra en kommersiell konstruktion (och det är väl det du skall visa att du klarar?).

Max 4 kg sa du, är det inklusive kamera? För det är inte vikten på en tom vagn som är intressant, det är ju massan som skall accelereras som är det intressanta. Kommer det att vara stora variationer på massan? Det styr huruvida du kan rampa "blint" (d.v.s. utan feedback) eller om du måste ha nån form av feedback av hastigheten för att kompensera för varierande last.

Sen ritar du lämpligen en kurva över hur hastigheten skall se ut, som visar hur snabbt den skall rampas upp etc. är det viktigt att rampningen är helt linjär eller ska den bara vara mjuk?

Hur man sköter vändningen finns det massor med lösningar på. Man kan som sagt var mäta hur långt hjulen rullar, ha nån form av brytare som går emot en stoppskena, fotocell, induktiv givare. Vad som helst som kan ge en puls till mikrocontrollern. Har du funderat över hur du skall hantera om den inte vet i vilket ändläge den står? Du behöver kanske kunna identifiera om den står i ena ändläget så den inte vid starten börjar köra åt fel håll.

Rita tillståndsdiagram, beskriv med pseudokod hur controllern ska "tänka". Och sätt dig sen och leta "glitchar" (d.v.s. försök hitta situationer där koden inte gör "rätt" beroende på att något oväntat har inträffat. Ett av grundproblemen för en sån där lösning är som sagt var att veta i vilket läge man startar, om nån flyttar vagnen utan att den är igång t.ex.

[Leijon]

Väldigt tacksam för era svar! Sakta men säkert får jag en mycket bättre bild över det elektroniska.

@tecno: Väldigt intressant faktiskt och inte helt OT. Du är nog närmare än du tror =P. Mitt bygge blir några gånger större och ska rulla på en standard Scando-stege.

[Leijon]

@Nerre:
Nej, max 20kg tom vagn är kravspecen. Önskvärt lättare. Definitionen av en "tom" vagn är lite knepig då den är allt annat än "tom", men en färdigt rullande prototyp, som startar, rullar, stannar och ändrar riktning och går tillbaka väger max 20kg, helst lättare men det kan man banta på andra ställen. Detta kommer först och främst bli en prototyp som ska testas och bänkas och leta sjukdomar på inför en bättre slutprodukt.

Just elektroniken kommer programeras av en extern person som jag inte kommer ha kontakt med. Jag står för konstruktionen av vagnen och alla delarna, (motorer, batteri, material, CADunderlag, ritningar osv) samt budgeten för allt det där, så jag måste ha en ganska bra bild på vad som behövs får att det ska funka som jag vill samt förstå vilka saker som kan åstadkomma detta.

Den kommer gå vågrätt och plant. Enda vibrationer som "lär" (jag skriver "lär" som förväntade vibrationer) uppkomma är vid övergången mellan moduler som inte kommer bli 100% plant, kanske 99%. (Beror till största del på avvikelser i produktionen av stegen) Lasten kommer inte variera utan den är konstant 20kg

Rent "bekvämt" om man kan kalla det så hade varit om motorn börjar mjukt (minska slir) nå önskad hastiget/rpm och hålla sig där för att sakta ner och stanna i andra änden.
I den situationen för man programera beteendet samt kanske ha 2 olika reflektorer placerade på 2 olika platser i vardera ände. Den första säger "sakta ner" och den andra säger stanna här. När man sen trycker på knappen igen så kör den (backar) tillbaka osv i andra änden.

Låter det vettigt eller är jag ute och cyklar?

[Nerre]

Det funkar inte att ha en "sakta ner" och en "stanna här". Vad ska vagnen göra om den inte kommit ner i hastighet när den kommer till "stanna här"? Tvärnita?

Jag skulle använda två induktiva givare, och sen montera relativt långa skenor mellan rälsen i de zoner där vagnen skall stanna.

Sätter man skenorna på varsin sida om mitten (skissar lite lätt i paint) så fungerar de dels som "bromsa in"-signal och talar dessutom om i vilken ände av banan vagnen står.

Tanken är alltså att vagnen börjar bromsa när den känner av skenan och stannar (enligt den inställda rampningen) innan den tar slut. Som "nödstopp" kan man sätta en stoppklots på rälsen och en ändlägesbrytare som "panikbryter" om vagnen kör för långt.

[Leijon]

@Nerre:
Mycket intressant! Jag ska läsa på lite nu när jag har en ide om vad jag bör läsa på om =) Tackar så mycket för er hjälp. Kan hända jag lyckas lägga up en bild eller två på arbetet =)

Mvh
Leijon

[janbjorn]

Jag håller på med ett projekt ( där jag använder vissa saker som du kanske är intresserad av. Jag styr två stycken motorer för att balansera "segway'en" där jag använder mig av en encoder för att veta motorns hastighet.

Förslag på elektronik för att snabbt komma igång med ditt projekt
1st Arduino (microcontroller som håller ordning på motorstyrningen)
1st Motordrivare 2x12A
1st Motor (350rpm och 8kg-cm vrid vid 12V matning, räcker det?)

Om du vill kunna styra den trådlöst så är det väldigt enkelt att sätta upp blåtandskommunikation med t.ex. en dator eller Android-telefon.