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.

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?

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.

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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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 

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 ? 

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 ... 

O pêndulo invertido das fotos é capaz de submeter o carro a uma rampa de ângulo variável ...

Gostei das fotos e da gangorra, valeu ! 

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"...

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!


PS: Muito obrigado pelas fotos e pela informação do PI da sua universidade... Me deu muitas idéias para o protótipo.