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AchimO

Poseidon

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Beitrag 7651490 , Lageregelung per Schubvektor, auch für Cluster [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 14:35]

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Um die Vorschläge zur Lageregelung per Schubvektor noch um eine weitere zu bereichern, kam mir folgende Idee:

Üblicherweise wird ja die doppelt kardanische Aufhängung des Motors verwendet:


Dabei wird die Lage des Motors über am Servohorn angebrachte Stangen in x- und y-Richtung verändert. Bei dieser Anbringung ergibt sich immer ein gewisses Spiel. Wie wäre es daher, wenn man eine direktere Steuerung der Lage des Motors (bzw. der Motoren?) erreichen könnte?


Ich habe also 3 Servos auf einer runden Platte im Dreieck angeordnet. Die Servos sind mit Klammern aus Alublech befestigt, wobei die Servos durch Unterkleben eines Stücks Holzleiste erhöht angebracht wurden, damit sich das Servohorn weiter bewegen kann. Auf einem Schott sind im Dreieck Winkel - aus einem Aluprofil gesägt - angebracht. die wiederum an den Servohörnern festgeschraubt sind. Das Schott hat den Innendurchmesser des Rohrs, die Servoplatte ist etwas kleiner, damit sie sich bewegen kann.

Warum 3 Servos und nicht 4? Wir wollen doch die Motoraufhängung in x- und in y-Richtung steuern!?
Der Grund ist: Ein dreibeiniger Tisch kann nicht wackeln. Außerdem wird neben Kosten noch Platz und Gewicht gespart. Und wie wir gleich noch sehen werden, ist die Umsetzung der Steuerbefehle kein großes Problem.

Ich habe als Servos die MG90S verwendet. Die sind relativ preiswert und haben ein Metallgetriebe, wenn sie auch nicht allzu schnell sind. Ein Metallgetriebe schien mir hier sinnvoll. Diese Lösung hat folgende Eigenschaften:

Die Servo-Drehwinkel liegen in einem Bereich von etwa 60°, wobei folgendes zu berücksichtigen ist: Dreht sich ein Servo um 60° in eine Richtung, so drehen sich die beiden anderen um 30° in die Gegenrichtung - warum das so ist, zeige ich gleich.

Die Servoplatte ist über die Servohörner und die Winkel in einem gleichseitigen Dreieck aufgehängt. Nun etwas Schulmathematik aus der Mittelstufe:


Unten rechts findet man ein rechtwinkliges Dreieck mit der Hypothenuse aus dem Radius r des Kreises. Schnell findet man das Verhältnis von x/r, wenn man sich an die Winkelsumme im Dreieck erinnert:

x/r = sin(30°) = 0.5

Damit ergeben sich die beiden Regeln:

1. Bei Bewegung um die y-Achse drehen nur Servo 2 und Servo 3, und zwar gegenläufig
2. Bei Bewegung um die x-Achse drehen sich Servo 2 und 3 nur halb so weit wie Servo 1
Ich weiß, dass ist nicht 100-prozentig korrekt, da die Befestigungspunkte der Servohörner eine kreisförmige und keine lineare Bewegung machen

Allerdings werden die Drehungen gemäß 1 und 2 nicht einzeln ausgegeben, sondern immer die Bewegung nach Berechnung als Resultat beider Regeln.

Vorteile dieser Lösung:

- direkte Steuerung der Lage der Platte für die Motoraufhängung, dadurch kein Spiel
- man ist sehr flexibel, denn man könnte unter die Platte beliebige Cluster-Anordnungen anschrauben
- kein zusätzlicher Aufwand für die Justage nötig

Nachteile:
- das eignet sich erst ab einem der üblichen Rohrdurchmesser von 100 mm

Ich habe es angedacht für eine Saturn 5, die im Maßstab 1:100 gerade ein 100-mm-Rohr hat. Nett wäre, wenn man dann einen 5er-Cluster anbringen könnte.

Ich habe den MPU6050 für einen Test verwendet, nachdem es mir nach langen Mühen gelungen ist, eine Library zu finden, mit der man den DMP (Digital Motion Processor) für den Prozessor Seeeduino Xiao nutzen kann, den ich hier verwende. Der Seeeduino Xiao ist schnell, nicht sehr teuer und hat reichlich Speicher, wenn auch nicht viele Pins (11 freie), außerdem hatte ich davon welche hier rumliegen.


Gruß Achim
Was haltet ihr davon?

Geändert von AchimO am 01. Februar 2022 um 16:59


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Oliver Arend

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Beitrag 7651491 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 14:53]

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Finde ich gut, wobei ich bei einem 5er-Cluster wie der Saturn V eher 2 Motoren für eine Achse und 2 weitere für die andere Achse nehmen würde, das ist noch deutlich einfacher.

Bei dem Spiel gebe ich Dir zwar grundsätzlich Recht, aber das ist ja mehr eine Frage der Präzision in der Herstellung als des Prinzips an sich. Joachim hatte als ich es zuletzt gesehen habe das Motorrohr auch oben angelenkt und nicht an der kardanischen Aufhängung selbst. Das System von BPS hat die Servos direkt in der Aufhängung selbst integriert, das funktioniert natürlich nur bei größeren Motoren und Rohrdurchmessern (ab 66 mm?) gut.

Oliver
AchimO

Poseidon

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Beitrag 7651492 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 15:41]

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Zitat:
wobei ich bei einem 5er-Cluster wie der Saturn V eher 2 Motoren für eine Achse und 2 weitere für die andere Achse nehmen würde, das ist noch deutlich einfacher.



Da wäre ich mal auf die Lösung gespannt. Von meinem Gefühl her finde ich die Mechanik dafür auch nicht trivial - von der Regelung mal abgesehen. Aber die muss man ja so oder so im Griff haben.

Gruß Achim

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Hybrid Uli

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Beitrag 7651493 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 15:49]

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Coole gschicht. Hab mir mal vom Joachim ne 3/4Stunde lang erklären lassen was er da alles an Überlegungen mit einfliessen hat lassen und ich musste erkennen das die binäre wie auch die mathematische aufdröselung der Sache nicht meine Welt ist.

Wenn da die Schubkraft von nem Cluster anliegt dürften die Servos ganz schön was zu leisten haben, könnte man da evtl. nicht die Schubkraft über eine zentrale Kugel die in zwei gegenüberliegende "Drittelschalen" gelagert ist dazu nutzen die Servos weitgehend von der Schubkraft zu entkoppeln? Dann stünde die volle Regelkraft für die Ausrichtung zu verfügung und es egalisiert sich mit wieviel Kraft angeschoben wird. Mechanisch recht einfach, programmtechnisch keine Ahnung.

Es ist wirklich Toll, was da zwischenzeitlich im Modellbau möglich ist.

Gruß

Uli



Oliver Arend

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Oliver Arend

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Beitrag 7651495 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 16:44]

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Achim, das ist ja das schöne, ich finde es wird deutlich einfacher. Um das zu veranschaulichen stellen wir uns mal den Ziffernblock auf einer Tastatur vor, unten rechts ist die 1, oben rechts die 9. Motoren befinden sich in den Positionen 2, 4, 5, 6 und 8. 5 wird nicht angesteuert. 2 und 8 werden mechanisch gekoppelt und gleichen Rotationen um die Achse 2-8 aus, analog gleichen die Motoren 4 und 6 die Drehung um die andere Querachse aus.

Uli, Du hast völlig Recht, eine Lagerung die getrennt ist von der Ansteuerung hat da schon enorme Vorteile, auch wenn man im Bereich der Klima-D3-Motoren noch nicht mit so großen Kräften zu tun hat. Ich hatte mal bei IGUS nach passenden "Kugel"lagern geschaut (Stahl wäre mir zu schwer), die gibt es im Prinzip zwar, werden aber schnell recht groß und schwer. Eine kardanische Aufhängung mit 3-mm-Stahlstiften und passenden Gleitlagern halte ich für am günstigsten.

Oliver
AchimO

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Beitrag 7651496 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 16:50]

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Ha, da hatten wir im Prinzip die gleiche Idee:

Da der Punkt M, wenn alles richtig läuft, sich nicht verschieben sollte, könnte ich mir vorstellen, in der Mitte der Servo-Platte eine Gewindestange einzuschrauben, an deren Ende eine selbsthaltende Mutter angeschraubt ist, die dann auf das obere Schott anstößt; das wäre gewissermaßen die "Kugel". Damit wären die Servos bei der Beschleunigung weniger stark belastet.
Alternativ könnte man auch durchbohren und die Gewindestange etwas herausschauen lassen, wenn das Loch etwas konisch ausgeführt wird.

Gruß Achim

Geändert von AchimO am 01. Februar 2022 um 16:57


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RalfB

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Ich lese mit, bin aber gerade etwas übergefordert big grin

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Die Idee hattest Du, ich habs dann nur anders interpretiert.

Ansich ist die Lösung sehr viel eleganter und in der erlebten gesammtheit etwas freier als eine kadanische Aufhängung.

Gruß

Uli
AchimO

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Beitrag 7651503 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 23:31]

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Ralf,

ich formuliere es noch einmal mit anderen Worten. Der bzw. die Motor(en) schieben von unten gegen die bewegliche Servoplatte. Die darauf fest montierten Servos geben den Schub auf das im Raketenrohr fest montierte Schott weiter, auf dem oberhalb die Elektronikplatine sitzt. Sie geben den Schub weiter über die Servoarme (oder -hörner), die jeweils mit einer Schraube mit den Aluwinkeln verbunden sind. Die Aluwinkel sind fest unterhalb des Schotts angeschraubt.

Die Elektronik sorgt jetzt dafür, dass die Servoplatte immer auf dem gleichen Niveau bleibt, also nur in verschiedene Richtungen gekippt wird. Das heißt, dass der Mittelpunkt der Servoplatte seine Position bezogen auf das Schott nicht verändert. Der Mittelpunkt bleibt also immer an der gleichen Position.

Wenn nun der Punkt M seine Position nicht ändert, kann man die Servos entlasten (deren Arme ja den Schub aushalten müssen - und wenn sie nachgeben, würde sich die Servoplatte tatsächlich nach oben verschieben), indem man diesen Punkt M zusätzlich abstützt. Da war die Idee, den Schub am einfachsten abzufangen mit einer eingeschraubten Gewindestange, die unten mittig in die Servoplatte eingeschraubt ist und nach oben über eine aufgeschraubte selbsthaltende Mutter gegen das Schott drückt und so in der Beschleunigungsphase die Servoarme entlastet.

Ich hoffe, so ist es besser verständlich.

Gruß Achim

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AchimO

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Beitrag 7651504 [Alter Beitrag01. Februar 2022 um 23:41]

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Nachtrag: So ist es eben, wenn man jemand anders seine Gedanken erklärt. Da fallen einem dann die eigenen Gedankenfehler auf.

Natürlich geht es nicht so wie vorhin beschrieben, sondern die Gewindestange müsste oben in das Schott eingeschraubt sein und nach unten gegen den Mittelpunkt der Servoplatte drücken! Denn das Schott ist ja fest.

Vielleicht mache ich doch noch mal eine Zeichnung dazu. Ist aber jetzt schon etwas spät.

Gruß Achim

Geändert von AchimO am 01. Februar 2022 um 23:42


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