Làm thế nào để theo dõi chuyển động của một ovendoor di chuyển

Tại nơi làm việc, chúng tôi đang đo các thông số khác nhau để kiểm tra một nguyên mẫu lò mới được thiết kế. Để làm cho mọi thứ hiệu quả hơn, tôi đang cố gắng tạo một thiết lập điện tử để tự động hóa phép đo, đặc biệt là chuyển động của cửa (từ mở hoàn toàn đến đóng hoàn toàn).

Mục tiêu là đo vận tốc tức thời của cánh cửa tại các điểm khác nhau của chuyển động của nó, đó là một đường xuyên tâm cố định. Lưu ý sự nhấn mạnh vào ghi nhật ký vận tốc tức thời, trái ngược với tốc độ trung bình được xác định chỉ bằng thời gian.

Cách tôi có thể đo vận tốc / theo dõi chuyển động của ovendoor là gì với độ chính xác hợp lý? (Lỗi ngụ ý hợp lý <1-2 cm / s)

Vì nó chỉ là chuyển động xuyên tâm cố định (và không có thành phần nào dọc theo bất kỳ trục nào khác) và vì có thành phần chuyển động và thành phần đứng yên, tôi cho rằng đây sẽ là một vấn đề dễ dàng hơn so với, đo vận tốc của một cơ thể độc lập như người hoặc tay.

Suy nghĩ đầu tiên của tôi là phương pháp dựa trên gia tốc kế-con quay hồi chuyển-IMU, tức là tích hợp gia tốc theo thời gian để có được vận tốc, nhưng đọc lên chủ đề này cho thấy điều này sẽ dẫn đến các lỗi lớn.

Một gợi ý là có một bộ laser năng lượng thấp rẻ tiền được sắp xếp theo hình vòng cung phía trên mặt phẳng trên của vòng quay của cửa, hướng thẳng xuống dưới. Một vòng cung tương ứng của photodiodes hoặc phototransistors ngay bên dưới mặt phẳng dưới của vòng quay của cửa có thể được nối với các chân GPIO của vi điều khiển, để phát hiện sự gián đoạn ánh sáng của từng chùm tia.

Tôi đã thực hiện một minh họa sơ bộ về sự sắp xếp, sử dụng các góc cảm biến 5 độ. Độ chính xác này cũng có thể được giảm xuống 1 độ mỗi cảm biến, nếu cần.

Loại laser đỏ loại 5 chấm 5 mW này sẽ đủ ( khoảng $ 1 trên eBay bao gồm cả vận chuyển quốc tế ):

Đối với cảm biến, có thể sử dụng photodiode PIN như OP906 ( 0,59 đô la tính theo đơn vị từ Digikey ):

Trong mã vi điều khiển của bạn, thời gian cho các lần chiếu tia laser liên tiếp sẽ cung cấp tốc độ quay tức thời chính xác giữa bất kỳ hai điểm cách nhau 5 độ, khi cửa được mở hoặc đóng.

Tốc độ mẫu ADC, độ chính xác hẹn giờ và tốc độ xử lý của vi điều khiển sẽ xác định độ chính xác dữ liệu có thể đạt được.

Một đơn giản hóa hữu ích của thiết kế này ( cảm ơn, @ jippie , vì đã khiến tôi suy nghĩ theo hướng này ), nếu độ chính xác không quá quan trọng, là sử dụng một đèn ống hẹp , chẳng hạn như ống huỳnh quang 8 watt hoặc CFL, phía trên cửa, để thay thế các laser. Các máy dò ánh sáng sẽ vẫn như cũ, ánh sáng đối với chúng sẽ bị gián đoạn theo trình tự khi cánh cửa đóng lại.

Tôi không nhận thức đầy đủ về bối cảnh của cửa lò này; nhưng tôi muốn đóng góp một đề nghị.

Làm thế nào về một chiết áp chất lượng ở bản lề của cửa? Hãy xem xét điều này, bạn có được cả vị trí và vận tốc của cánh cửa theo cách này; phương pháp này đơn giản và mạnh mẽ. Có được vị trí của cửa là chuyện nhỏ, thông qua một số thử nghiệm và đo lường, bạn có thể tìm thấy giá trị nào của đầu ra nồi ở đầu vào cụ thể hoặc vị trí cửa.

Ngoài ra, nếu bạn phân biệt vị trí theo thời gian (trong thực tế, bạn có thể chỉ cần chia tốc độ thay đổi vị trí bạn có được theo tốc độ thay đổi theo thời gian), bạn sẽ có được vận tốc góc. Sau đó, từ đó bạn có thể tính toán vận tốc cửa đang đi.

Từ hình trên, vận tốc góc sẽ là ít omega. V là vận tốc cuối cửa đi lại. V, rõ ràng thu được với vận tốc góc nhân với bán kính.

Tôi ngạc nhiên khi không ai đề cập đến việc sử dụng bộ mã hóa chuỗi hoặc chiết áp chuỗi Đó là một giải pháp khá đơn giản và chính xác. Về cơ bản, một chuỗi được kết nối với một bộ mã hóa lò xo và bộ mã hóa đo chuyển động của chuỗi. Có rất ít khối lượng di chuyển và nó không yêu cầu trục bộ mã hóa phải được nối với bản lề hoặc yêu cầu bất kỳ sửa đổi nào đối với bản lề như bánh răng hoặc dây đai.

Nếu chuyển động chính nằm dọc theo một đường tròn, một con quay hồi chuyển đơn sẽ cho độ chính xác đủ. Sẽ yêu cầu một số phép toán đi từ vận tốc góc đến vận tốc khối tâm, nhưng đó là phép tính một lần.

Về cơ bản, nếu vận tốc bị giới hạn ở vận tốc góc, thì con quay hồi chuyển + toán học thường có thể cung cấp cho bạn vận tốc tức thời.

Vấn đề với các phương pháp phá hủy xác chết và IMU là trong một thời gian dài, bạn sẽ gặp phải lỗi vận tốc gộp từ việc tích hợp gia tốc tuyến tính. Điều này xảy ra bởi vì nhìn chung không có cách nào tốt để xác định chung vận tốc tuyến tính. Điều này trở nên tồi tệ hơn nhiều khi cố gắng xác định vị trí, tính toán các độ lệch xoay của vận tốc tuyến tính, v.v.

Tùy thuộc vào loại thử nghiệm bạn đang thực hiện, bạn có thể tăng IMU bằng cảm biến để xác định thời điểm đóng cửa / tại vị trí dừng, sau đó sử dụng điều đó để làm lại IMU. Với cách tiếp cận đó, IMU chỉ cần chính xác một cách hợp lý theo thời gian cần thiết để mở / đóng cửa (có lẽ chỉ vài giây), mà tôi tin là hợp lý.