Sensorausstattung für Segelboot

[Jacob2]

Hi,
da mein RC-Modellsegelboot den Geist aufgegeben hat, hab ich mir natürlich überlegt ob man da nicht noch was damit anstellen kann: ein autonom fahrendes Segelboot.
Allerdings bräuchte man da ne menge Sensoren für Schieflage, Windrichtung, Himmelsrichtung etc.. Am schwierigsten wird es sein den zurückgelegten Weg zu bestimmen, da sich das wasser ja auch bewegt.
Was habt ihr für Ideen, wie man das Boot mit sensoren ausstatten könnte?

[erlymann]

alles eigentlich machbar, z.b. mit kompassmodul zur himmelrichtung bestimmung. ein kleiner gps empfänger wäre auch eine lösung um den zurück gelegten weg zu bestimmen

grüßle
timo

[Vitis]

FS1A für die Windstärke

[holzi]

Such mal unter Google nach "Autonomous Sailing Robot". Du wirst zich Seiten zu diesem Thema finden. Es gibt dazu auch ein Opensource-Projekt namens Tracksail.
Es werden Servos, dazu ein Kompass, ein Windsensor und GPS benötigt. Damit wird jedenfalls bei den Meisterschaften gesegelt.

Peter

[the_Ghost666]

Von was für einer Größe reden wir eigentlich? Das ganze in nem Boot von 40cm länge unterzubekommen wird frickelarbeit. GPS halte ich für ne gute Lösung, Windrichtung kannste ja am Mast messen, über einen "Wetterhahn" und Reed-Schalter, ein Tischtennisball-Anemometer für die Windgeschwindigkeit ist auch schnell gebaut, nur das Kalibrieren muss man irgendwie hinbekommen. Mit GPS kannst du auch auf einen Kompass verzichten, wenn du immer in Sichtweite bleibst. Bei GPS Ausfall wäre ein Kompass natürlich besser, ebenfalls wenn man nur kleine Wege zurückgelegt hat, damit man ne bestimmte Richtung hat. Die Neigungssensoren kann man über Beschleunigungssensoren machen, sollte auch kein großes Problem sein.

[holzi]

Guten morgen,
gerade auf einen Kompass kann trotz GPS nicht verzichtet werden. Wird das Modell auf der Stelle um die eigenen Achse bewegt, zeigt der Kompass die entsprechende Richtung an. GPS hingegen nicht. Aus diesem Grunde müssen schon beide Sensoren vorhanden sein. Eine entsprechende Segelwinde sollte auch vorhanden sein, damit die Segelstellung in Abhängigkeit der Windstärke gestellt werden kann. Normaler weise muss auch die Segelfläche in Abhängigkeit des Windes veränderbar sein, wobei aber darauf wahrscheinlich verzichtet werden kann. Es stellt sich für mich die Frage, ob es sinnvoll ist, dieses recht kleine Modell autonom fahren zu lassen oder es erst einmal zu versuchen, es teil-autonom zu benutzen.
Peter

[Jacob2]

Das Ding ist 50cm lang und ca. 80-85cm hoch also eher recht klein. Es erstmal teil-autonom fahren zu lassen erscheint mir doch erstmal besser.
Was kostet denn so ein GPS-Empfänger, ich fürchte nämlich, dass das ganze (für mich) viel zu teuer wird. Ich hab mal nach Kompanten geguckt, der CMPS03 soll ja mit 40€ noch ganz günstig sein (so einen teuren Sensor hab ich noch nie gekauft!). Ein Tischtennisball-Anemometer klingt schonmal schön günstig, ich dachte eher das alles etwas einfacher zu gestalten (aber vielleicht klappts dann nicht), da mein Taschengeld auch nicht gerade die Einkünfte einen Millionärs sind :mrgreen: aber man will sich ja nicht beschweren! Lange Fahrten soll das Ding eh nicht machen, da ich dafür garnicht die möglichkeiten habe (Entfernung vom Ufer 10- max. 15m)!
Danke für die vielen Ideen!

[Besserwessi]

Auf eine Messung der Windgeschwindigkeit könnte man eventuell erst mal verzichten. Wenn zu viel Wind ist kriegt man das auch am Ufer mit und bei wenig Wind ist es fürs Segeln eigentlich egal wie viel Wind man hat. Einen groben Schätzwert kriegt man ja schon über die Neigung und die Geschwindigkeit. Wichtiger ist da die Windrichtung. Das Problem wird da vor allem sein einen kleinen und leichten Sensor zu finden, denn der sollte oben auf den Mast.

[Jacob2]

Hi,
für die Windrichtung könnte ich mir sowas vorstellen, aber das ist eigentlich schon sehr groß für auf den Mast:

[the_Ghost666]

Die etwas kompaktere Lösung wäre einfach ne Windfahne, an der ein Magnet befestigt ist. Dann 4-8 Hallsensoren oder noch einfacher, Reedkontakte anbringen. Wenn die Sensoren oder Kontakte eng genug aneinander stehen, kann man auch mit 4 Sensoren bereits 8 Richtungen festlegen. Die Frage ist, wie viel Auflösung braucht man bei der Windrichtung?

Der Mast ist hohl? Was für einen Durchmesser und Profilform hat er? Welches Material?
Optische Erkennung ist sicher machbar, aber da würd ich die Encoderscheibe auf jeden fall gut einlaminieren.

[Besserwessi]

Die optische Ausführung hat nur eine relativ geringe Auflösung und ist trotzdem schon relativ aufwendig. Man kreigt das noch etwas kleiner, wenn man die Lichschranken nicht allle an einer Seite anbaut, sondern z.B. auf 4 richtungen Verteilt. Für mehr Auflösung könnte man die Lichtschranken eventuell analog auswerten um zwischenwerte zu bekommen.
Sonst gibt es noch magnetische Dehrwinkelsensoren, je nach Magnet könnte das kleiner werden.

[holzi]

Funktioniert das nicht auch mit einem Endlos-Potentiometer, an dem eine Windfahne gesetzt wird? Über den Wiederstand sollte dann die Windrichtung zu bestimmen sein.

[Besserwessi]

Endlospoties haben immer einen kleinen tote Bereich und außerdem etwas Reibung. Wegen der Reibung muß die Fahne größer werden. Sonst könnte das gehen.

[the_Ghost666]

Auch eine nette Lösung wäre ein Inkrementalgeber. Die kann man auch einfach machen oder fertig kaufen (dann meist mit Rastfunktion). Der Vorteil ist, dass man nur 2 Sensoren braucht und sehr fein Auflösen kann (je nach Baugröße des Sensors), der Nachteil liegt natürlich darin, dass es keine definierte Nullposition gibt, man muss es also vor dem Start das Boots einrichten (im Zweifelsfall eine Markierung am Mast, Windfahne zur Markierung drehen, Mikrocontroller mittels Reset starten).

[Jacob2]

Ein Poti hat glaub ich zu viel Widerstand (physisch!) dafür!
Mein Vater hat die Schublehre verlegt, deswegen schätze ich mal der Mast hat 8mm Durchmesser, er ist aus Plastik (genauer weis ichs nicht) und ist hohl. Das mit Magneten ist natürlich auch eine gute Idee, aber die Auflösung wird man nicht so hoch hinbekommen. Was meint ihr, wieviele Richtungen sind zum "Basic-Segeln" nötig?

[the_Ghost666]

sag das mal nicht, es gibt einen Chip, den die vor einigen Ausgaben in der Elektor hatten, ein SMD IC, auf das du einen Magenten legst. Wenn du den auf dem IC drehst, bekommst du Auflösungen von min. 4Bit, also 16 Richtungen hin. Und sowas passt auch in den Mast (oder an die Spritze).

[oberallgeier]

Hi, alle,

... für die Windrichtung könnte ich mir sowas vorstellen ...Hmmm, da überfällt mich doch leises Schaudern. Einmal würde ich für so eine Anzeige nicht einen absoluten Encoder mit nicht-einschrittigem Code nehmen. Ausserdem ist die gezeigte Auflösung im interessanten Bereich recht grob *brrrrr* - zu grob?.


... Die Frage ist, wie viel Auflösung braucht man bei der Windrichtung ...Genau das ist doch die Frage! Ich kann mir nicht vorstellen, dass ein autonom fahrendes Segelboot die 90° zwischen den beiden Raumwindkursen fährt - oder gibt es an Bord einen Spinnaker? (Ok, blöde Frage *gggg*. Es fallen noch die 90° zwischen den beiden Am-Wind-kursen weg. Also braucht man nur 2 x 90° - der Rest der Anzeige ist bestenfalls grob von Interesse - Genauigkeit höchstens ein halber Quadrant. Dagegen ist (wenn ich segle) der Abschnitt zwischen halbem Wind und hart am Wind von besonderem Interesse. Dort sollte also mit möglichst hoher Auflösung gemessen werden. Ansonsten sollte man sich klar sein darüber, dass die Segelei nur so ungefähr stimmen kann. Aber "ungefähr" könnte ja bei "autonom" immerhin schon eine hohe Leistung sein!

[holzi]

Guten morgen
ich habe hier bei den vielen Ideen zur Messung der Windrichtung ein Problem. Das Boot ist recht klein.Joacob2 schreibt auch, dass der Mast aus 8mm Plastik besteht und hohl ist. Dieser Sensor muss auf dem Mast befestigt werden. Also spielt vor allem auch die Größe dieses Sensors mit.
8 Hallsensoren, Lichtschranken, Codescheibe oder der gleichen. Meiner Meinung nach ist das alles zu groß, um oben auf dem Mast dieses Modells befestigt zu werden. Da muss es sehl kleines süßes als Sensor angebaut werden. Was das sein soll, weiss ich momentan auch nicht. Es darf jedenfalls nicht so gross sein, wie bisher hier.

Peter

[Besserwessi]

Die magnetischen Sensoren sind relativ klein. Die extra ICs für die Drehwinkelmessung sind nur ein SO8 SMD Gehäuse, das würde kaum über die Durchmesser 8 mm überstehen. Alelrdings kann man da keine Achse mehr durch die Mitte stecken.

Man kann die optische auswertung auch analog machen. Dann sollte man mit 2 Reflexlichtschranken auskommen, die man am besten um 90 Grad versetzt anbringt. Die Auflösung wird nicht sehr groß, aber immer noch eher besser also der optische Vorschlag oben, bei digitaler Auswertung.

[Roboman93]

du könntest auch einen Lichtsensor abschirmen und an der achse der fahne ne scheibe befestigen, die von schwarz bis weiß übergeht und dann die helligkeit messen.

mfg roboman

[seahake1]

halli hallö leute ich hoffe ihr könnt mir helfen ich brauche da für eine modebout konstruktion eine Welle(stevenrohr)ein kumpel hat mir die mit der lippdichtung (Steverohr) empfohlen was meint ihr dazu? :D

[oberallgeier]

Hi seahake1,

ich kenne Stevenrohre (an realen Booten) mit 2 Stopfbuchspackungen, zwischen denen sich eine Fettfüllung und natürlich ein Wellenlager befinden. Vermutlich reicht beim Modellboot ein eng toleriertes Rohr um die Schraubenwelle, das recht gut geschmiert sein muss. Ich kann mir vorstellen, dass Silikonfett, notfalls Silikonöl, an dieser Stelle optimal ist. Aber - ich fahre selten mit Motor, lieber mit Segel :). Klartext: ich kenn mich nicht wirklich aus damit.

Eine Lippendichtung - na ja, wenn die Dichtung (der Gummi bzw. das Elastomer) gut gekühlt und gut geschmiert wird , könnte das schon gehen. Kommt sicher auf die Drehzahl vom Antriebsmotor an.

[Ceos]

also ohne es selber getestet zu haben möchte ich mal noch ein paar fakten hinzufügen die zu bedenken sind

das boot kippt, es neigt sich es rollt ... der mast bewegt sich dabei einige cm nach links und rechts vor und zurück .. denkt ihr dass eine "windfahne" mit egal welchem abnehmer da vernünftige erte gibt ? meiner meinung nach würde schon bei sehr leichtem wellengang oder alein durchwendemanöver bedingt die windfahne nur so rotieren ohne wirklich die windrichtung anzugeben!

der CMPS03 ist ebenfalls sehr kippempfindlich, da bekommste niemals saubere ergebnisse, es gibt da eine wesentlich teuerere variante die es aber meines wissens nur in den USA gibt, welche neigungen bis 45° ausgleicht und immer die richtige himmelsrichtung zurückgibt und sogar die neigung, allerdings nur in einer richtung

ich weis diese fakten sind sehr pesimistisch, wenn sie jemand zu zerstreuen wagt, trau ich mich vielleicht auch mal an mein eigenes segelboot ran ^^ ich habs aufgegeben weils mir zu kompliziert wurde ... ich hab mich irgendwann damit zufrieden gegeben eine basisstation einzurichten mit der ich windstärke und windrichtung erfasse und davon ausgehe dass es auf dem wasser ähnlich ist, den kurs bekomm ich sobald das boot sich ein stück bewegt und dann korrigier ich einfach (GPS ist ganz gut aber springt manchmal, liegt wohl an meinem empfänger)

[oberallgeier]

... das boot kippt, es neigt sich es rollt ... denkt ihr dass eine "windfahne" mit egal welchem abnehmer da vernünftige erte gibt ...Da bin ich jetzt gespannt, bei welchen Zuständen Du das beobachtet hast bzw. auf welcher Erfahrung Deine Aussage beruht.

Ich bin (bisher) nicht über 8 Windstärken und Seegang 5, vielleicht auch 5+, hinausgekommen. Bei Masthöhen um die 20 m wackelt der Top schon anständig. Praktischerweise ist das aber bei manntragenden Booten so, dass grober Seegang gleichzeitig mit starkem Wind auftritt. Ohne dass ich darüber extra Studien angestellt hätte und ohne die Möglichkeit seltener Ausnahmen zu verneinen:

Kurz gesagt: Die Windfahne zeigte immer richtig.

Allenfalls bei schwachwindigen Lagen, bei denen ich die Segel nie draussen hatte, oder bei auffälliger Thermik über See kreist das Fähnchen manchmal munter. Bei Thermik über See stört (mich) das ständige Drehen des Windes so sehr, dass die Segel auch drin bleiben.

[Ceos]

vergeleich mal die dimensionen, masse eines windfähnchen am großen segelboot und masse eines vegleichbaren windfähnchen am modell, das modell hat nen windfähnchen aus blei wenn du es auf n großes boot skalierst, wenn der wind auch nur ein bisschen unbeständig ist wippt das boot und das fähnchen fängt an zu rotieren, oder wenigstens heftig hin und her zu wackeln (ich sag ja das ist sehr pesimisitsch betrachtet, ich denke mal man könnte eine wichtung der messwerte machen und dann einen mittelwert für die richtung errechnen)

ausserdem schaukelt ein modellboot wesentlich schneller und hefiger im vergleich als ein großes

um mal auf den punkt zu kommen, ich hab mal ein ganz billiges windfähnchen (so aus plastik und mit sinterlager) auf mein kleines segelboot gebastelt und da hat es nicht wirklich zuverlässig die richtung angezeigt, es hat halt nur rumgekreiselt und sich gerne in die richtung geneigt in die das boot grad gekippt ist und hat sich vom wind nur mäßig beeindruckt gefühlt wenn ich z.B. scharf am wind fahre

[seahake1]

OberalHlgeier ich danke dier für die hilfreiche information.Ich probiere einfach mal aus.Übrigens habe ich bezüglich fersteuerung eine segelbootes eine frage.Wie verädert man beim boot die Richtung.In den man den ruder verstelllt,oder den segel,oder beides.Habe da ein Projekt
mit eine Rc drohne mit Segel(lange Geschichte :D ).

[oberallgeier]

Hi, seahake1,


... Wie verädert man beim boot die Richtung ...Mal gaaaaanz einfach und gaaaaaanz grob:
1. Der gewünschte Kurs wird mit dem Ruder angefahren und danach die Segel gestellt (Bei Regatten läuft das alles gleichzeitig *gggg*). Sinnvoll ist es anschließend, dass Du die Segel optimal einstellst und während des so eingestellten Schlags bei geringen Änderungen der Windrichtung mit dem Ruder den Kurs nachregelst bis die Segel wieder optimal stehen.
Anmerkung dazu: Das verlangt natürlich, dass Du weißt, wohin Du willst, woher der Wind weht (es gibt scheinbaren und wahren Wind) - und manches mehr wie z.B. Abdrift etc.
2. Das Großsegel sollte den Winkel zwischen Rumpf-Längsachse und Wind etwa halbieren.
Anmerkung dazu: Hier ist nur eine ungefähre Segelstellung genannt. Diese Antwort berücksichtigt nicht evtl. Segeltrimm - also Veränderung der Spannung in einem der Segellieken (= Segelränder, drei, wenn Du z.B. Bermudasegel fährst), evtl. Trimm des Mastes vor allem bei kleineren Booten wie FD und so weiter.
3. Das (oder die) Vorsegel werden so eingestellt, dass in der Groß kein Bauch entsteht nach der falschen Seite (Einbeulung des Großsegels nach "innen") durch den vom Vorsegel abgelenkten Wind.

Etwas genauer dürfte es hier stehen (http://de.wikipedia.org/wiki/Segeln) oder in anderen Erklärungen. Kauf Dir vielleicht ein Segel-Lehrbuch. Die Segeltheorie zum (optimalen) Kurs ist ebenso komplex wie die Aerodynamik des Segel(n)s.

Viel Erfolg

[seahake1]

jo danke nomol oberallgeier.Grüssi seaake1. :D