Κατασκευή goto για truss: ''ΙΠΠΑΡΧΟΣ''

Μετά από αρκετό καιρό απραξίας, ξεκίνησα να φτιάχνω την κατασκευή της βάσης. Η βάση αποτελείται από 2 μέρη, το κάτω μέρος όπου θα είναι ακίνητο και το πάνω μέρος που θα κινείται. Το σύστημα μετάδοσης κίνησης αποτελείται από άξονες οι οποίοι με πίεση θα μεταφέρουν την κίνηση από τα μοτέρ στα μετακινούμενα μέρη.

 

Τα επόμενα βήματα είναι να τοποθετηθούν τα μοτέρ αλλά και τα ποντίκια πάνω στη βάση.

 

Μερικές φωτογραφίες από την κατασκευή...

 

Ένας από τους 4 άξονες όπου θα κάθεται πάνω το τηλεσκόπιο

 

Το πάνω μέρος με τα κουζινέτα για την κίνηση στο Alt

 

Εδώ τα σημεία επαφής των ρουλεμάν.

 

Τα ράουλα τοποθετημένα στο κάτω από κάτω από τη βάση

 

Ένα από τα ράουλα για την κίνηση στο αζιμούθιο

 

Ο άξονας όπου θα προσαρμοστεί το μοτέρ

Δημήτρη , πολύ ογκώδη δεν είναι τα κουζινέτα? Επίσης βλέπω ότι έχουν γρασαδοράκια δηλαδή τα ρουλεμαν δεν ειναι αυτολιπαινόμενα και θα χρειάζονται γρασαρισμα . Αυτό θα έχει σαν συνέπεια να κολλάει χώμα . Νομίζω πως μπορείς να βρεις κάτι λιγότερο ογκώδες και βαρύ και περισσότερο χρηστικό.

Θανάση, οι γνώσεις μου δυστυχώς στα μηχανολογικά με περιορίζουν. Έψαξα πολύ στο να αποφασίσω πώς θα υλοποιήσω τη βάση. Θα μπορούσα για παράδειγμα να έβαζα 2 άξονες να περνάνε από τη μια μεριά στην άλλη περιορίζοντας έτσι τον αριθμό στα κουζινέτα στα 4 αντί 8, αλλά μετά θα έπρεπε να έβαζα τροχούς στους άξονες αλλιώς θα έβρισκαν οι άξονες στο mirror box. Βάζοντας 4 άξονες έπρεπε να βάλω 2 κουζινέτα σε κάθε ένα για να κρατάει κόντρα το ένα το άλλο αλλιώς τα ρουλεμάν που βρίσκονται μέσα αλλάζουν κλίση από το βάρος που δέχεται ο άξονας.

 

Τα κουζινέτα είναι μεγάλα και ογκώδη. Όμως δεν βρήκα κάτι άλλο. Υπάρχουν κάτι κουζινέτα πιο λεπτά light τύπου που δεν είναι χυτοπρεσαριστά αλλά δεν τους είχα εμπιστοσύνη. Μην ξεχνάς ότι εκεί πάνω θα κάτσουν περίπου 30 κιλά δηλαδή 7,5 κιλά βάρος σε κάθε άξονα οπότε έπρεπε ο άξονας να είναι χοντρός για να μην κάμπτεται. Ο συγκεκριμένος είναι 12mm πάχος και είναι από ανοξείδωτο ατσάλι.

 

Αυτό με το γράσο και το χώμα δεν το είχα σκεφτεί. Το να αλλάξω τώρα κουζινέτα και να βάλω άλλου τύπου δεν με συμφέρει οικονομικά, ίσως να περιορίσω τους ρύπους κλείνοντας τα μέσα σε ένα κουτί ώστε μόνο ο άξονας να περισσεύει.

Επαναφέρω το θέμα μετά από αρκετό καιρό. Θα ήθελα να αναφέρω τα προβλήματα που αντιμετώπισα τα οποία δυστυχώς με έκαναν να τα παρατήσω για αρκετό καιρό. Δυστυχώς με την κατασκευή της βάσης αλλά και με δοκιμές σεναρίων διαπιστώθηκαν προβλήματα που δεν είναι δυνατό να λυθούν με την υπάρχουσα αρχιτεκτονική.

 

Το πρώτο κύριο πρόβλημα ήταν τα mouse.

Μετά από μια σειρά σεναρίων χρήσης συμπέρανα δυστυχώς ότι τα mouse δεν έχουν σωστή επαναληψημότητα. Δηλαδή αν κουνήσεις το mouse από ένα σημείο σε ένα άλλο και μετά πάλι πίσω, παίρνεις διαφορετικές τιμές στην απόσταση που διανύθηκε. Επίσης επειδή πρόκειται για optical mouse η προσαρμογή τους πάνω στη βάση ήταν αδύνατη για το λόγο ότι δεν ήταν δυνατό να ακουμπάει πάντα το mouse πάνω στα κινούμενα μέρη. Αυτό δίνει ακόμη μεγαλύτερο σφάλμα στη θέση που έχει το τηλεσκόπιο κάθε στιγμή.

 

Το δεύτερο πρόβλημα ήταν στην κατασκευή της βάσης και στον τρόπο μετάδοσης της κίνησης τόσο στο alt όσο και στο az. Επειδή η αρχική μου σκέψη ήταν να μπορώ να κουνάω το σωλήνα και με το χέρι, θα έπρεπε η μετάδοση να γίνεται μέσω τριβής και όχι μέσω κάποιου γραναζιού ή ιμάντα χρονισμού που θα "κλειδώνει" την κίνηση. Προσπαθώντας να ικανοποιήσω αυτή την απαίτηση δημιουργήθηκε μια βάση πολύ μεγάλη σε όγκο και ταυτόχρονα πολύ βαριά (Θανάση είχες δίκιο).

 

Μετά από όλα τα παραπάνω, κατέληξα στο συμπέρασμα ότι έπρεπε να ανασχεδιάσω σχεδόν τα πάντα. Μεγάλη απογοήτευση, πολύ χρόνος τσάμπα και χρήμα. Πρόσφατα αγόρασα ένα βιβλίο από Willmann-Bell "Telescope Control". Το βιβλίο είναι πολύ καλό και περιγράφει τις απαιτήσεις που πρέπει να πληρεί ένα σύστημα παρακολούθησης και εντοπισμού τηλεσκοπίου. Αναλύει όλους τους τύπους των μοτέρ που υπάρχουν, αλγόριθμους, αισθητήρες κίνησης και πολλά άλλα θέματα υλικού και λογισμικού.

 

Σύστημα ανοιχτού βρόχου

Το σύστημα ανοιχτού βρόχου δεν χρησιμοποιεί κωδικοποιητές γωνίας για να δίνει ανάδραση την τρέχουσα θέση. Αντί αυτού χρησιμοποιεί βηματικούς κινητήρες. Οι βηματικοί κινητήρες κινούνται σε προκαθορισμένα βήματα. Χρειάζονται εξειδικευμένο υλικό και λογισμικό για να μπορέσουν να λειτουργήσουν. Γνωρίζοντας κάθε φορά τη θέση από τον αριθμό των βημάτων που δίνουμε μπορούμε να ξέρουμε έμμεσα πού βρίσκεται το τηλεσκόπιο. Το σύστημα είναι πιο απλό στην υλοποίηση, χρειάζεται λιγότερο λογισμικό για να τρέξει και είναι ιδανικό για συστήματα σχετικά μικρής ακρίβειας (όχι επιπέδου αστεροσκοπείου). Το μόνο μειονέκτημα του είναι ότι το τηλεσκόπιο δεν μπορεί να κινηθεί με το χέρι γιατί το σύστημα δεν θα γνωρίζει μετά που βρίσκεται. Οπότε θα πρέπει με κάποιο τρόπο να κλειδώνει η κίνηση του, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τις ισημερινές στηρίξεις.

 

Πρόσφατα ξεκίνησα τον ανασχεδιασμό του συστήματος με τη νέα αρχιτεκτονική (HARD WORK STARTED).

 

Το βιβλίο της Willmann-Bell

Επαναφέρω το θέμα μετά από 1 χρόνο. Μετά από τις προηγούμενες προσπάθειες αναγκάστηκα να αλλάξω τελείως την αρχιτεκτονική του συστήματος και να βασιστώ σε βηματικούς κινητήρες χωρίς ανάδραση και όχι σε servo. Το σύστημα είναι πιο απλό στην υλοποίηση και πολύ πιο φτηνό μιας και δεν χρειάζεται να λαμβάνει την τρέχουσα θέση από κωδικοποιητές θέσης (οι οποίοι ανεβάζουν πολύ το κόστος). Το μειονέκτημα του είναι ότι δεν μπορείς να μετακινήσεις το τηλεσκόπιο με το χέρι γιατί μετά το σύστημα δεν θα γνωρίζει που βρίσκεται. Μετά από επανασχεδιασμό σας παρουσιάζω μια πρώτη έκδοση του συστήματος το οποίο έχει προσαρμοστεί σε τηλεσκόπιο με αντιστηρίγματα (truss) και έχει υλοποιηθεί για στηρίξεις αλταζιμουθιακές.

 

Τα κύρια χαρακτηριστικά του συστήματος είναι:

 

-Εντοπισμός στόχου (goto) με βάση ουρανογραφικές συντεταγμένες (R.A., Dec)

-Παρακολούθηση στόχου (tracking) σε alt-az κίνηση.

-Ευθυγράμμιση 3 αστέρων (2 για goto συν 1 για επίπεδο).

-Χειρισμός μέσω εφαρμογής Android ασύρματα μέσω bluetooth.

-Ηλεκτροκίνητος χειρισμός με δυνατότητα μικροκινήσεων.

-Αυτόματη εισαγωγή τοποθεσίας μέσω GPS του smartphone.

 

Επίσης το σύστημα παρέχει στο χρήστη τις παρακάτω ρυθμίσεις:

 

-Ορισμός ορίου για altitude (alt limit)

-Ρυθμός ανανέωσης δεδομένων (update rate)

-Λόγος γραναζιών για τη βάση μας (gear ratio)

-Κατεύθυνση μοτέρ (CW, CCW)

 

Το σύστημα χρησιμοποιεί τη μέθοδο 3 αστέρων προκειμένου να χαρτογραφήσει τον ουρανό και να μπορεί να πλοηγηθεί. Για μεγαλύτερη ευκολία του χρήστη το σύστημα χρησιμοποιεί 2 αστέρια ενώ για καλύτερο εντοπισμό χρησιμοποιεί ένα 3ο για οριζοντιοποίηση (leveling).

 

Αυτά για την ώρα. Θα προσπαθήσω να αναλύσω περισσότερο το σύστημα σε επόμενες αναρτήσεις. Ακολουθούν φωτογραφίες της εφαρμογής σε Android.

 

Ανανέωση τοποθεσίας.

 

Εισαγωγή στόχου.

 

Ρυθμίσεις

 

Ορατά αστέρια βάση τοποθεσίας και ώρας.

 

goto and tracking

 

Ευθυγράμμιση 2 γνωστών αστέρων

 

Επιλογή στόχου για οριζοντιοποίηση

 

Χειροκίνητη κίνηση με δυνατότητα ρύθμισης ταχύτητας.

Πολύ εντυπωσιακό!

 

Για να δούμε τον αλγόριθμο ελέγχου της στήριξης προτείνεις το παραπάνω βιβλίο;

 

Καλή συνέχεια!

Αλέξανδρος

Για να δούμε τον αλγόριθμο ελέγχου της στήριξης προτείνεις το παραπάνω βιβλίο;

Αλέξανδρος

Το παραπάνω βιβλίο είναι λιγάκι παλιό σε τεχνολογία αλλά οι αρχές λειτουργίας που περιγράφει ισχύουν και σήμερα. Το βιβλίο δεν αναλύει αλγορίθμους αλλά αναπτύσσει αρχές λειτουργίας, παρουσιάζει υλικά όπως μοτέρ, αισθητήρες, κιβώτια γραναζιών κτλ. Είναι περισσότερο θεωρητικό παρά πρακτικό που όμως βοηθάει στο να καταλάβεις πώς δουλεύει ένα σύστημα.

 

Το κύριο κομμάτι του αλγόριθμου είναι από τη μελέτη που έχει κάνει ο Toshimi Taki που αναλύει μια μέθοδο μετασχηματισμού συντεταγμένων το οποίο μπορεί να το βρει κάποιος εδώ:

http://www.geocities.jp/toshimi_taki/matrix/matrix.htm

 

Ο αλγόριθμος έχει υλοποιηθεί σε C και έχει ενσωματωθεί σε μικροελεγκτή Arduino, ενώ επιπλέον έχουν υλοποιηθεί και άλλες βοηθητικές ρουτίνες από το βιβλίο Practical Astronomy with your Calculator or Spreadsheet το οποίο το προτείνω ανεπιφύλακτα για όποιον θέλει να ασχοληθεί

http://www.amazon.com/Practical-Astronomy-your-Calculator-Spreadsheet/dp/0521146542

ΟΚ σε ευχαριστώ

Το βιβλίο του Taki κάααπου το έχω εκτυπωμένο στα ράφια μου.

 

Ευχαριστώ για τις πληροφορίες

Αρχιτεκτονική

Το σύστημα αποτελείται από 3 βασικά μέρη:

 

1. Τα μοτέρ.

2. Τα ηλεκτρονικά.

3. Το γραφικό περιβάλλον.

 

Τα μοτέρ της βάσης είναι βηματικά 200 βημάτων ανά περιστροφή με ενσωματωμένο μειωτήρα στροφών με σχέση 1/100. Τα μοτέρ οδηγούνται από 2 οδηγούς BigEasyDriver για βηματικούς κινητήρες οι οποιοι ελέγχονται από την καρδιά του συστήματος όπου είναι ο μικροελεγκτής. Ο μικροελεγκτής είναι ένας Arduino DUE ο οποίος δουλεύει στα 32bit και στον οποίο τρέχει το firmware. Οι βασικές λειτουργίες του είναι να τρέχει τον αλγόριθμο υπολογισμού θέσης, να κάνει tracking, τα κρατάει εσωτερικό ρολόι και να αποθηκεύει τις επιλογές του χρήστη. Η επιλογή των 32bit έγινε γιατί οι μεταβλητές που χρησιμοποιούνται μέσα στο firmware πρέπει να είναι double και όχι float πράγμα το οποίο δεν μπορεί να υποστηρίξει η αρχιτεκτονική των 16 bit. Τέλος για την επικοινωνία των ηλεκτρονικών υπάρχει ένας πομποδέκτης (module) bluetooth ο οποίος διασυνδέει τον μικροελεγκτή με το γραφικό περιβάλλον. Το γραφικό περιβάλλον είναι υλοποιημένο σε πλατφόρμα smartphone και επικοινωνεί με το ηλεκτρονικό μέρος ασύρματα μέσω bluetooth. Το γραφικό περιβάλλον εκτός του ότι παρέχει στο χρήστη μια διεπαφή, χρησιμοποιείται για να εισάγει δεδομένα ώρας, ημερομηνίας και τοποθεσίας στο μικροελεγκτή τα οποία είναι απαραίτητα για τον αλγόριθμο και τις υπορουτίνες.

Μερικές φωτογραφίες ακόμη από το σύστημα.

 

Κοντινό στο αζιμούθιο.

 

Η ρομποτική βάση

 

Τα ηλεκτρονικά. Διακρίνετε ο Arduino και οι drivers των μοτέρ. Έξω από το κουτί δεξιά είναι το bluetooth

Αν κατάλαβα καλά από τη φωτογραφία, το γρανάζι του αζιμουθίου το έφτιαξες από ξύλινο δίσκο με ιμάντα χρονισμού στην περίμετρό του. Πολύ καλή ιδέα (για κατασκευή μεγάλου και φτηνού γραναζιού). Το έχεις δοκιμάσει; Πώς είναι στη συμπεριφορά του; Έχει backlash;

Ναι ακριβώς αυτό έχω κάνει τόσο στο αζιμούθιο όσο και στο ύψος και δουλεύει πολύ καλά. Στο ύψος έχω προσαρμόσει τον ιμάντα σε μια από τις καμπύλες του ύψους. Τα μοτέρ έχουν backlash το οποίο οφείλετε πιο πολύ στο μειωτήρα στροφών. Αυτό μπορώ να το υπολογίσω (δεν το έχω κάνει ακόμη) και να το συμπεριλάβω στους υπολογισμούς μου ώστε να διορθώνεται κάθε φορά που αλλάζει κατεύθυνση το μοτέρ. Δεν το έχω κάνει ακόμη μιας και είμαι σε φάση δοκιμών. Η πρώτη δοκιμή της βάση έγινε πιο πολύ για να δω αν έστω στο περίπου με πηγαίνει στο στόχο. Σε πρώτη φάση έχω απόκλιση από το στόχο στο goto περίπου 1 μοίρα μετά από ευθυγράμμιση 2 αστέρων κάτι που ήταν πέρα από τις προσδοκίες μου. Θέλει όμως κι άλλη δουλίτσα. Εν αναμονή θα ανεβάσω βιντεάκι που να δείχνει την κίνηση.

Δημήτρη όσο πάει γίνεται και καλύτερο. Συγχαρητήρια για την υπομονή και την επιμονή σου να πετύχεις την κατασκευή του!

Μια απορία… Ο ιμάντας είναι ελαστικός; Αν ναι, αυτό δεν δυσκολεύει τις ρυθμίσεις για τον υπολογισμό του backlash; Με λίγα λόγια θα μπορεί να έχει καλή ακρίβεια, ή η ελαστικότητα θα είναι ένα αστάθμητος παράγων;

Υπάρχει αυτό που λες με τον ιμάντα αλλά δεν είναι τόσο έντονο. To πρόβλημα του backlash είναι πολύ μεγαλύτερο. Τώρα κοιτάζω στο site όπου παρήγγειλα τα μοτέρ ότι το backlash χωρίς φορτίο είναι <= 1 μοίρας (http://www.omc-stepperonline.com/gear-ratio-1001-planetary-gearbox-nema-17-stepper-motor-17hs191684spg100-p-46.html). Οπότε λαμβάνοντας υπόψιν το μέγιστο σφάλμα θα πρέπει να μετατρέψω το σφάλμα αυτό σε βήματα και να στέλνω τα επιπλέον βήματα στο μοτέρ. Το σφάλμα θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψιν μόνο όταν αλλάζει κατεύθυνση το μοτέρ οπότε θα πρέπει να ξέρω κάθε φορά την κατεύθυνση που έχει το μοτέρ (δεξιά ή αριστερά) και την επόμενη.

 

Στο μεταξύ έχω ανεβάσει βίντεο με όλο το setup της βάσης εδώ:

Τί είδους ιμάντα-γρανάζι χρησιμοποίησες; Εγώ δοκίμασα κάτι παρόμοιο με ιμάντα XL (5,08 χιλ pitch) - σε μικρότερη σχέση μετάδοσης (180:10) και το αποτέλεσμα ήταν απογοητευτικό (ο ιμάντας δεν μπορεί να συνεργαστεί με το γρανάζι). Ο λόγος είναι νομίζω ότι ο ιμάντας έχει σχεδιαστεί να λειτουργεί με αντίστροφη καμπυλότητα (τα δόντια προς το εσωτερικό με κατεύθυνση το καθένα προς το κέντρο του γραναζιού που "αγκαλιάζουν"). Να υποθέσω ότι δεν έχεις πρόβλημα γιατί χρησιμοποιείς μεγάλα γρανάζια, άρα μικρές καμυλότητες-παραμορφώσεις;

Μετά από μια ακόμη δοκιμή διαπίστωσα ότι μπορεί να δουλέψει. Έφταιγε η απόσταση μεταξύ των δυο γραναζιών...