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2010-03-29 12:37:07ferngesteuerter Segway (Artikel 7 / 7)
Hallo,
für mein Abitur habe ich im Rahmen der fünften Prüfungskomponente, eine Präsentationsprüfung, die Funktionsweise einesSegways mit Hilfe der Programmierung eines Lego Mindstorms Roboters demonstriert.
Die Note werde ich leider erst Ende Juni erfahren :-(
Mein Segwaymodell sieht folgendermaßen aus:
Ich glaube euch muss ich nicht noch erklären, was ein Segway wirklich ist. Ihr könnt euch ja auch noch unter segway.de zusätzlich informieren.
1. Kommen wir nun zu der Physik hinter einem Segway.
Ein Segway ist im Prinzip ein Inverses Pendel, welches aktiv stabilisiert wird.
Hier könnt ihr ein inverses Pendel sehen. Es hat den Massenschwerpunkt über dem Drehpunkt. Durch kleinste äußere Einflüsse kann das Pendel nun aus dem Gleichgewicht kommen und das Rückstellmoment, welches das Pendel in die stabile Lage zurückführt, vergrößert die Auslenkung. Stabil ist ein Pendel, wenn der Massenschwerpunkt unter dem Drehpunkt ist.
Die Folge ist, dass ein inverses Pendel in der Regel umfällt. Die Lösung dafür ist eine aktive Stabilisierung. Hier wird der Drehpunkt immer unter den Schwerpunkt geschoben. So, als ob man einen Besen mit der Hand balanciert.
Der blaue Wagen ist sozusagen unsere Hand.
Gemessen wird die Auslenkung mit einem Gyroskopsensor. Dieser gibt eine Winkelgeschwindigkeit zurück.
Dieser hat ein Drift und ein Offset. Drift ist ein Messfehler der mit der Zeit entsteht. Wenn wir den Sensor still halten, kurz bewegen, wieder still halten und das 10 Mal machen und am Ende wieder still halten, müsste er 0 °/s ausgeben, leider wird er aber +-1°/s ausgeben. Und der Offset ist ein Wert der vom Druck und Temperatur abhängt. Dieser wird anstatt 0°/s ausgegeben und muss immer vom Rohwert des Sensors abgezogen werden. Dementsprechend muss er vorher ermittelt werden.
Um nun aus der Winkelgeschwindigkeit/ Kippgeschwindigkeit des Segways einen Winkel zu bekommen, integrieren wir einfach über die Zeit. Das ist so, als wenn wir einen Weg für eine bestimmte Zeit haben wollen, aber nur die Geschwindigkeit haben. Das sieht dann so aus:
In der Praxis heißt das für unser Programm, dass wir die Werte des Sensors oft auslesen und zusammenaddieren. Wir bilden also eine Untersumme eines Graphen.
2. Jetzt der informationstechnische Teil
Um jetzt das Wägelchen automatisiert hin und her fahren zu lassen, oder bei unserem Segway die Räder unter den Schwerpunkt zu schieben, benötigen wir einen digitalen Regler.
Ein einfacher Regler sieht folgendermaßen aus:
Der Ist- und Soll-Wert soll möglichst gleich sein und falls sie es nicht sind, werden Korrekturmaßnahmen eingeleitet.
Bei einem inversen Pendel oder unserem Segway sieht es folgendermaßen aus:
Die erste Zeichnung zeigt das Pendel im Gleichgewicht, Ist- und Soll-Wert sind gleich. Das zweite Bild zeigt eine Vibration auf dem Boden, die äußere Störung. Somit kommt das Pendel aus dem Gleichgewicht und der Sensor, jetzt grün gemalt, misst die Auslenkung. Die Abweichung wird festgestellt und die Korrekturmaßnahme, die eingeleitet wird ist, dass das Wägelchen sich nach rechts bewegt. Nun sind Ist- und Soll-Wert wieder gleich. Beider bei 0° Auslenkung.
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Der Rest an Text kommt noch ;-)
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hier gibt es schonmal ein Video meines Modells:
Das Programm
Die Präsentation als .pdf
Bildergalerie
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2010-03-29 12:37:07ferngesteuerter Segway (Artikel 7 / 7)
Hallo,
für mein Abitur habe ich im Rahmen der fünften Prüfungskomponente, eine Präsentationsprüfung, die Funktionsweise eines
Die Note werde ich leider erst Ende Juni erfahren :-(
Mein Segwaymodell sieht folgendermaßen aus:
Ich glaube euch muss ich nicht noch erklären, was ein Segway wirklich ist. Ihr könnt euch ja auch noch unter segway.de zusätzlich informieren.
1. Kommen wir nun zu der Physik hinter einem Segway.
Ein Segway ist im Prinzip ein Inverses Pendel, welches aktiv stabilisiert wird.
Hier könnt ihr ein inverses Pendel sehen. Es hat den Massenschwerpunkt über dem Drehpunkt. Durch kleinste äußere Einflüsse kann das Pendel nun aus dem Gleichgewicht kommen und das Rückstellmoment, welches das Pendel in die stabile Lage zurückführt, vergrößert die Auslenkung. Stabil ist ein Pendel, wenn der Massenschwerpunkt unter dem Drehpunkt ist.
Die Folge ist, dass ein inverses Pendel in der Regel umfällt. Die Lösung dafür ist eine aktive Stabilisierung. Hier wird der Drehpunkt immer unter den Schwerpunkt geschoben. So, als ob man einen Besen mit der Hand balanciert.
Der blaue Wagen ist sozusagen unsere Hand.
Gemessen wird die Auslenkung mit einem Gyroskopsensor. Dieser gibt eine Winkelgeschwindigkeit zurück.
Dieser hat ein Drift und ein Offset. Drift ist ein Messfehler der mit der Zeit entsteht. Wenn wir den Sensor still halten, kurz bewegen, wieder still halten und das 10 Mal machen und am Ende wieder still halten, müsste er 0 °/s ausgeben, leider wird er aber +-1°/s ausgeben. Und der Offset ist ein Wert der vom Druck und Temperatur abhängt. Dieser wird anstatt 0°/s ausgegeben und muss immer vom Rohwert des Sensors abgezogen werden. Dementsprechend muss er vorher ermittelt werden.
Um nun aus der Winkelgeschwindigkeit/ Kippgeschwindigkeit des Segways einen Winkel zu bekommen, integrieren wir einfach über die Zeit. Das ist so, als wenn wir einen Weg für eine bestimmte Zeit haben wollen, aber nur die Geschwindigkeit haben. Das sieht dann so aus:
In der Praxis heißt das für unser Programm, dass wir die Werte des Sensors oft auslesen und zusammenaddieren. Wir bilden also eine Untersumme eines Graphen.
2. Jetzt der informationstechnische Teil
Um jetzt das Wägelchen automatisiert hin und her fahren zu lassen, oder bei unserem Segway die Räder unter den Schwerpunkt zu schieben, benötigen wir einen digitalen Regler.
Ein einfacher Regler sieht folgendermaßen aus:
Der Ist- und Soll-Wert soll möglichst gleich sein und falls sie es nicht sind, werden Korrekturmaßnahmen eingeleitet.
Bei einem inversen Pendel oder unserem Segway sieht es folgendermaßen aus:
Die erste Zeichnung zeigt das Pendel im Gleichgewicht, Ist- und Soll-Wert sind gleich. Das zweite Bild zeigt eine Vibration auf dem Boden, die äußere Störung. Somit kommt das Pendel aus dem Gleichgewicht und der Sensor, jetzt grün gemalt, misst die Auslenkung. Die Abweichung wird festgestellt und die Korrekturmaßnahme, die eingeleitet wird ist, dass das Wägelchen sich nach rechts bewegt. Nun sind Ist- und Soll-Wert wieder gleich. Beider bei 0° Auslenkung.
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Der Rest an Text kommt noch ;-)
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hier gibt es schonmal ein Video meines Modells:
Das Programm
Die Präsentation als .pdf
Bildergalerie
Kommentar schreibenKommentare
2010-11-06 18:11:30Markus
Ja ok ich gucke mir das Prpgramm mal an danke
2010-11-06 13:32:32Peter
Hey,
also der Segway ist mit einem Gyroskopsensor gebaut, man sieht ihn auf den Fotos in der Mitte vom Segway. Und das Programm ist in NXC, mit BricXX geschrieben. Als .rbt habe ich das Programm leider nicht.
Viele Grüße
2010-11-04 20:04:53Marks
Ja ich habe den Mndstorms mit einem Gyrosensor gebaut.
2010-11-04 15:36:41sebastian
hast du diesen segway wirklich mit einem gyroskopsensor gebaut??
ich bin im moment noch mit einem lichtsensor zu werke und es läuft nur mäßig MFG
2010-10-21 11:28:37Markus
HI, ich bin auch dabei so einen segway zu programmieren und ich wollte frage, mit welchem Programm du das Programmiert hast und ob es das auch als ".rbt" gibt.
2010-04-01 18:56:283gfisch
echt cool bin auch dabei einen zu bauen (verbessern) nur find ich keine möglichkeit über mein iphone (bluetooth) fernzusteuern..
2010-11-06 18:11:30Markus
Ja ok ich gucke mir das Prpgramm mal an danke
2010-11-06 13:32:32Peter
Hey,
also der Segway ist mit einem Gyroskopsensor gebaut, man sieht ihn auf den Fotos in der Mitte vom Segway. Und das Programm ist in NXC, mit BricXX geschrieben. Als .rbt habe ich das Programm leider nicht.
Viele Grüße
2010-11-04 20:04:53Marks
Ja ich habe den Mndstorms mit einem Gyrosensor gebaut.
2010-11-04 15:36:41sebastian
hast du diesen segway wirklich mit einem gyroskopsensor gebaut??
ich bin im moment noch mit einem lichtsensor zu werke und es läuft nur mäßig MFG
2010-10-21 11:28:37Markus
HI, ich bin auch dabei so einen segway zu programmieren und ich wollte frage, mit welchem Programm du das Programmiert hast und ob es das auch als ".rbt" gibt.
2010-04-01 18:56:283gfisch
echt cool bin auch dabei einen zu bauen (verbessern) nur find ich keine möglichkeit über mein iphone (bluetooth) fernzusteuern..
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