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central inertiel, accéléromètre gyromètre



  1. #1
    erylis

    central inertiel, accéléromètre gyromètre


    ------

    Bonjour tout le monde
    Je me suis lancer dans un « petit » projet, rendre un hélicoptère radiocommandé autonome.
    Bref un truc tous simple : ).
    J’ai commencé à regarder rapidement ce dont j’allais avoir besoin comme composant et la je bloque un peu je pense que le mieux ca serai d’avoir une central inertiel mais bon c’est un peu trop chère pour moi (à moins que vous en aillez a me conseillez).
    Je me suis donc rabattue sur 1 accéléromètre 3axes et 3 gyromètre (puisque apparemment les 3 axes ca n’existe pas) et l‘à même problème les gyros ca reste assez chère enfin ceux que j’ai trouvé …
    Donc ma question est ce que je peux utiliser qu' 1 accéléromètre trois axes et calculer l’angle avec des formules trigo.
    Voila si vous avez des conseil a me donner ou des accéléro, gyro a me conseiller.


    Voila mon hélico c’est un spycopter http://www.gadgetreview.com/wp-conte.../spycopter.jpg il est capable d’embarquer une caméra donc je pense que trois composant en plus vont pas le tuer 

    Merci

    -----

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  3. #2
    vincent66

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Bonsoir
    Etudiant la faisabilité d'une centrale inertielle pour un détecteur de mines à GPR, je me heurte un peu aux mêmes difficultés... j'ai avec joie dégotté sur le net une boîte qui propose trois accéléros sur trois axes orthogonaux, avec trois gyromètres individuellement associés à chaque axe dans un cube de 20mm de côté; c'est le composant idéal, mais je dois avouer que je patauge complètement au niveau de l'algorithme pour calculer les déplacements et orientations...
    Avec un simple accéléro 3 axes, il serait probablement possible d'utiliser l'erreur induite par la rotation sur un axe linéaire pour calculer l'orientation, mais là aussi c'est de l'algorithmique de très haut niveau.
    Avec le premier composant que j'ai cité il serait certainement trop simple de se contenter d'une double intégration des valeurs mesurées par les accéléros pour le déplacement; et d'une simple intégration des valeurs des gyros pour l'orientation, en raison des erreurs minimes de mesure citées pour le deuxième..!?
    Vivement qu'un matheux sourdoué se penche sur cette discussion..!
    Cordialement !
    Vincent

  4. #3
    maclag

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    erylis:

    Ça ne va pas être facile de sortir les angles avec plusieurs accéléromètres. Il faut qu'ils soient suffisamment loin les-uns des-autres, ce qui pose problème sur ton modèle (notamment gauche-droite). Il faut également qu'ils soient super précis (fait le calcul sur la différence d'accélération que tu devras calculer!). La plupart des accéléro grand public ne permettront pas une si grande précision.

    Pour les gyros, des 2 axes sont maintenant disponibles chez Invensense et ST. Après, je ne sais pas quels algos tu veux pour ton hélico, mais la solution minimale serait:
    - accéléro 2 axes dans le plan du sol
    - gyro d'axe Z mini
    Avec ça, tu peux avoir un hélicoptère stable en vol (excepté l'altitude, mais si à puissance constante s'il ne reste pas à la même hauteur, tu as un plus gros problème...).
    Si ses propriétés sont bien caractérisées, c'est un bon début.
    Ensuite, si tu veux qu'il soit autonome, il te faut l'angle de pitch. Pour un mouvement ultra-basique, tu devrais pouvoir te passer du roll (avance, stoppe, tourne, stoppe, avance, etc.).
    Il y a une raison au prix des centrales inertielles (qui ne sont rien de plus que les combinaisons d'accéléro et gyro que tu cherches à faire, mais avec une précision bien supérieure à ce que tu trouves dans les wii et iphone!).

    Dans tous les cas, quel que soit les capteurs utilisés, tu auras une dérive au cours du temps qui fera planter ton hélico (il se croira penché, ou en rotation et essaiera de corriger le tir, parce qu'un capteur aura dérivé un peu). Si tu veux un système d'orientation plus stable, je te suggère une boussole électronique 3 axes (en plus, ça risque d'être vachement moins cher que des gyros...). Il peut prendre sa référence au sol avant démarrage, et le champ magnétique terrestre a la propriété sympathique de de pas dériver significativement si ton vol dure moins de 10ans...

    Enfin, je voudrais tout de même te mettre en garde contre ton "spycopter qui soutient une caméra": là tu vas rajouter quelquechose comme 5 à 6 composants, compare leurs consommations à celle de ta caméra, et rappelle-toi ensuite que tu n'as pas encore intégré le MCU pour traiter les infos et calculer la commande. Les gyros ça suce pas mal...
    Encore une fois, regarde du côté des boussoles électroniques, les capteurs magnétorésistifs consomment assez peu.

    vincent66:

    Je n'ai pas fait les calculs . Par contre, voilà comment je procèderai:
    - partir d'un état initial connu (les gyromètres donnent une vitesse angulaire, pas une position!)
    - calculer d'abord l'orientation (attention à l'erreur cumulée des gyros, mais en fait, tu ne peux pas y faire grand chose, à part prendre un bon gyro... très cher!)
    - calculer la compensation due à l'orientation sur les accéléromètres (composantes dues à la gravité), en déduire l'accélération réelle

    Oui, je sais, c'est pas simple! Si tu n'as pas lu ce que j'ai dit ci-dessus, rappel:
    Les capteurs inertiels comportent tous une erreur plus ou moins grande, qui va se cumuler au cours du temps. Plus on va dans le bas de gamme, et plus ça arrive vite (de l'ordre de la minute pour la wii/l'iphone, moins si on est exigeant sur la précision).

    Bon courage à tous les deux!

  5. #4
    vincent66

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Bonjour et merci pour cette réponse.
    Le cube intégrant trois accéléros et trois gyromètres est produit par Sensor Dynamics et coûte 38$ pièce pour 1000 pièces... A ce prix j'éspère avoir quelquechose de précis et stable..!
    J'ai bien prévu une initialisation et un calibrage; ce qui me pose le plus problème c'est l'erreur induite par la rotation sur les accéléros linéaires mais j'ai bon espoir de résoudre ceci si on trouve le moyen de vivre 200 ans en fumant comme une cheminée d'usine..!
    Amitiés !
    Vincent

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    erylis

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Merci de vos réponses

    J’ai 2-3 question pour être sur d’avoir bien comprit
    Le mieux est d’utiliser une boussole 3 axes (si vous pouvez rapidement m’expliquer son fonctionnement du moins quelle info elle me donne) mais si j’utilise ca j’ai comme même besoin des accéléro et du gyro ?

    Ensuite je n’est pas encore tester mais a puissance constant il doit rester a la même hauteur au pire il faudra que je joue un peu sur l’inclinaison des pales ce que je ne pense pas être très compliquer enfin j’espère )

    Vous voulez dire quoi par l’angle de Pitch (bon je joue mon feignant à demander sur le fofo alors que je n’est pas beaucoup approfondi mes recherche sur le net mais étant au travail c’est un peu difficile je regarderai ce weekend)

    Pour ce qui est de la consommation j’y est déjà un petit peu penser je me doute bien que ma pauvre petit batterie tiendra pas le coup déjà que juste l’hélico sans caméra tien 5-10 min et encore (quand je parlais de la caméra c’était surtout pour dire que il pouvait soulever pus que son pois)… Alors si je rajoute des trucs il arrivera même plus à décoller donc je suis en train de réfléchir a comment je vais l’alimenter mais avant faut que je connaisse la carte que je vais rajouter et combien elle va consommée

    En tous cas merci beaucoup de votre aide et désoler j’ai quelque connaissance en électronique mais ca s’arrête la. (et j’espère qu’avec ce projet je vais apprendre plein de truc ^^ en tous cas ca a l’aire bien partie)

  8. #6
    maclag

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    vincent66:

    Pour être bien sûr de comprendre votre problème: ce que vous appelez détecteur de mine GPR, c'est un robot (sur roues?) embarquant un radar, et plus ou moins autonome?

    Parce que dans ce cas j'ai une solution bien plus simple que d'intégrer des signaux de gyroscopes dans tous les sens:

    Si le terrain n'est pas trop accidenté, on peut supposer que le véhicule va rester à plat. La sortie suivant l'axe Z de l'accéléro sera constante (égale à 1g, à cause de la gravité). Si cette valeur venait à changer, on peut procéder comme suit:
    - arrêt du véhicule
    - calcul de l'orientation du véhicule (on caractérise le vecteur gravitation)
    - reprise du mouvement (doucement!), à chaque variation significative de la projection du vecteur gravitation, on stoppe à nouveau et on ajuste.

    Ça ne sera pas parfait, mais ça devrait réduire la complexité du système. Après ça, il vous "suffira" d'intégrer la sortie du gyro d'axe Z pour définir l'orientation précise du robot.

    erilys:

    Une boussole éléctronique mesure le champ magnétique terrestre suivant 2 ou 3 axes, tout comme un accéléromètre à l'arrêt peut mesurer la gravité.

    On peut donc déduire l'orientation du capteur par rapport au champ magnétique (bon, pour être rigoureux: en se mettant en rotation autour de l'axe du champ magnétique, on obtient un invariant suivant les 3 axes, le champ magnétique terrestre n'est pas réellement orienté vers le nord suivant la surface de la Terre. Par rapport à la surface, il pointe vers le sol d'un angle de 30° à 60° suivant la latitude.

    On ne peut donc pas tout remplacer par la boussole! Mais on peut se passer de l'intégration du gyroscope "yaw".
    Tant que j'y suis:
    pitch: rotation "avant-arrière" (autour de l'axe gauche-droite)
    roll: rotation "penché vers la gauche, penché vers la droite" (autour de l'axe nez-queue de l'appareil)
    yaw: rotation "tourne à gauche, tourne à droite" (autour de l'axe haut-bas)

    L'algorithme n'est pas super simple, mais cherche sur google autour des boussoles électroniques compensées par accéléromètres. On peut faire un certain nombre de choses sur l'orientation.
    [HS: Dans les téls portables de prochaine génération, l'idée est d'utiliser le même système pour le "LBS", Location Based Service: pointer le téléphone dans la direction de votre choix, le GPS dit où vous êtes, les capteurs où vous pointez, et le fournisseur de service ce qu'il y a au menu du restaurant que vous visez là-bas!]

    La raison pour laquelle je doute que tu puisses totalement remplacer les gyros par la boussole, c'est que l'hélico n'est presque jamais statique, contrairement au cas du LBS, ou au cas de vincent66, qui si j'ai bien compris devrait pouvoir stopper le véhicule à tout instant en conservant son attitude (attitude=pitch, roll, yaw).

    Un truc que tu peux surveiller, c'est ce qu'a présenté une boite qui s'appelle Sixense au dernier CES: un remplaçant de wiimote avec une référence magnétique, des capteurs magnétiques, un accéléro 3 axes. Il faut donc une référence au sol, mais ils sont capables de donner l'orientation, la distance à la référence, et caractériser le mouvement des capteurs de façon assez précise.

    C'est très difficile de faire un hélicoptère autonome, tu peux consulter des clubs de robotiques universitaires, beaucoup (qui ont essayé) confirmeront.

    Je conseille vivement de démarrer humblement, et d'évoluer après. J'avais commencé par dire "en avant, stop, tourne, stop, en avant". En fait, la vraie première étape serait d'avoir l'hélico qui vole avec les capteurs sans se casser la figure et en tenant plus que 2min sur batteries.
    Ensuite, commencer par des régulateurs simples: une commande permet à l'hélico de se maintenir en position stable en vol. Ensuite, ajouter une commande pour qu'il s'incline de x° vers l'avant, puis vers l'arrière, qu'il pivote de y° vers la gauche, la droite, etc.
    Petit à petit, construire un modèle de comportement de l'hélico (quand je le fais tourner à droite, il se décale de x cm/° de rotation, quand je le penche vers l'avant, il avance mais descend -de combien?- etc.)

    Encore une fois, bon courage à tous les deux!

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  10. #7
    vincent66

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Bonjour et merci pour ces précisions.
    En fait je n'envisage pas un robot mais plutôt un appareil manipulé à la main, un peu comme un détecteur de métaux... d'oû lebesoin d'une mesure de déplacement et orientation dans les trois axes.
    Bonne journée !
    Vincent

  11. #8
    erylis

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Merci beaucoup pour toutes ces précisions je vais étudier ca de plus près.
    Je me doute bien que ce projet est très ambitieux et qu’il y a peu de chance que j’y arrive mais ca m’amuse de travailler la dessus en ce moment et puis qui sait
    En tous cas c’est claire que dans un premier temps je me voyais pas lui faire faire autre chose qu’un petit vol stationnaire.

    Encore merci et si j’ai d’autre question je compléterais le poste.

  12. #9
    erylis

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Bon j'ai chercher un peu des infos sur les boussoles éléctronique compenser par des accéléro et je suis tomber par hazard sur ca http://www.robotshop.ca/kit-boussole...eanserver.html si j'ai bien tout comprit ce petit composant serait parfait pour mon application non ?

  13. #10
    maclag

    Re : central inertiel, accéléromètre gyromètre

    Oui, ça a l'air pas mal, bien que surdimensionné à mon goût (d'ailleurs, ça se ressent sur le coût!). Je doute que ton hélicoptère prenne plus de 45° d'angle. Dans ce cas, un accéléro 2 axes devrait suffire, peut-être même qu'un magnétomètre 2 axes suffirait aussi. Pour la correction d'angle par l'accéléromètre, on peut toujours te sortir que le développement à coûté cher, c'est du baratin: pour des objets statiques, un peu de calculs et de géomètrie donnent la réponse en moins d'une heure.
    En dynamique, par contre, c'est autre chose!

    Par contre, j'ai proposé la boussole électronique, mais en négligeant un élément de taille: les perturbations apportées par l'hélicoptère!
    Et oui, les pales, ça tourne vite, et un moteur électrique génère un champ magnétique assez fort.

    Il va falloir faire très attention au positionnement du capteur par rapport au moteur. Etant donné le prix de l'engin, je te suggère de contacter le fabriquant pour savoir si le module a été utilisé pour des applications similaires.
    Fais attention aussi à la taille, au poids, et à la consommation du module. Il ne m'a pas l'air franchement compact.

    Sinon, tu peux aussi contacter d'autres fabriquants. L'offre n'est pas florissante (enfin, pas encore!), mais la concurrence existe bel et bien.

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