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ELETRÔNICA / ELÉTRICA => Eletrônica => Tópico iniciado por: rodrigoshaller em 16 de Dezembro de 2009, 20:33
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Olá... Irei fazer um pêndulo invertido com acelerômetro no meu trabalho de TCC no próximo semestre...
Estou procurando algum site que forneça amostras de acelerômetros...
Já pedi na farnell, mas me disseram que não é muito bom confiar neles pq demoram demais para entregar!
Alguém sabe algum outro site que forneça samples de acelerômetros?
Ah outra coisa...
Será que um acelerômetro de 2g (por ex. ADXL202) seria suficiente para o pêndulo invertido?
ou seria bom um de 2,5g ou 3g?
Desde já agradeço!
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E qual seria o papel do acelerômetro em seu sistema, Rodrigo ?
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Ele seria acoplado na haste do pêndulo
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Rodrigo,
Recentemente, na universidade em que leciono, um aluno de pós graduação construiu um robô com mecanismo de equilíbrio dinâmico, similar a um Segway e utilizou um giroscópio de helicóptero.
O princípio do Segway é o mesmo do pêndulo invertido. E este é um giroscópio especial (rate of gyro) que detecta mudanças na direção do helicóptero, acredito que poderia ser aplicado em seu projeto e voce deve encontrá-lo em lojas de aeromodelismo.
No laboratório, temos modelos didático de pêndulos invertidos sem sensor de aceleração, apenas do ângulo do pêndulo. Fica também a pergunta, se voce medir o ângulo, voce precisaria mesmo de um acelerômetro? Poderia calcular a velocidade e a aceleração....
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Bom, o objetivo é que o pêndulo comece caído, como neste vídeo:
Então, o eixo do pêndulo deve ser solto...
Como eu poderia medir o ângulo do pêndulo sem ser pelo eixo e sem um acelerômetro?
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Rodrigo,
Bom, o objetivo é que o pêndulo comece caído...
Então, o eixo do pêndulo deve ser solto...
Como eu poderia medir o ângulo do pêndulo sem ser pelo eixo e sem um acelerômetro?
Como o pêndulo começa caído e parado, o sistema de controle deve medir o ângulo e calcular que existe um erro de posicionamento, um acelerômetro não serviria nesse caso...
Acelerômetros não medem ângulos...
Um sensor de posição angular seria suficiente, para medir o ângulo inicial, instantâneo, determinar a aceleração, a velocidade. Dependendo do sensor, também não impede o movimento do eixo do pêndulo.
Uma opção, sem sensores, imagino, que seria usando uma câmera e um software de processamento de imagem, aliás, muito em voga atualmente. Existem placas da National Instruments com essa funcionalidade.
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Acelerômetros não medem ângulos...
Medem sim ... mas o prob é outro ... vou deixar pro Rodrigo descobrir pq ... justificar a não utilização de acelerômetros vale mais que o resto do trabalho ... ;D
Uma opção, sem sensores, imagino, que seria usando uma câmera e um software de processamento de imagem, aliás, muito em voga atualmente. Existem placas da National Instruments com essa funcionalidade.
Claro , claro ... simples, confiável, barato, tempo de desenvolvimento quase zero e tem em qualquer quitanda ... ;D ;D ;D
Algo contra o bom e velho potenciômetro ? Não vá lapidar o simplório aqui, hein ? ;D
Rodrigo, dá uma espiadinha nisto aqui:
http://lims.mech.northwestern.edu/~design/mechatronics/2004/Team11/
É pra inspirar, não pra copiar ... :P
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Como eu poderia medir o ângulo do pêndulo sem ser pelo eixo e sem um acelerômetro?
Giroscópio. Há alguns, utilizados em modelos de helicópteros, que são relativamente baratos e há muito sprojetinhos bem documentos por aí que os utilizam. Há um punhado de chips que se pode adquirir separadamente tb.
http://www.analog.com/en/sensors/inertial-sensors/adxrs150/products/product.html
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Acelerômetros não medem ângulos...
Medem sim ... mas o prob é outro ... vou deixar pro Rodrigo descobrir pq ... justificar a não utilização de acelerômetros vale mais que o resto do trabalho ... ;D
Descobrir e aprender é uma coisa, desorientar é outra... :)
Estamos falando de aprender, coisas novas e desconhecidas...
Será que há algo errado? Termômetros medem temperatura, velocímetros medem velocidade, manômetros medem presão e acelerômetros medem o quê?? Estamos falando de medição e não de inferência, a posição inicial o acelerômetro não mede, não é? E se olhasse o vídeo, quando o pêndulo começa parado e caído, perceberia que o acelerômeto não serve neste caso... :)
Para clarear, o que já está... considere um movimento hipotético, de rotação uniformemente variado (aceleração constante) e se x for o ângulo, v a velocidade angular e "a" aceleração angular:
x = x0 + vo.t + a.t2/2
Ou seja, como descobrir x sem saber x0? É facil perceber que só um acelerômetro, que mede "a" não consegue determinar a solução para o problema.
Além disso, para determinar e manter a posição vertical, de equilibrio do pêndulo (set point do contolador de posição), como o acelerômetro poderia fazê-lo, se essa não fosse a posição inicial do pêndulo?
Uma opção, sem sensores, imagino, que seria usando uma câmera e um software de processamento de imagem, aliás, muito em voga atualmente. Existem placas da National Instruments com essa funcionalidade.
Claro , claro ... simples, confiável, barato, tempo de desenvolvimento quase zero e tem em qualquer quitanda ... ;D ;D ;D
Algo contra o bom e velho potenciômetro ? Não vá lapidar o simplório aqui, hein ? ;D
Nada contra o potenciômetros, nem soluções simples. Mas simplório é simplificar demais e não atingir o objetivo... :)
Aliás, no laboratório de minha universidade, temos modêlos de pêndulos invertidos com potenciômetros de precisão acionados por motor de CC, mas o pêndulo não gira mais de 180 graus.
Minha sugestão inicial é usar um sensor angular. Um potenciômetro comum não permite rotação e a medição de ângulos da ordem de 360 graus.
Mas, por exemplo, há sensores magnéticos por efeito Hall, que permitem rotação livre sem atrito, sem desgaste e são baratos, conforme a figura.
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Isto é muito usado na industria, evitando-se entrada de umidade, gases e sujeira na parte eletrônica. Que é selada.
A sugestão de usar uma câmera não é nada impossível, respondi a pergunta do Rodrigo, conheço pessoas na universidade que já fizeram trabalhos nessa área. É algo novo, aprenderia-se, muito desejável acadêmicamente falando... :)
Processamento de imagem é mais caro, mais complexo que um simples potenciômetro, mas o objetivo é acadêmico, um pêndulo invertido também é um modêlo acadêmico...
Aliás, atualmente, o processamento de imagens tem tido uso crescente em indústrias, pessoas que sabem trabalhar com isso também são mais valorizadas no mercado...
O simplório às vezes funciona e atende, mas com restrições... :)
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Descobrir e aprender é uma coisa, desorientar é outra... :)
Pois é, meu caro Gil ... ;D
Será que há algo errado? Termômetros medem temperatura, velocímetros medem velocidade, manômetros medem presão e acelerômetros medem o quê?? Estamos falando de medição e não de inferência ...
E câmeras fazem o que, caríssimo Gil ? Expurgam inferências ? he, he, he ...
... como o acelerômetro poderia fazê-lo ?
Eu disse que é possível medir ângulos com um acelerômetro, e enfatizei que acelerômetros não são adequados à esta aplicação, lembra ?
Um potenciômetro comum não permite rotação e a medição de ângulos da ordem de 360 graus.
E pra que raios se precisaria medir 360 graus pra fazer um pêndulo invertido ?
simplório é simplificar demais e não atingir o objetivo... :) ... O simplório às vezes funciona e atende, mas com restrições... :)
Vc não percebeu, mas o "simplório" aqui foi uma ironia ... ;D
A sugestão de usar uma câmera não é nada impossível ...
E eu disse que era impossível ? Até é, mas entre o possível e o viável, factível, adequado, oportuno, etc pode haver um abismo ... acho que cabe citar uma frase lapidar de um querido e sábio amigo:
Descobrir e aprender é uma coisa, desorientar é outra ...
Começar a construir pelo telhado não é algo que eu aconselharia a um estudante. Aliás não aconselho a nínguém, por mais possível que possa ser ... ;D
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Caro Jorge,
E câmeras fazem o que, caríssimo Gil ? Expurgam inferências ? he, he, he ...
Por trabalhar com imagens planas, as câmeras podem fornecer a informação de posição (ângulo) instantânea...
Mas são uma solução mais sofisticada e cara, a câmera e o sistema de processamento devem ser bem rápidos!!
Mas entendo, que o considerado viável, possível e como deve ser feito depende dos equipamentos, o que está disponível, ou pode ser adquirido, nos laboratórios, bem como dos objetivos acadêmicos.
E pra que raios se precisaria medir 360 graus pra fazer um pêndulo invertido ?
Se voce olhar o vídeo, vai perceber que o objetivo é mais que um simples pêndulo oscilatório, o referido pêndulo dá voltas e gira livremente...
Mas basicamente, trata-se de um controle de posição (ângulo)...
Também não é um simples controlador de posição do tipo PID, ou similar, é necessário um pouco mais, principalmente para tirar o pêndulo do repouso num ângulo oposto ao set-point.
Bom dia!!
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Fiz um pêndulo invertido neste semestre com potenciômetro no eixo e sem micro-controladores! Utilizando um PID.
Para o próximo semestre, preciso fazer diferente!
Não posso utilizar um potenciômetro como sensor...
Gostei da idéia do giroscópio, até porque nunca trabalhei com um...
Fiz uma busca rápida... mas não encontrei muitos fornecedores de giroscópios!
Devo confiar na farnell?
Alguem já comprou algo de lá?
Muitas pessoas me disseram que eles demoram meses pra enviar o produto.
Quanto a idéia da câmera... Parece ser muito boa a idéia, mas , algo me diz que está fora do orçamento! =\
Estou dando uma pesquisada sobre o sensor de efeito Hall...
;D
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Grande Rodrigo,
Não posso utilizar um potenciômetro como sensor...
Gostei da idéia do giroscópio, até porque nunca trabalhei com um...
Que tal um pequeno motor de passo no lugar do potenciômetro? Ele gera um pulso senoidal a cada 1,8°, sendo que os 2 enrolamentos geram ondam defasadas de 90°. Essa dica me foi dada pelo Sir Jorge anos atrás para um encoder.
Por falar em encoder, é outra boa solução ;)
Devo confiar na farnell?
Alguem já comprou algo de lá?
Muitas pessoas me disseram que eles demoram meses pra enviar o produto.
Costumo comprar na Farnell de vez em quando. É normal eles entregarem o produto em UM MÊS, mas SEMPRE chega :)
Abraços,
Rudolf
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Vou dar uma pesquisada também na idéia do motor de passo e do encoder ;D
Desculpem a ignorância... Mas..
Como o giroscópio funciona?
Eu pensei que ele tinha um eixo e baseado na rotação do eixo, se descobriria o ângulo.
Mas... em fotos eu vi que é um CI!
Onde eu poderia acoplá-lo no pêndulo?
E como ele faz a medição?
???
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Por trabalhar com imagens planas, as câmeras podem fornecer a informação de posição (ângulo) instantânea...
Gil, eu poderia escrever um alfarrábio refutando isto, mas o ponto é: negativo, vc terá de inferir, se a intenção é mensurar. É, como a esmagadora maioria, instrumento indireto ...
Mas entendo, que o considerado viável, possível e como deve ser feito depende dos equipamentos, o que está disponível, ou pode ser adquirido, nos laboratórios, bem como dos objetivos acadêmicos.
Pois é este o alvo da minha ironia ... consta do meu mantra sagrado, que repito trocentas vezes por dia: suficiência e adequação, o resto é masturbação ...
Mesmo que o objetivo seja a pesquisa pura, abandone Onan e cultue Ockhan ... ;D
Se voce olhar o vídeo ...
Que vídeo ? Perdi alguma coisa ?
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Como o giroscópio funciona?
Rodrigo, funciona pelo princípio da conservação do momento angular, mais um efeito da inércia ...
Há mais de um tipo de giroscópio integrado em um chip, as data sheets habitualmente trazem uma boa descrição dos príncipios utilizados, sugiro que vc pesquise e leia ... o material é abundante por aí, inclusive há projetinhos bem documentados sobre a aplicação com pêndulos invertidos. Vale a pena dar uma espiada no Segway.
Eu pensei que ele tinha um eixo e baseado na rotação do eixo, se descobriria o ângulo. Mas... em fotos eu vi que é um CI! Onde eu poderia acoplá-lo no pêndulo?
E como ele faz a medição?
Estude um pouquinho sobe esses componentes, não faz muito sentido discutir aqui se vc não tiver entendido o básico ...
Vc poderia começar por aqui e depois ampliar a pesquisa:
http://en.wikipedia.org/wiki/Gyroscope
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Vou dar uma pesquisada também na idéia do motor de passo e do encoder ;D
Considere o seguinte, tanto o motor de passo (usado como sensor) como o encoder incremental são sensores angulares de movimento relativo, ou de deslocamentos, em relação a uma posição inicial, que voce não sabe a priori.
Os sensores incrementais são do mesmo tipo usado em impressoras, e do mesmo modo, ao inciar o sistema de controle do pêndulo, seria necessário calibrar o zero do sensor.
A menos que voce inicialize seu sistema com o pêndulo parado e sempre na vertical para baixo. Ou tivesse alguma outra estratégia de inicialização, um encoder incremental não resolveria.
Um sensor angular absoluto, como um encoder absoluto, sensor angular por efeito Hall ou um potenciômetro especial ou modificado (de volta completa), poderiam ser usados sem essa preocupação.
Nesse pêndulo rotativo, acredito que um potenciômetro multivoltas de fio também resolveria, desde que não desse muitas voltas para um lado ou para o outro.
Desculpem a ignorância... Mas..
Como o giroscópio funciona?
Eu pensei que ele tinha um eixo e baseado na rotação do eixo, se descobriria o ângulo.
Mas... em fotos eu vi que é um CI!
Onde eu poderia acoplá-lo no pêndulo?
E como ele faz a medição?
A rigor, um giroscópio é um dispositivo que está sempre orientado num ângulo absoluto (paralelo ao eixo de rotação da Terra) e pode determinar angulos a partir dessa referência. É usado em navios, em sistemas de navegação e piloto automático, quando se quer uma orientação de Norte verdadeiro, diferentemente do Norte Magnético, que inclusive varia um pouco.
O giroscópio funciona baseado na conservação do momento angular de uma peça que fica girando ou oscilando em torno de um eixo. Ao tentar mudar o ângulo desse eixo, movendo a peça, surge uma reação ou uma deformação, que pode ser medida, fornecendo o deslocamento angular que ocorreu.
O que está sendo sugerido é um giroscópio de taxa de giro, que mede não exatamente o ângulo absoluto, mas a variação do ângulo atual, a partir do repouso. No seu caso, esse giroscópio ajudaria no controle, numa estratégia de controle do tipo antecipativa. Mas deverá ser associada a uma estratégia de realimentação (do tipo feed-back), baseada na posição angular. De uma olhada na literatura de controle sobre esse assunto...
Defendo o uso de um sensor angular sozinho ou associado ao giroscópio de taxa de giro. Pois, tanto o giroscópio de taxa de giro quanto o acelerômetro não resolvem sozinhos o problema de conseguir controlar a posição absoluta do pêndulo.
Para montar o giroscópio no pêndulo é só observar que o seu eixo de medição seja paralelo ao eixo de rotação / oscilação do pêndulo. Acredito que deveria montá-lo bem próximo ao eixo do pêndulo, facilita montagem e também para não submetê-lo a grandes acelerações, o que poderia levar a erros de medição. Há outras dificuldades, como: passar fios de alimentação, sinal, ....
Dê uma olhada em giroscópicos de helicópteros radicocontrolados.
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Para aqueles que não viram o vídeo:
Bom, o objetivo é que o pêndulo comece caído, como neste vídeo:
Então, o eixo do pêndulo deve ser solto...
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Considere o seguinte, tanto o motor de passo (usado como sensor) como o encoder incremental são sensores angulares de movimento relativo, ou de deslocamentos, em relação a uma posição inicial, que voce não sabe a priori.
Na verdade sabe, o pêndulo em repouso aponta sempre para o centro da Terra ...
Os sensores incrementais são do mesmo tipo usado em impressoras, e do mesmo modo, ao inciar o sistema de controle do pêndulo, seria necessário calibrar o zero do sensor.
Na verdade, não, o "zero" é a posição de repouso ...
A menos que voce inicialize seu sistema com o pêndulo parado e sempre na vertical para baixo.
Creio que esta é a condição inicial, né ?
A rigor, um giroscópio é um dispositivo que está sempre orientado num ângulo absoluto (paralelo ao eixo de rotação da Terra) e pode determinar angulos a partir dessa referência. É usado em navios, em sistemas de navegação e piloto automático, quando se quer uma orientação de Norte verdadeiro, diferentemente do Norte Magnético, que inclusive varia um pouco.
De maneira alguma ! Giroscópios não guardam qualquer relação com a Terra, não têm absolutamente nada a ver com o eixo de rotação e muitíssimo menos com com pontos cardeais, coisas de interesse para a navegação, mas absolutamente irrelevantes no que se refere aos giroscópios.
Os giroscópios podem ser apontados para qualquer direção que se queira e manter esta posição dentro de certos limites e condições, a navegação é apenas uma das aplicações e nada exige que o giroscópio seja alinhado com eixo de rotação terrestre ou coisa que o valha ...
O que está sendo sugerido é um giroscópio de taxa de giro, ...
O utilizado em aeromodelos, sim, mas há outros ... é não é absurdo pensar em construir um, eletromecânico, a depender das exigências peculiares ao projeto pode ser não apenas viável, simples e barato, mas tb acrescenta interesse, há muito projetinhos de pêndulos invertidos por aí, nenhum que eu conheça que tenha implementado esta solução ...
Defendo o uso de um sensor angular sozinho ou associado ao giroscópio de taxa de giro. Pois, tanto o giroscópio de taxa de giro quanto o acelerômetro não resolvem sozinhos o problema de conseguir controlar a posição absoluta do pêndulo.
Resolvem sim e há exemplos por aí ... é frequente a associação dos giroscópios com acelerômetros, mais que suficiente para a tarefa ...
Para montar o giroscópio no pêndulo é só observar que o seu eixo de medição seja paralelo ao eixo de rotação / oscilação do pêndulo. Acredito que deveria montá-lo bem próximo ao eixo do pêndulo, facilita montagem e também para não submetê-lo a grandes acelerações, o que poderia levar a erros de medição.
Irrelevante, não há qualquer necessidade de paralelismo.
Há outras dificuldades, como: passar fios de alimentação, sinal, ....
Sim, isto sim é relevante.
Dê uma olhada em giroscópicos de helicópteros radicocontrolados.
O que já foi sugerido, logo acima ... ;D
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Bom natal a todos
Exemplo de uso de acelerometro
Roberto
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Existe algum giroscópio com um encapsulamento fácil de soldar?
Porque creio que é impossível fazer qualquer tipo de soldagem no ADXRS150 por exemplo... ele tem 32 pinos i mede 7mm x 7mm x 3mm! :o
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Existe algum giroscópio com um encapsulamento fácil de soldar?
Não conheço nenhum ...
Alguns links que desenterrei, pode ajudar:
www.iiisci.org/Journal/CV$/sci/pdfs/S406IQ.pdf
http://www.iop.org/EJ/article/1478-7814/35/1/338/prv35i1p266.pdf
www.barello.net/Papers/Motion_Control
http://www.balbots.com/product_info.php?products_id=30
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Acelerômetros não medem ângulos...
ADIS16201: Programmable Dual-Axis Inclinometer / Accelerometer
http://www.analog.com/en/other-products/multi-chip/adis16201/products/product.html
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Rodrigo,
Como em todo o problema, ou trabalho, sugiro primeiramente voce formular e planejar o que deseja fazer e como fazer, antes de ir atrás das peças e/ou perder precioso tempo de seu cronograma, ...
Se é que voce já não fez, sugiro voce primeiramente montar um planejamento, seguem algumas sugestões..
(1) Fazer uma pesquisa bibliográfica, procure não reinventar a roda... Muitas pessoas já trilharam esses caminhos.
(2) O que exatamente deseja fazer? R: Já sabemos que é um pêndulo invertido que saia da posição de repouso.
(3) Qual será a estratégia de controle? R: PID tradicional, PID + Feedforward, PID adaptativo, ...
(4) Qual será o(s) tipo(s) de sensor(es) utilizado(s) ? R: Posição, ....
(5) Definir a tecnolgia do controlador? R: Digital (microcontrolado), analógico
(6) Definir qual(is) será(ão) o(s) atuador(es) do pêndulo? R: geralmente é 1 motor de CC, ....
(7) Esboçar um diagrama de blocos do sistema.
(8) Montar um modelo do sistema e da malha de controle (usando Matlab / Simulink, ...)
(9) Testar os conceitos no simulador e consolidar o modelo a ser construído.
(10) Elaborar uma lista de material
(11) Comprar o material.
(12) Montar e testar o sistema
(13) Finalizar a parte escrita do trabalho / relatório final
O giroscópio de helicóptero é como esse aí do link e da figura...
http://comprar.todaoferta.uol.com.br/frete-gratis-gyro-gyro401-futaba-giro-401-p-heli-helicoptero-WDQTBVQMQD#rmcl
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Custa R$ 375,00!! Te aconselho primeiramente planejar, mas são só sugestões...
Já orientei dezenas de TCC, monografias de pós graduação, ...
Desculpe perguntar, em que curso está se formando?
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Desculpe perguntar, em que curso está se formando?
Curso Técnico de Eletrônica no SENAI - Porto Alegre ;)
O giroscópio de helicóptero é como esse aí do link e da figura...
http://comprar.todaoferta.uol.com.br/frete-gratis-gyro-gyro401-futaba-giro-401-p-heli-helicoptero-WDQTBVQMQD#rmcl
Custa R$ 375,00!! Te aconselho primeiramente planejar, mas são só sugestões...
É caro demais =\..
(8 ) Montar um modelo do sistema e da malha de controle (usando Matlab / Simulink, ...)
(9) Testar os conceitos no simulador e consolidar o modelo a ser construído.
Não tenho como fazer isso ainda, só iremos aprender a trabalhar com Matlab, etc.. no decorrer do módulo.
Estou me adiantando na aquisição da peça principal de controle (no caso, acelerômetro ou giroscópio, etc..) porque sei que leva um tempo até que a encomenda chegue em minhas mãos...
Também irei montar o protótipo durante as férias agora...
Tenho 2 meses para adiantar o máximo que eu puder o trabalho, porém, dentro dos limites do meu conhecimento.
E é por isso que estou pedindo ajuda pra vocês. Para poder decidir qual o melhor modo de controle, componente, encapsulamento, etc.
Estou buscando informações na internet e tentando entender o funcionamento das idéias que vocês trazem.
PRECISO decidir e adquirir estes componentes durante estes 2 meses, caso contrário, será difícil terminar a tempo.
Espero ter esclarecido a situação :)
E quero dizer também que sou muito grato pela ajuda que estão me dando!
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É caro demais =\..
Volta pro sistema com câmera. deve ser mais barato ... he, he, he ...
US$ 19,89 tá bão, cabe no bolso ? Cabe ? Então tá:
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.20020
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Custa R$ 375,00!! Te aconselho primeiramente planejar, mas são só sugestões...
É caro demais =\..
Pois é...., conselho: (1) Planejar e esboçar com será o sistema; (2) Comprar material; (3) Montar.
Estou me adiantando na aquisição da peça principal de controle (no caso, acelerômetro ou giroscópio, etc..) porque sei que leva um tempo até que a encomenda chegue em minhas mãos...
Também irei montar o protótipo durante as férias agora...
Tenho 2 meses para adiantar o máximo que eu puder o trabalho, porém, dentro dos limites do meu conhecimento.
E é por isso que estou pedindo ajuda pra vocês. Para poder decidir qual o melhor modo de controle, componente, encapsulamento, etc.
Estou buscando informações na internet e tentando entender o funcionamento das idéias que vocês trazem.
PRECISO decidir e adquirir estes componentes durante estes 2 meses, caso contrário, será difícil terminar a tempo.
Pelo jeito, voce tem que correr... :)
Sugestão: procure coisas simples, mais fáceis de comprar e que vão funcionar com mais certeza. Sensores com saídas analógicas são mais fáceis de trabalhar e de ligar aos circuitos controladores lineares ou microcontroladores.
Então vamos lá..., mais sugestões para começar (baseado num PI da Quanser):
(1) Sensor de posição do pêndulo: potenciômetro multivoltas de fio
(2) Sensor de posição do carro: potenciômetro multivoltas de fio
(3) Atuador: motor CC
(4) Carro de alumínio com sistema de engrenagens redutoras
(5) Deslocamento do carro: através de cremalheira fixa e pinhão (carro)
(6) Apoio do carro: rolamento deslizante apoiado em barra de aço prata
(7) Pêndulo: barra de alumínio redonda de 1/4"
(8) Controlador: do tipo digital, com um processador rápido e com possibilidade de trabalhar com sinais analógicos. Estimo um ciclo de controle da ordem de milissegundos. Sugestão: PIC-18F2550 ou PIC-18F4550 rodando acima de 20 MHz. Ou quem sabe, até um dsPIC.
(9) Linguagem de programação (do controlador): C
Mais idéias dos colegas??
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Então vamos lá..., mais sugestões para começar (baseado num PI da Quanser):
(8 ) Controlador: do tipo digital, com um processador rápido e com possibilidade de trabalhar com sinais analógicos. Estimo um ciclo de controle da ordem de milissegundos. Sugestão: PIC-18F2550 ou PIC-18F4550 rodando acima de 20 MHz. Ou quem sabe, até um dsPIC.
(9) Linguagem de programação (do controlador): C
Para realizar o TCC, obrigatóriamente teremos que utilizar um CUSCOPIC como micro-controlador!
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US$ 19,89 tá bão, cabe no bolso ? Cabe ? Então tá:
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.20020
É viável =)
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Para realizar o TCC, obrigatóriamente teremos que utilizar um CUSCOPIC como micro-controlador!
Pelo que eu vi, a CUSCOPIC é uma placa que suporta vários modelos de microcontroladores PIC, de 28 ou 40 pinos. Recomendo o PIC18F4550 (40 pinos), ou o PIC18F2550 (28 pinos), que não sei se a placa suporta, mas dê uma checada.
Vantagens: compilador C - C18 da Microchip (gratuito), 32 KBytes de memória de código, 2KBytes de DRAM, conversor A/D de 10 bits com MUX de 8 entradas, voce não vai usar, mas esse chip possui até interface USB, interface com memória Flash, I2C, ....
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Rodrigo,
Seguem sugestões de implementação.
Usando a sugestão do Jorge, com encoder e usando potenciômetro. O encoder permite que o deslocamento seja mais livre, sem limitações de quantidade de voltas, atrito..
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Principais componentes:
(1) Dois encoders, um decodificador HCTL-2032, driver L-298 e o PIC-18F4550
(2) Dois potenciômetros de fio de 10K multivoltas de precisão, o driver L-298 e o PIC-18F4550
Depois posto vou tirar e postar as fotos do PI da Quanser....
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Usando a sugestão do Jorge, com encoder e usando potenciômetro.
Na verdade a sugestão do encoder é do Rudolf ...
Dois encoders, um decodificador HCTL-2032, driver L-298 e o PIC-18F4550
Pra que dois encoders ? Qual é a necessidade de conhecer a posição do carro ?
Pra que o decodificador ? É mais dispendioso escrever a rotina para a interface do que usar uma rotina enlatada pro encoder ...
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Pra que dois encoders ? Qual é a necessidade de conhecer a posição do carro ?
Na verdade, seria bastante útil! Por exemplo, controlar a distância limite que o carrinho pode ir, para evitar que ele bata na lateral do trilho.
Ou para fazer o movimento inicial de levantar o pêndulo..
Esse movimento poderia ser pré-programado, então, o controle se tornaria angular apenas depois que o pêndulo já estiver na parte de cima (quando é possível equilibrá-lo)
Neste semestre teve um colega meu que fez um propeller clock, e ele utilizou um encoder e um decoder, mas não para essa finalidade!
Pelo que sei, existem vários tipos de encoders... No caso, usariamos um encoder como sensor angular (para o pêndulo) e outro como sensor linear (para o carrinho) certo?
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Na verdade, seria bastante útil! Por exemplo, controlar a distância limite que o carrinho pode ir, para evitar que ele bata na lateral do trilho.
Pelos filmes que ví, acredito que a ação de levantar o pêndulo é mais uma questão de ajuste de velocidade de reação do que controle por encoder ou o que o valha...
Entendí que o movimento inicial se deve a alguma leitura da posição do pendulo apenas - o carrinho corre o que precisar correr para levantar o pêndulo.
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Usando a sugestão do Jorge, com encoder e usando potenciômetro.
Na verdade a sugestão do encoder é do Rudolf ...
Dois encoders, um decodificador HCTL-2032, driver L-298 e o PIC-18F4550
Pra que dois encoders ? Qual é a necessidade de conhecer a posição do carro ?
Pra que o decodificador ? É mais dispendioso escrever a rotina para a interface do que usar uma rotina enlatada pro encoder ...
Nos modelos de PI comerciais existem esses dois sensores. A estratégia de controle básica usaria apenas o sensor do pêndulo, mas podem ser feitas outras estratégias com os dois sinais, sendo um sistema não linear, os dois sensores ajudam. Por outro lado, o modêlo matemático usa as duas informações, se for comparar o modêlo com o real, os dois são necessários.
Um PIC18F4550 com clock alto (> 20 MHz) até poderia processar os pulsos do encoder, mas existem algumas questões que devem ser levadas em conta:
(1) O processamento do sinal de um encoder em alta velocidade deve ser feito por interrupção, uma para cada saída do encoder, ou seja, 4 entradas de interrupção. Sendo sensores independentes, as interrupções e podem ocorrer quase simultaneamente. Esse processamento de interrupções deve ter baixa latência se as velocidades forem altas e os encoders de maior resolução, considerando que são dois, a coisa se complica;
(2) O HCTL-2032 é mais que um simples decodificador de pulsos. Possui uma série de coisas interessantes (schmitt-trigger nas entradas, processa os sinais do encoder, inclusive de index) e também um contador de 32 bits para cada encoder. Ou seja, a posição também está sendo determinada pelo HCTL-2032, o PIC só precisaria ler esses contadores para saber a posição de cada um. Acredito que o esforço de processamento é menor do que analisar os pulsos e efetuar a contagem para 2 encoders, considerando também a baixa latência requerida para as interrupções. O HCTL-2032 dá uma certa folga ao sistema;
(3) Haverá um laço controle PID de uma ou duas entradas (ou algo mais sofisticado - Fuzzy, ...) em malha fechada com velocidade maior que 100Hz e baixo jitter, rodando com variáves do tipo float (32 bits). Que não poderia sofrer interferência do processamento do encoder para não comprometer o controle.
(4) Ainda existe a comunicação com o PC, em RS232, que demanda um outro tanto da CPU.
Voce viu a velocidade do pêndulo no vídeo?
Podemos até tentar fazer tudo no PIC, mas acredito que o prazo requer decisões que não comprometam os resultados futuros, por exemplo, comprar 2 encoders pequenos e o HCTL-2032.
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Para levantar o pêndulo, é necessário efetuar movimentos laterais alternados, na mesma frequência de ressonância do pêndulo e em fase. De modo que a amplitude crescente dos movimentos oscilatórios do pêndulo possibilite que se mova acima do carro e possa ficar invertido. Para coordenar os movimentos, na fase correta, os dois sensores são necessários.
É como brincar de balanço... ;D
Uma vez acima do carro, o controle de posição do pêndulo assume o comando do motor.
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Na verdade, seria bastante útil! Por exemplo, controlar a distância limite que o carrinho pode ir, para evitar que ele bata na lateral do trilho.
Não é possível controlar a posição do carro, determinada pelas reações do pêndulo às perturbações. É possível monitorar a posição do carro, coisa de utilidade discútivel, de vez que atingido o limite do curso, a coisa simplesmente entra em colapso ...
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Para levantar o pêndulo, é necessário efetuar movimentos laterais alternados, na mesma frequência de ressonância do pêndulo e em fase. De modo que a amplitude crescente dos movimentos oscilatórios do pêndulo possibilite que se mova acima do carro e possa ficar invertido. Para coordenar os movimentos, na fase correta, os dois sensores são necessários.
Não são necessários dois sensores, basta o que monitora a posição do pêndulo, que é tudo o que se precisa saber. O segundo sensor é redundante, algo perdulário e absolutamente inútil e dispensável.
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Nos modelos de PI comerciais existem esses dois sensores.
O que não quer dizer que seja uma boa solução.
A estratégia de controle básica usaria apenas o sensor do pêndulo,
O que é o necessário e suficiente.
mas podem ser feitas outras estratégias com os dois sinais,
Pode, mas nem tudo o que é possível é necessário, desejável, melhor, ou seja lá o que for. A mera possibilidade não é bom critério pra projeto.
sendo um sistema não linear, os dois sensores ajudam.
Não ajudam não. Complexidade desnecessária só atrapalha.
Por outro lado, o modêlo matemático usa as duas informações, se for comparar o modêlo com o real, os dois são necessários.
Princípio basilar: se o modelo não condiz com a realidade, descarte-o. Não são necessários dois sensores, o "modelo" de que vc fala, se existe, foi forjado pra satisfazer as pulsões masturbatórias de alguém.
Há dezenas de projetos por aí, disponíveis aos interessados, que utilizam apenas um sensor.
Um PIC18F4550 com clock alto (> 20 MHz) até poderia processar os pulsos do encoder, mas existem algumas questões que devem ser levadas em conta:
(1) O processamento do sinal de um encoder em alta velocidade deve ser feito por interrupção, uma para cada saída do encoder, ou seja, 4 entradas de interrupção. Sendo sensores independentes, as interrupções e podem ocorrer quase simultaneamente. Esse processamento de interrupções deve ter baixa latência se as velocidades forem altas e os encoders de maior resolução, considerando que são dois, a coisa se complica;
Poesia é bom e eu gosto, mas vamos tentar ser mais práticos e realistas ?
Que tal começar por estimar as reais necessidades ? Qual seria a resolução do encoder ? Quais seriam as máximas velocidades ?
(2) O HCTL-2032 é mais que um simples decodificador de pulsos. Possui uma série de coisas interessantes (schmitt-trigger nas entradas, processa os sinais do encoder, inclusive de index) e também um contador de 32 bits para cada encoder. Ou seja, a posição também está sendo determinada pelo HCTL-2032, o PIC só precisaria ler esses contadores para saber a posição de cada um. Acredito que o esforço de processamento é menor do que analisar os pulsos e efetuar a contagem para 2 encoders, considerando também a baixa latência requerida para as interrupções. O HCTL-2032 dá uma certa folga ao sistema;
Claro que a liberdade de culto é garantida pela constituição, e vc pode acreditar no que quiser, mas a questão aqui não é de fé ... o HCTL-2032 tem seu lugar ao sol, mas esta não á praia que ele gosta de frequentar ... não há almoço grátis e se o indigitado pode ser útil em alguns aspectos tb cobra seu preço ... com toda a probabilidade o overhead é comparável ao da rotina e a menos que alguma peculiaridade ainda não percebida apareça, seu emprego está injustificado.
(3) Haverá um laço controle PID de uma ou duas entradas (ou algo mais sofisticado - Fuzzy, ...) em malha fechada com velocidade maior que 100Hz e baixo jitter, rodando com variáves do tipo float (32 bits). Que não poderia sofrer interferência do processamento do encoder para não comprometer o controle.
Podemos discutir isto até a exaustão, mas eu certamente não me engajaria em tal discussão por um simples e bom motivo: há soluções provadas para esta e outras abordagens, ou seja, já sabemos de antemão e que e possível e está documentado.
Ademais, suas premissas e o que vc supõe que sejam as exigências são para lá de discutíveis ... há dados práticos e realistas por aí, não precisamos conjecturar, chutar, estimar ...
(4) Ainda existe a comunicação com o PC, em RS232, que demanda um outro tanto da CPU.
Muito pouco, é bom que se diga. Pra não mencionar o fato de que não sei se isto é de fato uma exigência do projeto, ou perfumaria ...
Voce viu a velocidade do pêndulo no vídeo?
Vi. A velocidade angular é baixa. Pode ser ainda mais baixa, a depender dos limites estabelecidos para correção das pertubações, principalmente das induzidas (peteleco do demonstrador) e da boa sintonia do sistema de controle.
Podemos até tentar fazer tudo no PIC, mas acredito que o prazo requer decisões que não comprometam os resultados futuros, por exemplo, comprar 2 encoders pequenos e o HCTL-2032.
É uma estranha abordagem essa sua, que preconiza o mais complexo, o mais caro, o mais difícil em todos os sentidos como cautela contra comprometimentos ...
Volto a lembrar: não precisamos acreditar, basta pesquisar ...
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Para levantar o pêndulo, é necessário efetuar movimentos laterais alternados, na mesma frequência de ressonância do pêndulo e em fase. De modo que a amplitude crescente dos movimentos oscilatórios do pêndulo possibilite que se mova acima do carro e possa ficar invertido. Para coordenar os movimentos, na fase correta, os dois sensores são necessários.
Não são necessários dois sensores, basta o que monitora a posição do pêndulo, que é tudo o que se precisa saber. O segundo sensor é redundante, algo perdulário e absolutamente inútil e dispensável.
O sensor de posição do carro pode ser dispensável, em certas condições. Porém, discordo que seja perdulário e inútil.
Os modelos comerciais de PI da Quanser, e outros fabricantes, usam dois sensores. Dois sensores são necessários para modelar o sistema (mudando o peso do casso, o tamanho do pêndulo, ...) e para comparar o comportamento real do sistema pêndulo / carro com o modêlo em Matlab, Simulink, ...
Dê uma olhadinha nesse link: http://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/pend/invpen.html
E nesse manual...:
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O sensor de posição do carro pode ser dispensável, em certas condições.
O segundo sensor é dispensável em qualquer condição. Não agrega valor algum.
Porém, discordo que seja perdulário e inútil.
Então justifique. Eu tenho a realidade a meu lado, inúmeros projetos que o dispensam.
Os modelos comerciais de PI da Quanser, e outros fabricantes, usam dois sensores.
De novo: isto não prova nada, não quer dizer que seja uma solução superior.
Dois sensores são necessários para modelar o sistema (mudando o peso do casso, o tamanho do pêndulo, ...) e para comparar o comportamento real do sistema pêndulo / carro com o modêlo em Matlab, Simulink, ...
Pode ser, mas nínguém mencionou que o pêndulo deveria ter seus parâmetros alterados e mesmo assim, basta um sensor.
Dê uma olhadinha nesse link: http://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/pend/invpen.html
Já olhei e o foco é a utilização do Matlab, que é apenas uma das abordagens possíveis ... ademais, logo de cara há o comentário:
For the PID, root locus, and frequency response sections of this problem we will be only interested in the control of the pendulums position. This is because the techniques used in these tutorials can only be applied for a single-input-single-output (SISO) system. Therefore, none of the design criteria deal with the cart's position.
E nesse manual...:
Diz o manual:
Description
Either the IP01 or the IP02 linear motion servo plants serve as the base unit for Quanser's linear family of products. Both plants are ideal platforms to introduce fundamental control concepts and theories on an easy to use and intuitive
platform. They consist of a cart driven by a DC motor, via arack and pinion mechanism to ensure consistent and continuous traction. The cart is also equipped with a rotary joint to which a free turning rod (or pendulum) can be attached. In the case of the IP01, both cart position and pendulum angle are sensed via potentiometers. By contrast, the IP02 system has two encoders, which allow for multiple turns. As a result, the IP02 pendulum can suspend in front of the cart to perform the self-erecting and gantry experiments.
É evidente que o aparelho é um instrumento didático que destina-se ao estudo de questões gerais da teoria de controle e não especificamente a questão do pêndulo invertido.
O carro pode ser utilizado sozinho e é esta a razão de ele dispor de um sensor, o carro pode e deve ser controlado independentemente do pêndulo, que a ele será agregado apenas eventualmente, um acessório para o estudo de questões específicas.
Disto vc deduziu, indevida e erroneamente, a necessidade e vantagem na utilização de dois sensores. :P :P :P
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Não ajudam não. Complexidade desnecessária só atrapalha.
Não é complexidade desnecessária, é apenas um sensor a mais. Voce sabe como se modela um sistema desse, levantando sua função de transferência, com apenas um sensor?
Há dezenas de projetos por aí, disponíveis aos interessados, que utilizam apenas um sensor.
Sim, na net tem várias versões e opções de qq coisa, do mais tosco e simplório ao mais sofisticado, e muita porcaria tb.... :)
Que tal começar por estimar as reais necessidades ? Qual seria a resolução do encoder ? Quais seriam as máximas velocidades ?
A solução proposta está acima dos requisitos, mas em que deveria ser simplificada? Poderia ser mais objetivo e apresentar uma contra-proposta? Ao invés de ficar atirando tomates... :)
A Quanser usa encoder de 4096 pulsos/volta.
Não tenho valores reais comigo. Mas um movimento de um pêndulo de 1m (com CG a 0,5 m), deprezando a resistência com o ar e atritos, terá uma velocidade angular máxima de quase 1 RPS, com um encoder de 4096 pulsos/volta, são 4096 Hz. Sendo dois sensores, para ficar no minimo aceitavel.
De novo, cada encoder usa 2 sinais, cada um com uma interrupção associada, ou seja 4 interrupções ocorrendo ao mesmo tempo, sendo que duas delas podem alcançar milhares de Hertz. Alguma idéia melhor que o HCT-2032?
Um modelo de PI com câmera, com x determinado pela câmera, mas só para olhar... :)
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http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-120100903-encoder-chave-rotativa-rotary-potencimetro-gratis-knob-_JM
O que acham deste?
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http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-120100903-encoder-chave-rotativa-rotary-potencimetro-gratis-knob-_JM
O que acham deste?
Me parece que é um sensor de contatos, acho que não é confiável o bastante para um sistema que vai ficar se movendo o tempo todo. Também não vi a resolução (pulsos/volta).
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Uma coisa que está incomodando meus pensamentos...
Logo no início do tópico, vocês questionaram a idéia de utilizar um acelerômetro, me aconselhando a usar um giroscópio...
Porém, um amigo me disse que um giroscópio é nada mais nada menos do que um acelerômetro de 3 eixos.
E porque exatamente o acelerômetro não funcionaria?
Analizem a minha idéia...
O Pêndulo começaria caído, então, quando o sistema for ligado, o motor faria o movimento necessário (previamente programado) para erguer o pêndulo até uma posição equilibrável...
Neste momento, o PIC começaria a se basear pelo ângulo do acelerômetro/giroscópio e faria o equilíbrio.
No momento em que a haste se desequilibrar, o acelerômetro/giroscópio indicaria tal inclinação e o PIC a corrigiria.
Funções adicionais, tais como: montar uma malha de controle para que o carrinho volte (quando possível) para o centro do trilho, ou que quando chegar no fim do trilho pare de andar, poderiam ser adicionadas facilmente ao meu ver...
Isso não me preocupa por enquanto.
Minha maior preocupação é escolher o tipo de componente que realizará este controle.
Concordo que há várias maneiras de se fazer tal coisa.
E é por isso que estou buscando a maneira mais barata/efetiva de fazer o projeto. O custo do projeto sairá do meu bolso, não terei ajuda de custos do SENAI (nem mesmo com o cuscopic).
Esse é um dos maiores motivos para mim estar insistindo no acelerômetro, por ser um componente novo (que nunca trabalhei) e por ser barato (viva os samples).
Estou me formando em um curso técnico apenas, não precisa ser um controle extremamente sofisticado e sem falhas...
O objetivo é aprender acima de tudo!
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Uma coisa que está incomodando meus pensamentos ... Logo no início do tópico, vocês questionaram a idéia de utilizar um acelerômetro, me aconselhando a usar um giroscópio ... Porém, um amigo me disse que um giroscópio é nada mais nada menos do que um acelerômetro de 3 eixos.
Seu amigo está quadrada e redondamente equivocado.
E porque exatamente o acelerômetro não funcionaria?
Vou responder citando o Lutcho, que além de um queridíssimo amigo é um físico (mestre):
Para equilibrar a plataforma, se necessita uma leitura da inclinação desta em relação à vertical.
Analisando as forças sobre uma plataforma inclinada e sob aceleração, observa-se que a leitura do sensor em uma dada direção é proporcional à resultante da componente da gravidade e da componente da força que gera aceleração. Não tem como separa-las.
Assim, se a plataforma estiver inclinada e parada a leitura do acelerômetro é boa no sentido de ser proporcional à inclinação. Mas se estiver sendo acelerada (por ex, qdo o motor tentar traze-la de volta ao ponto de equilíbrio) a leitura não será proporcional apenas à inclinação e o sistema resultante é matematicamente insolúvel e, consequentemente, instável.
Por isso utiliza-se giroscópios e acelerômetros conjuntamente.
O Lutcho nos brindou com esta lição em 6/5/2009 quando discutíamos um clone do Segway na lista PlotterCressoft.
Analizem a minha idéia...
Acho que vc tá sendo bastante realista e prático ao manter o foco no essencial. É mesmo por aí ...
Minha maior preocupação é escolher o tipo de componente que realizará este controle.
Creio que o encoder que vc citou não é adequado, a resolução é baixa e a vida útil tb. Eu optaria por um encoder industrial, vc pode tb aproveitar um de sucata de impressoras. O potenciômetro me parece a alternativa mais simples, barata e tb de boa robustez.
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E porque exatamente o acelerômetro não funcionaria?
Vou responder citando o Lutcho, que além de um queridíssimo amigo é um físico (mestre):
Para equilibrar a plataforma, se necessita uma leitura da inclinação desta em relação à vertical.
Analisando as forças sobre uma plataforma inclinada e sob aceleração, observa-se que a leitura do sensor em uma dada direção é proporcional à resultante da componente da gravidade e da componente da força que gera aceleração. Não tem como separa-las.
Assim, se a plataforma estiver inclinada e parada a leitura do acelerômetro é boa no sentido de ser proporcional à inclinação. Mas se estiver sendo acelerada (por ex, qdo o motor tentar traze-la de volta ao ponto de equilíbrio) a leitura não será proporcional apenas à inclinação e o sistema resultante é matematicamente insolúvel e, consequentemente, instável.
Por isso utiliza-se giroscópios e acelerômetros conjuntamente.
acho que intendi o que isso quer dizer...
Isso me fez pensar no possível problema...
Supomos que o pêndulo está montado com um acelerômetro na ponta da haste!
Ele estava em estado de equilíbrio, mas então digamos que o pêndulo se incline 20º pra esquerda.
Nesse momento, o carrinho irá se movimentar para a esquerda para tentar compensar a inclinação...
Só que, quando o pêndulo começar a voltar do grau 20 para o grau 0, ele estará fazendo um movimento para a direita... O acelerômetro irá captar este movimento para a direita e consequentemente, o carrinho irá andar para a direita também.
É isso?
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Creio que o encoder que vc citou não é adequado, a resolução é baixa e a vida útil tb. Eu optaria por um encoder industrial, vc pode tb aproveitar um de sucata de impressoras. O potenciômetro me parece a alternativa mais simples, barata e tb de boa robustez.
Um potenciômetro multi-voltas no caso certo?
Ainda assim, quero tentar com outro componente pelo fato de já ter feito um pêndulo invertido com potenciômetro no eixo neste módulo. Mas, caso eu não consiga encontrar outra maneira... Farei!
Todas as impressoras jato de tinta possuem encoders?
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É isso?
Não é bem isso, Rodrigo ...
Respire fundo e releia calmamente o que o Lutcho diz:
"... observa-se que a leitura do sensor em uma dada direção é proporcional à resultante da componente da gravidade e da componente da força que gera aceleração. Não tem como separa-las ... o sistema resultante é matematicamente insolúvel e, consequentemente, instável."
Isto significa que, sendo o componente gravitacional inseparável do componente força corretora, a resposta será sempre errática, o sistema nunca se estabiliza, no mínimo o pêndulo vai oscilar loucamente, redundando possivelmente em falha catastrófica, a queda do pêndulo ...
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Um potenciômetro multi-voltas no caso certo?
Sim, acho que é uma boa opção.
Todas as impressoras jato de tinta possuem encoders?
Não, nem todas ... acho que a maioria das Epsons sim ...
Tô me preparando pra viajar e não posso ver isto agora, mas quando voltar, se ainda não tiver encontrado o encoder, eu devo ter algum por aqui, mando pra vc.
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Eu abri uma cannon antiga aqui e não encontrei! =\
Vou dar uma olhada em algum sucatão e ver se eles têm...
Não deve ter nenhuma especificação (pulsos/volta) no componente em si, será difícil saber se as características são as certas.
A menos que todos os encoders de impressoras tenham a configuração necessária. =)
Qual seria o mínimo de pulsos/volta para que funcionasse bem?
Andei pesquisando preços e... um de 4096 pulsos/volta da Hollow Shaft eh extremamente caro!
Tô me preparando pra viajar e não posso ver isto agora, mas quando voltar, se ainda não tiver encontrado o encoder, eu devo ter algum por aqui, mando pra vc.
Serei muito grato se você tiver algum, mas prometo que vou procurar bastante!
PS: Faça uma boa viajem! =)
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Rodrigo,
Acabei de tirar as fotos do PI da UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro), onde leciono, no curso de Engenharia Eletrônica e na Pós-Graduação de Mecatrônica. O pêndulo invertido é do laboratório de Controle e Automação, utiliza tres sensores, um de posição do pêndulo, do carro e um da gangorra, que sustenta o trilho do carro. Não sou professor dessa disciplina que usa o pêndulo, por isso não o conhecia muito, apesar de já ter estudado o assunto há algum tempo...
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Esse pêndulo é um sistema acadêmico, para estudos de controle. O que infelizmente, algumas pessoas, que desconhecem o assunto, menosprezam e acabam falando bobagens... :)
A modelagem de sistemas de controle também não é uma elocubração desnecessária, é de muita utilidade SIM em diversas áreas de engenharia. Falam mal os néscios, ou que não estão cônscios de suas atitudes... :)
Qualquer profissional da área, sabe da importância de conhecer mais o assunto e a proposição de novos sistemas de controle. Desse estudo é que vem a evolução dos diversos sistemas de controle de aviões, carros, navios, sistemas de armas, máquinas, ... A tecnologia só evolui quando nós evoluímos nossas limitadas mentes, quando queremos aprender e ir além...
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O pêndulo invertido das fotos é capaz de submeter o carro a uma rampa de ângulo variável, o que muda as condições de controle do carro.
Não acredito e nem defendo que o seu pêndulo deva ser sofisticado como esse, mas, vários conceitos podem, e devem, ser aproveitados. Conhece a história de não re-inventar a roda e acabar construindo-a quadrada?? Por isso, sendo o seu "primeiro pêndulo", não é aconselhável usar o acelerômetro e o giroscópio.
Pois bem, vão alguns dados que podem ser úteis:
-Todos os sensores são potenciômetros
-O sensor do pêndulo possui parafusos para limitar a excursão do ângulo do pêndulo em até 90 graus (esse PI é antigo, não é como do Youtube)
-A estrutura principal é de plástico rígido (acho que deve ser poliestireno)
-O carro, de um lado, desliza em mancais lineares num eixo polido, que deve ter de 10 a 15 mm de diâmetro
-Do outro lado do carro, o motor do carro se apoia em uma cremalheira de aço através de um pinhão. Acho que a engrenagem e a cremalheira devem ser módulo 0,5 a 1.
-O carro é de alumínio
-O pêndulo (na cor azul nas fotos) é uma barra redonda de alumínio e deve ter quase 800 mm de comprimento e diâmetro de 12 a 15 mm.
-O sensor de posição do carro é um potenciômetro multivoltas de fio, o potenciômetro está acoplado a uma engrenagem (pinhão) apoiada na cremalheira, como o motor. Engrenagem esta que permite que o carro percorra todo trilho e o potenciômetro todo o seu percurso.
-Conforme já falei, o trilho pode bascular, para submeter ao sistema de controle uma condição diferente. Do ângulo da componente peso do carro e o ângulo de equilíbrio do pêndulo em relação ao carro.
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As outras fotos:
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Acabei de tirar as fotos do PI da UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro), onde leciono, no curso de Engenharia Eletrônica e na Pós-Graduação de Mecatrônica.
magister dixit: argumentum ad verecundiam ;D
Esse pêndulo é um sistema acadêmico, para estudos de controle. O que infelizmente, algumas pessoas, que desconhecem o assunto, menosprezam e acabam falando bobagens... :)
Hum ! Alguém aqui menosprezou algo ? Falou bobagens ? Quem, onde ? :P
A modelagem de sistemas de controle também não é uma elocubração desnecessária, é de muita utilidade SIM em diversas áreas de engenharia. Falam mal os néscios, ou que não estão cônscios de suas atitudes... :)
Hum ! Alguém disse que a modelagem de sistemas de controle é algo desnecessário ? Sério ?! Quem ? Onde ?
Néscios ? Há néscios por aqui ? Incôncios de suas atitudes eu até conheço, pelo menos um, mas néscios não sobrevivem por muito tempo neste ambiente ...
Qualquer profissional da área, sabe da importância de conhecer mais o assunto e a proposição de novos sistemas de controle. Desse estudo é que vem a evolução dos diversos sistemas de controle de aviões, carros, navios, sistemas de armas, máquinas, ...
Hum ... e eu que achava que qualquer profissional ou amador de qualquer área saberia da importância de conhecer as coisas a fundo e propor novos sistemas ... tem que ser profissional e da área é ? Uau !
A tecnologia só evolui quando nós evoluímos nossas limitadas mentes, quando queremos aprender e ir além...
Xiiii .... tem certeza de que queria dizer isto ? Aqui ? Nah, claro que não ... isso é coisa que se diz, se é que se diz, pra aluno de pré-primário, né, professor ? Isto é coisa de vírus, com certeza ... o preclaro professor não despejaria platidudes tais nem que quisesse ... ;D
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Não acredito e nem defendo que o seu pêndulo deva ser sofisticado como esse, mas, vários conceitos podem, e devem, ser aproveitados.
Boa !
Conhece a história de não re-inventar a roda e acabar construindo-a quadrada??
Eu não conheço ! Conta, conta ! A que eu conheço é aquela de reinventar a roda e faze-la quadrada. ;D
Por isso, sendo o seu "primeiro pêndulo", não é aconselhável usar o acelerômetro e o giroscópio.
Será que eu tô vendo o que eu penso que tô vendo ? Considerações para com a realidade, os recursos intelectuais, materiais, prazos, usuário, o contexto enfim ?
Tô até emocionado ... eu, um cético figadal assistindo a um milagre ? Será o Natal ? ;D ;D ;D
Oh, jingle bells, jingle bells
Jingle all the way
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O pêndulo invertido das fotos é capaz de submeter o carro a uma rampa de ângulo variável ...
Gostei das fotos e da gangorra, valeu ! ;D
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Encontrei um outro desenho de PI com pêndulo sem restrição, este desenho aparentemente permite um carro mais leve (mais rápido) e de construção mais simples, o motor fica fixo. O pêndulo é duplo, possibilitando melhor equilíbrio e posicionamento do CG do pêndulo em relação ao carro.
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Rodrigo,
Estou me animando a fazer um PI desse, que sai da posição normal para invertida. Ainda não tem nada igual onde leciono... :)
Andei catando alguma sucata aqui em casa, acho que dá para fazer usando os restos de um servomotor de RC. A idéia é a seguinte:
(1) Arranje um servo de RC
(2) Desmonte e deixe só o potenciômetro na caixa do servo. Esse potenciômetro só gira 180 graus. Pensei em aproveitar esse potenciômetro e duas engrenagens, uma delas será acoplada ao pêndulo. Na verdade serão dois pêndulos paralelos (como no último vídeo do Youtube), conectados a um eixo passante, que é fixado nesta engrenagem, que por sua vez, move a engrenagem do potenciômetro. Com as engrenagens do servo, consegui obter uma redução, de modo que, uma volta e meia no eixo do pêndulo (360+180=540 graus) corresponda a percurso completo do potenciômetro (180 graus). Permitindo o pêndulo oscilar para baixo e ficar invertido.
(3) Estou pensando em colocar uma placa metálica onde o eixo vai apoiar (mancal de deslizamento), de modo a suportar o esforço do eixo do pêndulo. Ou então algo melhor, tenho dois mancais de rolamento pequenos, que talvez eu use.
(4) Esse conjunto deverá deslizar no trilho, que poderiam ser os restos do carro e a guia de uma impressora. Ou trilhos e um carrinho de um trem de ferromodelismo.
(5) O motor poderá ficar fixo e se conectar através de um pequeno cabo ao carro, como no último vídeo que mandei.
(6) Eu poria mais um sensor, de posição do carro (potenciômetro). Acoplado ao volante do cabo, o volante, por sua vez, é acoplado ao motor por engrenagens redutoras ou correia sincronizadora. Todo esse sistema é fixo, como no último vídeo do Youtube.
Depois posto algumas fotos de minhas brincadeiras...
Esse sistema possui dois graus de liberdade (ângulo do pêndulo e posição do carro).
Usando um sistema de controle com um sensor do pêndulo apenas, atuando sobre o motor, elimina-se um grau de liberdade, de modo a estabilizar a posição do pêndulo. Isso implica que o carro pode assumir qualquer posição, inclusive as extremidades do trilho, onde o sistema tem os movimentos restritos, perdendo a capacidade de controle. É como um circuito eletrônico que saturou... É um sistema mais simples, que funciona, mas restrito. Alguém teria que ficar de "babá", se o carro esbarrar no final do curso teria de trazê-lo mais para o meio.
Se a malha de controle atuar também na posição do carro, por exemplo, com uma segunda malha PID, trabalhando de maneira menos agressiva (ex.: menor ganho ou usando um algoritmo de override) sobre o motor, o carro tenderá a ficar numa posição escolhida (por exemplo, no meio) e o pêndulo se manterá equilibrado pela respectiva malha. E, finalmente, o sistema ficará sem graus de liberdade.
Não acho tão mais complicado colocar e controlar com dois sensores. Pois, como diz o ditado: "onde come um comem dois"... ;D
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Artigo sobre controle PID para um Pendulo Invertido usando PIC16F684.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00964A.pdf
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Rodrigo,
Estou me animando a fazer um PI desse, que sai da posição normal para invertida. Ainda não tem nada igual onde leciono... :)
Hahaha... Muito bem então! =D
(2) Desmonte e deixe só o potenciômetro na caixa do servo. Esse potenciômetro só gira 180 graus. Pensei em aproveitar esse potenciômetro e duas engrenagens, uma delas será acoplada ao pêndulo. Na verdade serão dois pêndulos paralelos (como no último vídeo do Youtube), conectados a um eixo passante, que é fixado nesta engrenagem, que por sua vez, move a engrenagem do potenciômetro. Com as engrenagens do servo, consegui obter uma redução, de modo que, uma volta e meia no eixo do pêndulo (360+180=540 graus) corresponda a percurso completo do potenciômetro (180 graus). Permitindo o pêndulo oscilar para baixo e ficar invertido.
Muito boa essa idéia de usar engrenagens para "aumentar" os ângulos.
Depois posto algumas fotos de minhas brincadeiras...
OK =D
Não acredito e nem defendo que o seu pêndulo deva ser sofisticado como esse, mas, vários conceitos podem, e devem, ser aproveitados. Conhece a história de não re-inventar a roda e acabar construindo-a quadrada?? Por isso, sendo o seu "primeiro pêndulo", não é aconselhável usar o acelerômetro e o giroscópio.
Cada vez mais me convenço de que o melhor mesmo é utilizar novamente um potenciômetro como sensor angular...
Vou falar com o meu professor e explicar a situação. Creio que ele entenderá a situação e me deixará fazer com um potenciômetro.
Mas mesmo assim, vou pedir um acelerômetro para a farnell para realizar alguns testes sobre o seu funcionamento! ;D
PS: Muito obrigado pelas fotos e pela informação do PI da sua universidade... Me deu muitas idéias para o protótipo.
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Rodrigo,
Rodrigo,
Estou me animando a fazer um PI desse, que sai da posição normal para invertida. Ainda não tem nada igual onde leciono... :)
Hahaha... Muito bem então! =D
A coisa tá saindo, estou usando uma estrutura de impressora, uma barra polida e um mancal linear de 12 mm, o carro é um pedaço de perfil de alumínio "trabalhado". No pêndulo e no sensor de posição, vou usar um potenciômetro multivoltas maior e algumas engrenagens maiores que eu tenho, pois é mais parrudo, o do servo é muito pequeno, bem como suas engrenagens, acho que até funcionaria num mini-pêndulo, quero fazer algo mais robusto.
Muito boa essa idéia de usar engrenagens para "aumentar" os ângulos.
Não é nova, se olhar as fotos, a Quanser usa isso no suporte da gangorra. Observe também as diferentes relações de engrenagens no carro (potenciômetro e motor).
Descobri que há potenciômetros continuos (soa estranho, mas o nome é: "one turn potentiometer"), não sei se do PI da UERJ usa um desses. Isso seria o ideal, para quem não tem (é meio raro, deve ser $$ e "figurinha difícil"), vamos tentar um pot. multivoltas e engrenagens.
Mas mesmo assim, vou pedir um acelerômetro para a farnell para realizar alguns testes sobre o seu funcionamento!
Teste também o giroscópio, se tiver condições, é claro...
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Teste também o giroscópio, se tiver condições, é claro...
O problema é que não encontrei nenhum giroscópio com um encapsulamento relativamente grande que permitisse soldagem caseira... :P
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Fui no sucatão hoje em busca do encoder, mas, segundo o dono, eles só tinham "motores com encoders"...
Ele me mostrou um, mas, achei muito estranho...
Era um encoder incremental, porém não vi nenhum tipo de sensor (emissor e receptor)...
Sem falar que estava a céu aberto, exposto à chuva!
Então não comprei! =\
O amigo falou que certas impressoras tem encoders, mas, que tipo?
Rotatórios ou Lineares? Incremental ou Absoluto?
Abri uma impressora meio antiga e não encontrei nenhum, acho que o controle angular é feito pelos motores de passo...
Cometi algum equívoco?
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Pesquisei bastante preços de encoders rotatórios, mas são todos extremamente caros (encoders industriais)!
Além de impressoras, há algum outro aparelho do dia-a-dia que tenha? VHS,DVD, Leitor de CD, etc.
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Mouses antigos usam encoders incrementais, na verdade o mouse ótico usa um sistema de detecção bastante acurado, mas não sei se daria para usar como encoder. As impressoras mais modernas usam um encoder linear incremental.
Por que não usa um potenciômetro? Estou montando um pêndulo e estou usando um pot. multivoltas, possui um acionamento com pouco atrito, boa repetibilidade e vida útil maior que um pot. comum.
Acho que seriam melhores, os potenciômetros de 1 volta, que são de acionamento mecanicamente contínuo (360 graus), de plástico condutor e sem batentes... mas acho que são raros por aqui.
Exemplo:
http://sakae-tsushin.co.jp/eng_page/item/cpepp.html
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Por que não usa um potenciômetro? Estou montando um pêndulo e estou usando um pot. multivoltas, possui um acionamento com pouco atrito, boa repetibilidade e vida útil maior que um pot. comum.
É isso que vou fazer mesmo!
Vou usar um multi-voltas.
Estou torcendo para que os que têm no SENAI girem com facilidade, não precisarei nem comprar!
Porque já trabalhei com alguns potenciômetros muito duros, a haste nem sairia do lugar! =p
Ah... O trilho do protótipo que você está fazendo é de impressora comum? Dessas pequenas?
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Na verdade, da impressora só aproveitarei o guia cilindrico, estou fazendo os suportes em acrílico e alumínio, para melhor acabamento (depois posto as fotos). Pretendo usar em aulas, mas uma impressora Rima antiga facilita, pois o suporte e o guia cilindrico podem ser aproveitados.
Estou usando um carro em aluminio e um guia linear de esferas. O acionamento será fixo, fora do carro, usando motor CC, redução de engrenagens e um potenciômetro para determinar a posição do carro na guia. O sensor de posição do carro não é essencial, mas ajuda para que o carro não atinja os batentes de movimentação, se isso ocorrer, o sistema de controle do pêndulo teria que inferir (sistema de controle +complexo) que o controle não é mais possível, ao não conseguir fazer o pêndulo girar, e o carro ficaria batendo no limite do carro, acho que isso não seria muito bom para a durabilidade do sistema....
Há também algumas pessoas que fizeram pêndulos na forma de carros simples, sem guias lineares, mas eu particularmente não gosto...
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Na verdade, da impressora só aproveitarei o guia cilindrico, estou fazendo os suportes em acrílico e alumínio, para melhor acabamento (depois posto as fotos). Pretendo usar em aulas, mas uma impressora Rima antiga facilita, pois o suporte e o guia cilindrico podem ser aproveitados.
Hmmm... Interessante!
O sensor de posição do carro não é essencial, mas ajuda para que o carro não atinja os batentes de movimentação, se isso ocorrer, o sistema de controle do pêndulo teria que inferir (sistema de controle +complexo) que o controle não é mais possível, ao não conseguir fazer o pêndulo girar, e o carro ficaria batendo no limite do carro, acho que isso não seria muito bom para a durabilidade do sistema....
Concerteza... Já havia pensado nisso!
Sem um sensor de posição é inevitável que o carro atinja os batentes, isso foi bastante prejudicial no pêndulo anterior que eu fiz!
Há também algumas pessoas que fizeram pêndulos na forma de carros simples, sem guias lineares, mas eu particularmente não gosto...
Também sou totalmente contra fazer sem um guia linear, o sistema fica muito instável...
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Encontrei um outro desenho de PI com pêndulo sem restrição, este desenho aparentemente permite um carro mais leve (mais rápido) e de construção mais simples, o motor fica fixo. O pêndulo é duplo, possibilitando melhor equilíbrio e posicionamento do CG do pêndulo em relação ao carro.
Pessoal,
Dá para usar este mesmo princípio para construir um monociclo elétrico mais ou menos parecido com Segway só que mais simples? Como faço para construir um monociclo elétrico autoequilibrado usando giroscópio e acelerômetro de aeromodelismo? Alguém pode-me passar o esquema do cuircuito?
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Dá para usar este mesmo princípio para construir um monociclo elétrico mais ou menos parecido com Segway só que mais simples?
http://members.optusnet.com.au/a4x4kiwi/scooter/ (http://members.optusnet.com.au/a4x4kiwi/scooter/)
http://en.wikipedia.org/wiki/Self-balancing_unicycle (http://en.wikipedia.org/wiki/Self-balancing_unicycle)