Как я могу измерить обороты фрисби?

37

Я хотел бы сделать небольшое устройство, которое я мог бы прикрепить к фрисби, который мог бы измерять характеристики, такие как об / мин / скорость фрисби при броске. Было бы это реально возможно?

Я искал в ближнем поле связи для передачи данных с фрисби на смартфон, но это всего лишь идея. Кажется, что было бы трудно сделать что-то достаточно маленькое, чтобы не повлиять на полет самого фризби. Кто-нибудь может придумать какие-нибудь идеи для этого?

Barodapride
источник
3
Я бы поместил датчик света на фрисби, направленный наружу, и посмотрел, какие данные он собирает при вращении. Бьюсь об заклад, есть корреляция между скоростью изменений и оборотов в минуту.
Reactgular
25
Я думаю, что наложить образец на фрисби (возможно, всего одну строчку) и снять его будет гораздо проще для реалистичных данных.
Wouter van Ooijen
4
Вы можете записать iPhone под фрисби и записать все датчики, используя простое приложение. По крайней мере, это скажет вам, есть ли у гироскопов какие-либо шансы на работу. Я бы использовал телефон твоей подруги ... скажи ей, что это для науки.
Reactgular
2
Все, что вы надеваете на фрисби, должно быть очень легким (максимум несколько граммов), чтобы избежать значительного влияния на его полет, хотя вы можете уменьшить эффект, симметрично распределяя вес между противоположными сторонами диска.
Дэвид З
3
@DavidZ +1 ... размещение чего-либо на диске изменяет его полет множественными способами - некоторые очевидные (баланс, асимметричное сопротивление), некоторые тонкие (измененный момент инерции). Диски, используемые в соревнованиях, предъявляют требования не только к общей массе и размеру, но и к тому, как эта масса распределяется. Большая масса на внешней стороне диска означает, что он будет вращаться дольше и стабильнее - добавление датчиков может означать, что вы измеряете свою конкретную настройку, а не исходную ситуацию.
laindir

Ответы:

36

С вершины моего noggin вот идея. Постройте небольшой тон-генератор и крошечный динамик на фрисби с динамиком по краю (сбалансированная масса с другой стороны, конечно).

Когда вы вращаете фрисби, вы можете записать производимый звук, и он будет иметь допплеровские функции в зависимости от скорости вращения. Если вы можете проанализировать записанные данные, вы сможете определить скорость вращения.

Энди ака
источник
7
В качестве бонуса вам даже не нужно измерять величину доплеровского сдвига. Частота, с которой меняется тон, достаточно.
Стив Джессоп
@ SteveJessop Да, это идея.
Энди ака
Не умножит ли что-нибудь на краю диска влияние, которое он оказывает на момент инерции? Аэродинамика тоже может быть проблемой.
laindir
@laindir Конечно, это нужно делать осторожно.
Энди ака
Вам не нужно размещать его на краю, просто направьте его к краю. Большинство маленьких динамиков имеют некоторую степень направленности.
hoosierEE
33

Число оборотов фрисби примерно 10 об / мин, поэтому вы можете распылить на фрисби черно-белый узор и снять его. Видеокамера со скоростью 60 кадров в секунду (120 полей в секунду) должна иметь возможность снимать ее достаточно надежно.

В ночное время установите крошечный сверхяркий светодиод и механически сбалансированный литиевый элемент.

Спехро Пефхани
источник
14
В ночное время небольшой кусок светоотражающей ленты на фрисби и ИК-подсветки на камере.
Джон Ю
@JohnU уверен .. светоотражающая лента и видимая или ИК подсветка на камере.
Спехро Пефхани
3
Помимо того, что этот ответ является самым простым из всех представленных, он также оказывает наименьшее влияние на летные характеристики диска. +1
laindir
1
Подавляющее большинство камер с частотой 60 кадров в секунду фактически не захватывает 120 полей в секунду. Вы получите размытие или деформацию в зависимости от типа датчика, поэтому может быть нелегко надежно рассчитать что-либо, кроме высокоскоростной или высокоскоростной камеры.
JamesRyan
1
Я думаю, что на самом деле снимать полет с помощью камеры с достаточным качеством, не меняя угол или расстояние, может быть нетривиальным - фрисби могут двигаться довольно быстро.
Пол Полсен
13

Есть статья, описывающая способ сделать это здесь: Измерения динамики полета на инструментальной фрисби . Методы работали хорошо; Я бы использовал это как отправную точку.

По сути, это был микроконтроллер (BS2IC) и 2-осевой акселерометр (ADXL202), прикрепленный к центру фрисби с помощью силиконового клея, а затем сбалансированный с помощью батарей (CR2032), которые были закреплены с помощью ленты. Оборудование было специально выбрано из-за его низкого энергопотребления.

Небольшой переключатель был установлен возле края, чтобы обеспечить легкую активацию в момент выброса, опять же для снижения энергопотребления, а также потому, что пространство для регистрации данных ограничено:

введите описание изображения здесь

Моя собственная идея при чтении вашего вопроса состояла в том, чтобы установить 1-осевой акселерометр / датчик давления рядом с краем тарелки и измерить центробежную силу, хотя установка около края может усложнить балансировку. Двухосевой акселерометр не большой шаг вперед, и в итоге вы получите гораздо больше данных из него.

Вы могли бы использовать маломощную систему ближнего радиосвязи, такую ​​как Zigbee (или Bluetooth), которая менее удобна для начальной настройки и требует, по крайней мере, добавления кнопки или некоторой другой логики, чтобы помочь сделать соединение пригодным для использования, но изначально поддерживается многими устройства, например, ваш смартфон) для потоковой передачи данных на соседнее устройство, или вы можете записать данные на микроконтроллер и получить их позже.

В любом случае, эта статья получила некоторые интересные данные. В частности, обратите внимание на замечание автора о том, что прямые данные могут быть легче извлечены в течение устойчивых периодов показаний акселерометра:

введите описание изображения здесь

На этом графике хорошо видно, как начальное колебание становится устойчивым во время полета, а также центробежная сила.

На самом деле нет необходимости слишком усложнять его датчиками света / звука; хотя, если вы это сделаете, я буду регистрировать / передавать необработанные данные и выполнять фактическую обработку на приемном устройстве, чтобы ограничить энергопотребление и требования к производительности микропроцессора, за счет увеличения требований к памяти (для ведения журнала).

Джейсон С
источник
9

Две маленькие SMD IC, одна акселерометр, другая гироскоп, на противоположных концах FPC, с микроконтроллером, EEPROM и батарейкой типа «таблетка», одинаково сбалансированной в средней части фрисби. Минимальный вес и воздушное трение. Попросите микроконтроллер записать вывод IC в EEPROM. Комбинация графического акселерометра и гироскопа даст вам приблизительную скорость и обороты.

FPC не нужен; некоторые тонкие печатные платы с магнитным проводом, соединяющим их, тоже подойдут. Мы все равно говорим граммы и унции.

Для беспроводного доступа отлично подойдет микроконтроллер или SoC с низким энергопотреблением Bluetooth. Посмотрите на сенсорный тег Texas Instruments для полного комплекта для разработки, в котором есть акселерометр и гироскопы SoC и I²C с поддержкой BTLE, а также примеры приложений для iPhone / Android, работающие от одной монеты CR2032. Черт, вы можете взять сенсорный тег, убрать красный и приклейте его к фрисби, а остальные извлекают данные из бесплатного приложения.

проезжий
источник
1
Если другие комментарии верны, и фрисби вращается на частоте 10 Гц с радиусом 0,1 м, это даст вам 40G = (2 * pi * 0,1 * 10) ** 2 / 0,1 / 9,8. Акселерометр должен войти с края если только они не выпустят лучшие / более сильные акселерометры, а математика и дрейф сенсоров сделают этот метод более сложным.
Орта
@ Орта, как я уже сказал, акселерометр в конце fpc, так что на внешнем краю.
Прохожий
Почему акселерометр вообще? Вы будете измерять сумму векторов центростремительной силы и силы тяжести. Как это дает вам хороший показатель скорости вращения или линейной скорости?
Самуил
@ Сэмюэль, не стесняйся дать свой собственный ответ
Прохожий
2
Разумные решения представляются хорошо представленными, поэтому в этом нет особой необходимости. Также нет необходимости защищаться, я ставил под сомнение возможный недостаток в идее , а не в вас.
Самуил
7

Просто добавьте идею, и не поймете, насколько это возможно: гироскопы MEMS - это небольшие, экономичные, маломощные датчики, способные измерять угловую скорость. Что касается измерения скорости, предполагая, что вы имеете в виду линейную, а не угловую скорость, то единственное, что я могу придумать, это не очень сложно, это использовать модуль GPS, подобный этому . Учитывая две последовательные позиции и зная, когда было выполнено каждое измерение, вы можете легко рассчитать линейную скорость.

swineone
источник
2
Я изучил это, потому что я планирую создать один из них: youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y, но гироскопы недостаточно быстрые. Единственное, что сработает, это цифровые компасы, которые используют ребята из MIT и Embry Riddle
slebetman
Эта опция GPS не плохая; это может быть немного тяжелым, но потребляемая мощность составляет всего 56 мА. Микроконтроллер с низким энергопотреблением 30-60 мА, который может работать от пары CR2032 в течение примерно 2 часов, что достаточно места. Однако может возникнуть проблема с пользовательским интерфейсом - вам нужен способ определить, был ли заблокирован GPS или нет, чтобы вы не теряли броски - возможно, просто маленький зеленый светодиод или что-то в этом роде.
Джейсон С
Это вполне может быть за пределами
swineone
4

Вы можете измерить скорость вращения с помощью акселерометра, ориентированного в радиальном направлении. Ускорение «наружу» от центра фрисби указывает на вращение (или если фрисби находится под углом, но вы можете усреднить его). Поскольку вы знаете расстояние от центра до акселерометра, это простой расчет ускорения вращения.

Sparr
источник
Это кажется самым простым решением, где я могу научиться подключать акселерометр и измерять данные?
Бародаприд
1
@Barodapride ehow.com/… для концепции, и любой учебник по микроконтроллеру + акселерометр для реализации
Sparr
@Sparr получить скорость точно будет проблемой. Смещение и постоянно изменяющийся вектор скорости с точки зрения акселерометров будет трудно разрешить. На самом деле, инструмент для измерения секундомера и расстояния может быть очень хорошим способом получения средней скорости. Хотя вращение лучше всего делать через акселерометр.
Орта
+1 Это, безусловно, самое разумное решение, низкое энергопотребление, легкий вес, легко исследовать данные. @Barodapride Проверьте lpl.arizona.edu/~rlorenz/frisbee/MSTfrisbee.pdf
Джейсон C
1
@KalleMP Вы можете рассчитать скорость вращения по одной выборке ускорения, основываясь на расстоянии от центра фрисби до датчика.
Спарр
3

Многие из них должны быть очень легкими и маленькими:

Акселерометр, который указывает на некоторый угол между радиальным и вертикальным, будет иметь различную гравитационную составляющую при вращении. Даже радиальный будет иметь это за исключением случаев, когда полет точно горизонтален.

Датчик освещенности в большинстве случаев также делает то же самое. Когда он проходит между наземными объектами или с земли на небо и обратно, он будет видеть изменения яркости, и они будут иметь корректируемый компонент скорости вращения.

Светодиод, излучающий радиально с частотой модуляции на нем, сможет быть обнаружен на значительном расстоянии в электронном виде. Вы можете искать модуляцию или снимать видео и искать светодиодную подпись в кадрах (возможно, сложнее).

Если вы предоставляете источник с модулированной канцелярской бумагой, который освещает его, вы можете установить детектор на фрисби. Если для отслеживания луча приемлемо, чтобы кто-то другой принимал меры, он может быть плотнее, и он может найти его на месте, чтобы отследить его. Простая площадка с кольцом и двумя кольцами, вероятно, позволит удерживать, скажем, 30-градусный луч на фрисби, тем самым значительно увеличивая уровень сигнала.

RF dfing должен быть жизнеспособным.

Силы давления воздуха, вероятно, изменяются в некоторой точке на периферии, когда фрисби вращается во время транспортировки. Датчик давления с отверстием на ободе должен видеть повторяющийся рисунок.

Рассел МакМахон
источник
3

Сложнее всего, оптически, нацелиться на фрисби в полете. Помимо этого вы можете сделать все это оптически.

  • Поскольку момент вращения фризби не меняется в полете, мы можем смело предположить, что самое быстрое вращение произойдет сразу после того, как пользователь запустит фрисби. Таким образом, чтобы нацелиться на фрисби, вы можете сосредоточиться на пользователе, когда он / она запускает игрушку.

  • Сделайте эксперимент ночью, с темной летающей тарелкой с нарисованной тонкой полоской вокруг внешнего края и толстой белой каплей на одной части внешнего края. Создайте себе стробоскопическую лампу (много сделай сам, можно купить онлайн или арендовать).

  • Одолжите чью-либо зеркалку, установите ее в режим лампы накаливания (или выдержку 30 секунд). Используйте низкое значение ISO и очень маленькую диафрагму, если хотите глубину резкости и низкий коэффициент усиления.

  • Найдите друга с хорошей рукой и готовностью бросить фрисби сто раз ради науки.

  • Поиграйте с настройками частоты строба и настройками камеры.

  • Рассчитайте частоту. Помните, что теорема Найквиста устанавливает верхнюю границу максимальной частоты, которую вы можете измерить.

user1512321
источник
1
Это меняет частоту кадров камеры на частоту строба. Добавление чего-либо (лопасти вентилятора?) С известным движением к изображению в качестве эталона поможет определить ваши ошибки измерения. Используйте ретрорефлектор для «блоба» для лучшего SNR.
RBerteig
1
+1 за замену блоба на ретрофлектор Преимущество строба состоит в том, что вы можете получить гораздо более высокую частоту кадров (в любом случае, с полки) и, возможно, более чистые изображения, так как с полки DSLR не предназначены для этого.
user1512321
«Рассчитать частоту» гораздо более утомительно и подвержено ошибкам, чем вы позволяете. Я предполагаю, что целью этого проекта было также повеселиться в то же время.
Джейсон С
2

Камера с правильно нарисованной фрисби - это хорошее решение для низких технологий. Однако, если вы настаиваете на электронном решении, то одна из немногих вещей, которые будут работать, - это использование цифрового компаса.

Я изучил эту проблему, потому что я планирую построить монокоптер (см .: http://www.youtube.com/watch?v=1n6ZmwzSL0Y ) и обнаружил, что гироскопы не имеют достаточно высокой скорости сделать это. Это не проблема скорости передачи данных, а более простая проблема максимальной угловой скорости, измеряемой гироскопами, как указано в таблицах данных. Большинство гироскопов (на самом деле, все те, на которые я смотрел) будут просто сообщать о чем-то вроде 0xffff все время, когда присоединяются к чему-то вроде фрисби.

Однако цифровой компас не имеет этой проблемы, потому что он измеряет не угловую скорость, а абсолютное положение / курс. Фактически, успешные монокоптеры, такие как MIT и Embry Riddle, используют цифровой компас для ориентации.

Другое решение, которое я рассмотрел, - это детектор света. Примерно так: https://www.sparkfun.com/products/9768 . Затем просто найдите самое яркое пятно и предположите, что это солнце и время между яркими пятнами, чтобы получить время одного поворота.

slebetman
источник
2

Поместите какой-нибудь датчик света с узким полем зрения + чип, который может обнаружить полученные световые импульсы и их интервал. Отфильтруйте полученный свет для некоторой частоты, чтобы избежать ложного обнаружения, и сделайте так, чтобы источник света соответствовал этой частоте.

Загрузите данные с диска.

woliveirajr
источник
1
Это довольно умно, но было бы сложно в дневное время.
Джейсон С
2

Искать "Frisbee Cam". Они использовали лопасти, чтобы не дать камере вращаться. Эта же идея может быть использована для предотвращения поворота оптического сенсора, чтобы он мог подсчитывать количество проходящих меток для измерения оборотов в минуту.

BrianK
источник
1

Вы можете использовать акселерометр, такой как MMA8451, и добавить к нему Bluetooth-модуль HC06 и небольшой микроконтроллер. Обороты легко рассчитать. Вы считываете силу вдоль оси Z! Теперь у вас есть центробежная сила. Эта сила просто увеличивается пропорционально скорости вращения.

Стефан
источник
Привет Стефан, добро пожаловать в EE! Я удалил часть приветствия из вашего ответа, потому что этот форум придерживается формата вопросов и ответов вместо формата форума. Пожалуйста, посмотрите вокруг, найдите отличные ответы и прочитайте их, чтобы понять, что это за идея.
Владимир Краверо
f = m · Ω² · r для центростремительной силы, т.е. сила увеличивается пропорционально квадрату об / мин.
Джеймс Уолдби - jwpat7
0

Я хотел бы рассмотреть возможность использования датчика освещенности за щелью в качестве части генератора, подаваемого на простой радиочастотный носитель - вы можете получить сигнал, и изменение тона даст вам количество раз в секунду, которое проходит самый яркий свет. слот. Вы также можете рассмотреть возможность использования DF antto для проверки положения фрисби, дающего вам скорость вращения и абсолютную скорость.

Стив Барнс
источник