Sensor für vertikale Messung ?

[GimbalFreak]

Hallo Leute,
Ich such einen Sensor der die vertikale / horizontale veränderung pro zeitabstand misst.
Geht das mit einem IMU da steht immer was von Beschleunigungssensor, aber kann man darüber die Strecke berechnen ?
Wenn nicht, gibt es eine Möglichkeit dies mit etwas anderem zu messen?
Danke im Voraus
Paul

[Besserwessi]

Über Beschleunigungssensoren kann man die Bewegung erfassen. Um auf die Stecke zu kommen muss man da aber 2 mal Integrieren und bekommt entsprechend leicht Drift rein. Als Ergänzung zu einem anderen Verfahren geht es aber.

Wenn der Beschleunigungssensor sehr gut ist, kann man über die Abhängigkeit der Erdbeschleunigung von der Höhe auch die Vertikale Position bestimmen - das erfordert aber einen sehr guten Sensor.

Ein anderer Weg wäre über den Luftdruck und die Barometrische Höhenformel. Auch GPS liefert die Höhe.

[GimbalFreak]

Danke für die schnelle Antwort
Ich bräuchte eben einen bzw. drei sensoren die mir 'Veränderungen auf der x, y und z-Achse liefern. Gibt es da was das das direkt ausgibt oder muss man es über die Beschleunigung machen, und wenn ja, welche ist die effizienteste ( heißt möglichst einfach und möglichst genau)

Dazu muss man sagen dass diese messungen auf den mm- 0,5 cm genau sein sollten wenn es geht

[Geistesblitz]

Was für Änderungen? Ich schätze mal, es sind Wegänderungen gemeint, wieso nicht gleich beim Namen nennen?
Wegänderung pro Zeit wäre auch bekannt als Geschwindigkeit.
Ist die frage, von was du die Größen messen willst. Ist es frei beweglich (Qudrocopter) oder wird es an einem Rahmen bewegt? Für Genauigkeit ist es nämlich meist erforderlich, dass man einen guten Bezugspunkt für die Messung hat. Ein Beschleunigungssensor hat eben das Problem mit der Drift, weil eben immer kleine Abweichungen mit integriert werden. Steht der Sensor beispielsweise ein kleines bisschen schräg, wird ein klitzekleines bisschen von der Erdbeschleunigung auch von den horizontalen Achsen gemessen und integriert, der Weg würde dir dann entsprechend quadratisch weglaufen. Besser ist es da, mittels irgendwelcher stationären Bezugspunkte zu messen, da gibt es auch diverse Verfahren, zu denen hier aber andere sicherlich mehr wissen als ich. Wenn das sich bewegende Objekt an einem Rahmen hängt, lassen sich beispielsweise Anbaumessschieber verwenden, es gibt aber auch noch zB. optische und magnetische Messsysteme für solche Anwendungen.

[GimbalFreak]

ja ich will ein kameragimbal, so ne art flycam bauen und dabei in der x-Achse die verschiebung um wie viel es sich pro rechenschritt bewegtmessen um den motor gegendrehen zu lassen

[Che Guevara]

Hi,

also die vertikale Geschwindigkeit bekommst du am besten mit einem Luftdrucksensor (wenn du kein, wie o.g., stationäres System hast).
Die Genauigkeit wird wohl bei einem guten Sensor bei max. 15cm/s liegen (also kleinste gut messbare Größe), mit viel Hang zu Ungenauigkeiten.
Da hilft nur Filtern, damit wirds besser aber u.U. auch Zeitverzögert (Tiefpass-filter).
Die beste Möglichkeit wäre wohl, eine 7DOF IMU zu nutzen, sprich 3x Acc, 3x Gyro & Luftdrucksensor. Damit kannst du den Acc integrieren und das dann mit der Ableitung vom Luftdruck (bzw. der Höhe) fusionieren, gibt sehr gute Ergebnisse. Die Genauigkeit lässt sich so ca. auf 2cm/s steigern (grob geschätzt).
Zur Fusion eignet sich ein Komplementärfilter oder ein Kalmanfilter.
Optimalerweise wird die Beschleunigung in vertikaler Richtung noch Neigungskompensiert, sodass es in jeder Ausrichtung stimmt. Da kann es aber passieren, dass man die Ausrichtung nicht in Euler-Winkel representieren kann, sondern z.b. auf Quaternionen ausweichen muss, was wieder einiges an Rechenleistung / Zeit fordert.
Kommt eben auch drauf an, was für Resourcen du zur Verfügung hast.

Gruß
Chris

[GimbalFreak]

Danke Chris für deine Antwort auch wenn ich leider nicht alles verstehe da ich relativ neu in der Materie bin uns mich da noch nicht so gut auskennen was Sensoren etc. betrifft aber wenn ich den Sensor an einem fast komplett ruhigen Ort habe könnte ich dann evtl. das über die Beschleunigung berechnen weil ehrlich gesagt hörts sich das was du da schreibst extrem kompliziert an

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Bzw. wäre es nett wenn du es ab dem Euler Winkel nochmal in einfachere Worte fassen könntest da ich spätestens ab da nicht mehr mitkomme

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Oder gibt es vllt. Einen Sensor der nur für die wegänderung in eine Richtung misst ? Das wäre perfekt

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Und was hat es hiermit auf sich ?http://www.waycon.biz/products/draw-wire-sensors/

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Und von Sachen reccourcen bin ich kaum eingeschränkt

[Che Guevara]

Hi,

also es ist eben die Frage, von welchem Ort / Gegenstand du die Geschwindigkeit mit welcher Genauigkeit messen möchtest. Diese Umgebungsinformationen sind wichtig, um zu entscheiden, welches System für dich das beste ist! Wenn du zb. die Geschwindigkeit eines Fahrstuhls messen willst, könnte man das auch über Encoder machen, was erheblich genauer / einfacher wäre. Auf nem Quadrocopter z.b. ist der Weg über Luftdruck + Acc der richtige.
Du kannst, indem du den Beschleunigungswert eines Objektes integrierst, daraus die Geschwindigkeit berechnen. (simpler physikalischer Zusammenhang).
Der Luftdrucksensor gibt dir den momentanen Luftdruck an, den du mittels der barom. Höhenformel in die aktuelle Höhe umrechnen kannst. Das ist allerdings nicht die absolute Höhe (sofern du keinen Referenzpunkt des Druckes hast), ist aber auch nicht weiter schlimm in dem Fall.
Differenzierst du nun diesen Höhenwert, erhältst du daraus die Geschwindigkeit (ebenfalls physikalischer Zusammenhang).
Nun hast du die beiden gemessenen Geschwindigkeiten, welche beide Ungenauigkeiten haben:
- Der Luftdruck schwankt sehr stark, deswegen macht es nur Sinn, diesen über längere Zeit zu differenzieren, damit halbwegs vernünftige Informationen rauskommen. Da wirst du wohl auch noch einen Tiefpass (besser: KalmanFilter) brauchen, damit auch eine annehmbare Genauigkeit dabei rauskommt.
- Die Beschleunigung bzw. daraus berechnete Geschw. driftet mit der Zeit sehr stark, ist aber über kurze Zeiten sehr genau & stabil.
Nun brauchst du einen Filter / Algorithmus / whatever, der die beiden positiven Eigenschaften beider Systeme kombiniert und so die "Schwachstellen" ausmerzt.

Das geschriebene über Quaternionen / EulerWinkel ist für diese Erklärung jetzt nicht so wichtig, habs nur angeschnitten ;)
Im Prinzip brauchst du die Ausrichtung im Raum (Roll & Nich Winkel), um daraus in Verbindung mit den Beschleunigungswerten im Raum die Beschleunigung in die gewünschte (hier vertikale Achse, Z) Richtung bestimmen zu können, um das dann zu integrieren und auf die Geschwindigkeit zu kommen.
Da es bei den Eulerwinkeln (eine sehr intuitive Darstellungsform der Winkeln im Raum) zu einem sog. Gimbal Lock kommen kann (Nick od. Roll winkel >90° od. <-90°), funktioniert hier das System nicht mehr. Da stellt sich aber eben die Frage, ob es bei dir überhaupt dazu kommen kann, dass sich die Winkel soweit ändern (oder ob die sich überhaupt ändern).
Je mehr du über dein Einsatzziel verrätst, desto genauer kann eine Antwort ausfallen.

Gruß
Chris

[GimbalFreak]

OK ich Versuch das ganze mal möglichst genau zu beschreiben ich will an mein jetziges 3 axis gimbal ein "add-on" obendrauf bauen das die Bewegung auf der z Achse (also nach oben und unten) ausgleicht allerdings brauch ich ja dafür die Höhe die das teil ausgleichen soll und dass wollt ich über nen Sensor messen
Es hört sich wahrscheinlich doof an und es is wahrscheinlich auch komplett unsinnig,
aber gibt es keine Sensoren die sozusagen inner halb von einem Zeitraum messen um wie viel sie sich in eine Richtung/mehrere Richtungen bewegt/gedreht haben ?
Weil wenn man dann kurze Zeitabstände nimmt, dann ist das ja fast ein direkter Ausgleich der bewegung

[Che Guevara]

Also ein wenig genauer sollte es schon noch werden!
Wo ist das Gimbal befestigt? Welchen Bewegungsradius gibt es? Welche Genauigkeit brauchst du? Es gibt viele Sensoren, die Bewegung oder Drehung messen können.

Gruß
Chris

[GimbalFreak]

Das gimbal ein ist an einem griff, ähnlich einer flycam befestigt also frei in der luft udn der Sensor sollte auf ca. 1 mm genau sein der bewegungsradius ist eig. beliebig veränderbar da ich alles noch plane und nochcnichts gebaut habe

[Geistesblitz]

Aber dann wäre es doch eigentlich auch nötig, die Verdrehung des Aufbaus zu messen, da dein Gimbal ja wirklich frei beweglich ist. Dann bräuchtest du eigentlich einen kompletten Inertialsensor, wobei da 1mm Genauigkeit illusorisch ist.

[GimbalFreak]

OK aber was ist ein kompletter Inertialsensor im gegensatz zu einem "unkompletten" Inertialsensor? Und wie genau könnte das dann etwa werden ? Außerdem wird ja die Rotation vom 3 axis gimbal nahezu neutralisiert

[i_make_it]

Bei 1mm Genauigkeit, nimmt auch die Filmindustrie keine Steadycam mehr sondern schiengebundene Kameradollys. Die Warscheinlichkeit, das Du da als Einzelperson den Durchbruch schafst, an dem Entwicklungsfirmen mit dem entsprechenden Budget und Know How bisher scheitern ist recht gering. Wenn es nur darum geht wackelfrei zu Filmen, dann reicht aber schon ein Masse-Trägheits-System nach Garret Brown. (Steadycam). Das System ist soweit auch in der Lage den vertikalen Abstand zum Boden einzuhalten, bzw. Höhenänderungen sanft zu verschleifen.

[GimbalFreak]

http://www.rc-modellscout.de/robbe-telemetrie-vario.html was ist denn z.b. damit das hat doch 1 cm/s Genauigkeit, heißt das, dass ich wenn ich in hundertstel Sekunden Messe eine Genauigkeit von 0,1 mm habe bzw. abweichend so um 1 mm ?
Vom preis her ist es nach oben relativ weit offen

[Geistesblitz]

Du hattest ja erst nach einer Möglichkeit gefragt, wie du Bewegung in vertikaler und horizonteler Richtung messen kannst. Wenn dein Gimbal jedoch drehbar ist, so hängen diese Bewegungen zusätzlich von der Verdrehung ab und müssten somit wieder zurückgerechnet werden, um auf die Koordinaten des feststehenden Koordinatensystems (Inertialsystem) zu kommen. Dafür wäre es dann eben zusätzlich nötig, die Drehung des Objekts zu erfassen, und sowas ergibt dann einen Inertialsensor. Ohne entsprechende Signalverarbeitung wird man mit den Messsignalen aber auch nicht viel anfangen können und ich denk mal, dass Sensoren mit integrierter Signalverarbeitung ein Vermögen kosten dürften.

[GimbalFreak]

Ja aber wenn ich den Sensor an der kamerafläche die ja fast rotationsfrei ist , da die Rotation durch die anderen drei motoren ausgeglichen wird dann müsste es theoretisch doch auch über die Beschleunigung in x und y Richtung gehen

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Und wenn man die Neigung und so rausrechnen will wie geht das ? Über ein Programm ? Weil dann wäre es im Endeffekt ja nur eine zeitliche Frage ? Oder müssten dazu erstmal ein paar neue mathematische oder physikalische Gesetze entdeckt werden

[Geistesblitz]

Hmm, wenn die Verdrehung durch Kreisel o.ä. weitestgehend konstant gehalten wird, sollte das auch klappen.

Wenn man die Neigung herausrechnen will, dann braucht man Kinematik ;)
Also Drehgeschwindigkeit messen über Gyrometer, integrieren (und wahrscheinlich filtern) und mittels der Drehwinkel dann eine Koordinatentransformation durchführen. Ist dann viel Rechnen mit Vektoren und Matrizen. Wie das genau zusammenhängt kommt aber auch drauf an, wie die Daten angegeben werden, zB. braucht es beim räumlichen Drehen immer die richtige Reihenfolge der Drehachsen, da sonst das Ergebnis falsch wird.