Jak přesně určit otáčky Lego motorů?

Založil Robbed, 22.02.2023, 20:51:35

Předchozí téma - Další téma

0 Uživatelé a 1 Host prohlíží toto téma.

Robbed

Ahoj,
už delší dobu si pohrávám s myšlenkou postavit vlastní ekvatoriální montáž na focení noční oblohy. Jelikož momentálně nemám ani pořádný foťák, tak se mi nechce investovat nějakých 1000€ jen za "nabušený stativ". V podstatě se jedná o stativ, který se elektronicky otáčí přesně podle zemské osy (tedy rychlostí 1 otáčka za den), takže takový hodinový stroj. Dají se tak fotit dlouhé expozice (desítky sekund až minuty), aniž by všechno bylo rozmazané kvůli zemské rotaci.

Problém, který teď ale řeším je, jaký motor použít, abych docílil konstantních otáček po dobu alespoň 30-60 minut.
Momentálně mám několik PF Medium & Large motorů. Podle philohome jsem našel jejich hodnoty RPM, ale např. pro L motor se rozchází s oficiálně uvedenou hodnotou (380 vs. 390), dále třeba hodnoty zde jsou úplně jinde a také jsem zkoušel měřit sám, což mi vyšlo cca 340rpm pro oba motory.

Jakmile budu mít motor s přesně určenými otáčkami, tak zpřevodování by už nemělo být těžké (pomocí http://gears.sariel.pl/). Pokud správně počítám, tak pro RPM 380 bych potřeboval převod 1:547200 (380 * 60 * 24). A pak už jen postavit samotnou montáž 8).

Takže bych se chtěl zeptat:
- dá se nějak přesně určit, jaké má motor otáčky? nebo zajistit, aby měl po určitou dobu zhruba stejné otáčky?
- má smysl jít do nové lego elektroniky? nemám zatím nic kromě PF, ale viděl jsem v posledním videu JKbrickworks, že dokáže regulovat otáčky
- má smysl jít třeba do buwizz? už o tom dělší dobu uvažuji tak jako tak.

Díky
Podobné téma

skipper

Pri DC motoroch otáčky závisia od napätia - stačí si všimnúť hneď prvé grafy od Phila. A udržanie týchto otáčok závisí od toho či na potrebný moment sily je dodaný dostatočný prúd (a tiež nie cez maximum). Tj mať poriadny stabilizovaný/riadený zdroj čo tie z LEGa ani zďaleka nie sú.

Druhá možnosť a stavil by som sa, že použitá v tých profi riešeniach je použitie krokových motorčekov, zas to tie z LEGa nie sú.

Alternatívou v LEGu sú motory s enkodérom polohy a to je to čo je vidieť u toho JKBrickworks videa, ak som dobre pochopil z obrazu on si zisťuje za koľko mu spraví 1 otáčku a tomu prispôsobuje rýchlosť skrz Mindstorms. Program nieje vidieť tj nieje jasné ktoré ovládanie motora používa a či vôbec origo bloky alebo napr alternatívu cez programovací jazyk.
Tj ak si zateoretizujem, môžem si spraviť pseudo stepper motor, tj v rovnakých časových intervaloch mu pošlem "posuň sa o 1 pozíciu". Alebo mu nastavím rýchlosť v % a podĺa porovnania času celej otáčky vs žiadaného času to skorigujem hore/dole.
Na toto by som použil buď programovateľné sady Mindstorms a pod alebo Powered Up (a v tom prípade najskôr s alternatívnym PyBricks Firmware aj keď základ asi pôjde tiež cez bloky).
Jo a vôbec si zistil v oboch prípadoch ako stabilne držia tie jednotky časovač-realtime clock.
Netreba zabúdať že LEGO prevody majú celkom veľké vôle.

milanv

#2
Otáčky se strašně moc mění se zátěží, prostě ty motorky jsou moc "měkký zdroj".
Pak teda závisí i na tom napětí, ale to už popsal skipper a aspoň je to nějak měřitelné a ovlivnitelné (lepším zdrojem), zatímco ta fyzická zátěž ti to ovlivní nečekaně, nespočitatelně apod. Dokonce je problém i aby to bylo ovlivnění plynulé. I jednoduché de facto nezatížené převody umějí v legu udělat zpětné rázy, nepravidelné otáčky motoru a podobně ošššklivé věci. Mluvím ze zkušenosti s betlémem, takže si umíš představit, jak "zatížené" mechanické věci se tam konají: posun pár-gramové postavičkyo pár centimetrů tam a zpět apod.

Navíc lego převody strašně vaklají, lego konstrukce pod vahou (co bude mít ten dalekohled) se prohýbají a tím opět víc tře každá osička apod. a tím se změní i znepravidelní otáčky.

Přemýšlím, jak to zakončit nějak pozitivně, nějakým nápadem, jak na to. Ale necítím se na to dostatečně vzdělaný - ohledně mechanické konstrukce bych šel za odborníky: HD, Stimpi a další machři přes Technic... A zvážil bych motory z EV3, ty mají kontrolu otáček a dají se přesně ovládat.

EDIT: A nebo bazar pro astronomy a skutečný kovový stroj :)
Pán na Žlutém hradě

HD

#3
Otáčky jsou jedna věc, ty bych zkusil řešit přes Mindstorms a motory se senzory (možná by to šlo i s C+/PU, rozhodně ne s PF systémem - BW tam taky moc nepomůže).
 Druhá, a neméně důležitá věc je celková tuhost mechanického systému, jak zajistit, aby, jak píše Milan, se mechanismus choval slušně; tzn. jak eliminovat vůle a zejména vibrace (ty u astrofoto nikdo nechce) způsobené motorem a nelineární pasivní odpory - tření ve spojení ale-díra nebo u točny plast-plast, a další mechanické vrtochy způsobené měkkým deformujícím se plastem a vůlí v dílech, nejenom v převodech - ta by měla jít trochu eliminovat zařazením malého převodu na modré axle-pin).

Jen pro představu - kolik váží foťák který bys na to montoval? (a jak bys jej na startracker montoval? Na šroub, nebo do "klece" z lego kostek?)

Raději než stavět z LEGO kostek bych raději šel cestou 3D tisku a řezání z akrylátu. Nicméně, řízení přes Mindstorms by mohlo fungovat, když bude mít motor dostatečně nízké otáčky, aby nevibroval. Raději bych šel asi do krokového NEMA17 (nebo podobného) motoru.

https://www.printables.com/model/355448-star-tracker
https://www.printables.com/model/348574-og-star-tracker

A rozhodně bych trochu inspirace na pevné mechanismy čerpal od Akiyukiho a jeho robotických paží.
https://www.youtube.com/user/akiyuky
Pokud Vás zajímá přehled mojí tvorby, následujte link na rozcestník:
https://linktr.ee/horcikdesigns

HD

Pokud Vás zajímá přehled mojí tvorby, následujte link na rozcestník:
https://linktr.ee/horcikdesigns

peter

Sám jsem to kdysi zkoušel postavit a narazil jsem na dva zásadní problémy, které jsou v podstatě nepřekonatelné. Výsledekm tedy bylo, že jsem takovouto věc pomocí LEGO kostek opustil a pořídil si kvalitní a hlavně funkční věc k tomu přímo určenou.

Každopádně abych jen nenapsal, že to nejde a "kup si něco jiného", tak napíši i ty dva důvody.

1) na ten už zde narazili už i ostatní a sice, že LEGO motory jsou vysoce nespolehlivé, tzn. jejich otáčky jsou pro takto přesné potřeby nepoužitelné. Jelikož se jedná o v podstatě běžné DC motory, tak je velmi důležitý tvrdý zdroj energie, tzn. že bude dodávat velmi stabilní napájecí napětí, ale i proud, díky kterému se ten motor bude více méně točit i pod zátěží relativně stejně. Samozřejmě nejspolehlivější je krokový motor, který si stále hlídá svoji polohu a tím se neustále koriguje a pak je jeho chod plynulejší, ale to bohužel od LEGO motoru očekávat nelze.
Když jsem však díky několikanásobnému zpřevodování a vyvážení docílil přibližně potřebných a konstantních otáček, dostal jsem se do problému 2.

2) Samotné LEGO je velmi průžné a nepřesné. Pro dlouhé expozice, jak jistě sám víš, je nejdůležitější pevné uložení foťáku vůči focenému objektu. Když se fotí např. voda, nebo noční město tak je podstatný pevný stativ, aby se foťák nepohl při každém i malém závanu větru apod. U paralaktické montáže se to ale mnohonásobně komplikuje, jelikož je foťák v pohybu. Vše je tedy mnohem náročnější na přesnost, aby se foťák opravdu pohyboval jen v té jedné ose. Jelikož LEGO nemá ložiska, žádné přesné uložení os a všude jsou pro takovéto použití enormní vůle, tak se prostě foťák neustále pohyboval. I když to bylo málo, nebo jen drobně vybroval, tak na fotkách to je prostě vidět, protože to prostě za boha nebylo ostré. Jako nějaké obyč fotky celé oblohy asi jakš takš, ale jakmile bylo cílem fotit něco konkrétního, tak to bylo nepoužitelné.
Samozřejmě v té době jsem neměl takovou kolekci jako mám teď, takže celá ta montáž byla taková, co jsem tehdy dal, ale i dnes si nemyslím, že bych konstrukci dokázal udělat natolik robustní, aby výše popsané neduhy se zrcadlovkou zvládla.

Myslím, že velmi solidní základ se dá pořídit od 500€ a to za tu eliminaci nervů, času, navíc s velmi nejistým výsledkem, rozhodně stojí a čistě LEGO řešení nebude cenově jinde ;)
Další výtvory a informace najdete na mém webu ARTPeter.net, v galerii na Brickshelf.com a mém YouTube kanále.

fulda

Citace od: Robbed kdy 22.02.2023, 20:51:35Ahoj,
už delší dobu si pohrávám s myšlenkou postavit vlastní ekvatoriální montáž na focení noční oblohy.
...
... aniž by všechno bylo rozmazané kvůli zemské rotaci.
...
Problém, který teď ale řeším je, jaký motor použít, abych docílil konstantních otáček po dobu alespoň 30-60 minut.

Ahoj,

vzal jsi si "velmi jednoduché téma" :)
V zásadě se dá rozdělit na dvě podtémata:
  • otáčky motoru versus poloha
  • přesnost a stabilita mechanizmu

Otáčky motoru versus poloha:
Tady se používají dvě technologie:
  • Motor, který sám drží definovanou polohu (má synchronní otáčení)
  • Motor, který nedrží definovanou polohu a k němu vhodný snímač polohy
K prvnímu případu ti většina lidí od boku řekne, že to je krokový motor. To je velmi jednoduchá a snadno představitelná odpověď, která má takovou zásadní chybu právě v tom slově "krokový". Protože to v praxi znamená, že motor v reálu poskakuje po definovaných diskrétních krocích, takže jeho pohyb je jaksi trhaný. Často se to řeší pomocí  definování mezikroků (které nejsou stabilní), nebo pomocí převodovky (která snižuje přesnost). Krokový motor není jediný příklad synchronního motoru, ale ostatní typy vyžadují rigoróznější přístup a tak o nich najdeš málo informací na youtube. Informace o motorech použitelných pro podobná zařízení se řeší například v TOMTO fóru (ano, tvoje zařízení bude na konci dne robot).

Druhý případ znamená použití nějakého snímače polohy. Velmi oblíbené je například "kolečko z myši". To je zase velmi jednoduchá metoda, která zase znamená "skákání" po diskrétních krocích. Dobré je, že existuje jako KOSTKA pro mindstorms. Zase, kolečko je diskrétní a počítá kroky, takže není moc spojité. Existují i jiné metody, založené na různých magnetických snímačích, nebo potenciometrech. Zase nějaké fórum najdeš TADY.

Pak tu máme dvojtéma přesnost a stabilita systému. Tady se posouváme ke strojařině, což mi není moc vlastní. Zjednodušeně řečeno - je jednodušší točit motorem rychlostí 100 otáček a dělit je pomocí převodovky 100:1. A to jak v případě asynchronních motorů, tak z pohledu nespojitých motorů, nebo měření, kde se pomocí převodovky "zmenšuje" ta nespojitost. Bohužel, převodovka vnáší do systému nepřesnost, která je daná její mechanickou konstrukcí. Třeba existuje pojem jako "modul zubu", kterej říká, jak moc pevná je vazba mezi zdrojem a koncem pohybu. Lego ozubená kola mají modul odhadem 1+, takže nic moc.

Budeš tedy muset udělat mnoho kompromisů a budeš se u toho muset naučit něco z robotiky, případně ze strojařiny.
Za pravopisné chyby v této zprávě může moje učitelka češtiny.

HD

Modul zubu definuje i mj. velikost zubu. 
Pokud Vás zajímá přehled mojí tvorby, následujte link na rozcestník:
https://linktr.ee/horcikdesigns

milanv

Zaujalo mě to, tak jsem se po obědě kouknul bleskově na astro-bazary a další tipy, jak to sehnat či postavit levněji. A zaujal mě článeček, kde popisuje klasickou profesionální montáž, celokovovou, strojařsky vyrobenou slovy: "téměř všechny montáže kromě těch za statisíce potřebují vedle držák na druhý dalekohled. Nejsou totiž z konstrukčních důvodů schopné udržet samy zaměření na stále stejnou část oblohy kvůli nedokonalostem v konstrukci, např. házivost vnitřního šneku. Proto se druhý dalekohled zaměří na tzv. referenční jasnou hvězdu a pomocí něj se průběžně upravují nastavení montáže. Jinak by nešlo vyfotit téměř žádný ostrý snímek."

Podotýkám znovu, že šlo o kovový strojařský výrobek za menší desítky tisíc. Nejsem astronom s praxí, abych posoudil, jestli dotyčný nepřehání, ale moje zkušenosti s fotografickými stativy, když mají nést dlouhé sklo v libovolném úhlu, to jen potvrzují. A to s ním nemusí hýbat, můžu vše utáhnout šrouby.
Pán na Žlutém hradě

Idaho

V této věci je podle mého názoru hodně důležité, co na tu paralaxní montáž z LEGA má být nasazeno. Jestli jen nějaký kompakt, ultrazoom nebo (bez)zrcadlovka (a pak jaká a jak těžká). U (bez)zrcadlovky s trochu slušnějším objektivem a profikompaktů si myslím, že ty vůle v LEGu a v motorcích budou mít na obraz efekt a nevyužije se potenciál foťáku na maximum. A pak je otázka, jestli třeba (bez)zrcadlovce a objektivu dohromady za desítky tisíc dělat montáž z LEGa.

Pro inspiraci na Astroforu je tato diskuze, kde se dlouhodobě řeší stavění montáží, tak to třeba může v něčem pomoci.
https://www.astro-forum.cz/viewtopic.php?t=1445&start=540
Řeší se tam třeba parametry motorů. Jen se obávám, že při stavbě z LEGa je potřeba se podívat někam dál do minulosti, kde stavba montáže podomácku byla hodnocená jako značně problematická. Třeba u té jedné montáže ve videu výše je vše otevřené, tak by vedle pevnosti a přesnosti mohl nastat problém i se srážením vlhkosti. Také taková LEGO montáž bude mít limit, co se týče hmotnosti a délky zařízení a pak může zbytečně mrzet, že na to nepůjde dát ani nějaký malý dalekohled, který by zakoupená montáž zvládla. A u astrovybavení je potřeba pamatovat, že ať si člověk pořídí cokoli, tak to bude vždy časem málo.

Plus bych, pokud už by ke stavbě mělo být přistoupeno, doporučoval jako první zkusit ukotvení toho fotoaparátu včetně objektivu (v případě zoomu v maximálním prodložení tubusu s ohledem na těžiště) a zkusit, jak drží v náklonu odpovídající rovině otáčení.

Robbed

#10
Díky moc za reakce, projdu to všechno, až budu mít o víkendu chvíli čas.

Jenom narychlo odpovím - mám momentálně foťák Panasonic Lumix DC-GX9, není to zrcadlovka, ale má výměnné objektivy (mám jeden pevný 25mm a jeden "zoom" do 100mm). Celkem kompaktní a váží jen nějakých 0.5kg.

Tohle jsem např fotil nedávno s obyčejným stativem, složené z cca 20 snímků po 2 sekundách (víc jak 2 sekundy je už rozmazané pří větším zoomu).

Ohledně konstrukce jsem měl zhruba takovýto nápad. Je to nakloněná plošina se sklonem odpovídajícím mojí zeměpisné šířce a na ní je otočný válec (2 body uchycení pro lepší stabilitu). Osa otáčení pak musí směžovat na polárku, ale to už jen stačí celou konstrukci natočit odpovídajícím směrem. Foťám by tedy měl víc omezené zorné pole, než na běžném stativu.montaz.png