PWS: Hovercraft met sensoren



  • Beste forumleden,

    Wij zijn Rob Kleinee en Tim Rensen van het Christelijk Lyceum Delft en zijn nu bezig met ons profielwerkstuk.
    Ons idee is om een voorgeprogrammeerde hovercraft maken die reageert op de omgeving (bijvoorbeeld obstakels) met behulp van sensoren.

    Een hovercraft die zelfstandig door een omgeving manoeuvreert is lastiger dan een auto die rondrijdt, omdat een hovercraft niet snel een bocht kan maken. Hij beschrijft een bepaalde baan, waar we rekening mee moeten houden in het programmeren.
    We vroegen ons af of we misschien op de TU geholpen kunnen worden met het bepalen van deze baan en met het gedrag van een hovercraft, zodat we een beter inzicht kunnen krijgen in hoe we deze het beste kunnen programmeren.

    Met vriendelijke groet,

    Rob en Tim



  • He Rob en Tim,

    Dat ziet er strak uit. Het lijkt mij dat de baan die de hovercraft gaat beschrijven erg afhangt van alle dimensies, etc. En met name van het stuurmechanisme (je zal de rotor op de achterkant laten draaien om te sturen, maar hoeveel graden kan hij dan draaien?). Ik neem aan de hovercraft ook daadwerkelijk wil gaan bouwen? Of wilde je 'm alleen maar virtueel houden?



  • Hoi Berend,

    We hebben een ontwerp gemaakt van de Hovercraft. Het wordt een model hovercraft met de afmetingen van 50 bij 30 cm. Hier is een kort filmpje van het ontwerp.
    En dit is nog een plaatje dat verduidelijkt hoe de lucht zich beweegt.

    We hopen dat dit wat meer duidelijkheid verschaft?

    Groeten Tim en Rob



  • Hoi Rob en Tim,

    De beschrijving van de baan van de hovercraft en het gedrag hangt erg af van de hovercraft zelf. Weten jullie welke hovercraft jullie gaan gebruiken?



  • Hoi Rob en Tim,

    Hubert en ik zullen met z'n tweeën jullie proberen te helpen. Hubert kan jullie helpen met formules over lift, luchtstroming, etc. En ik kan jullie helpen met de sensoren en de programmering van algoritmes om objecten te ontwijken, e.d. . Ook zou ik jullie kunnen helpen als jullie toch nog beeld-analyse gaan gebruiken. Voor nu denk ik dat Hubert even moet reageren op jullie vragen over de baan berekening, maar ook ik zal het topic in de gaten houden!

    Groeten & succes!
    Berend



  • We willen het verband tussen de snelheid en afstand bepalen met behulp van bijvoorbeeld videomateriaal. Met deze metingen zouden we een formule kunnen opstellen.
    Maar wat je zegt, het is misschien handig om wat achtergrondinformatie te krijgen uitgelegd over luchtstroming en liftkracht en eventueel formules. Dan is het misschien zelfs mogelijk om zonder videobeelden de baan te bepalen (wat dus ook weer nauwkeuriger is), of is dit geen optie?

    Groeten,

    Rob en Tim



  • Hey Tim,

    Aan wat voor metingen zat je te denken?



  • Hoi Berend,

    We zijn inmiddels al begonnen de hovercraft te bouwen. We denken dat we een servomotortje gaan gebruiken voor het sturen, die draait normaal 45 graden naar elke kant. Het kan ook iets anders worden, dat hangt er vanaf of we iets vergelijkbaars op school kunnen vinden dat we kunnen gebruiken.
    Is het trouwens mogelijk om, als de hovercraft klaar is, een keer af te spreken en metingen te gaan doen?

    Groeten, Rob en Tim



  • Hey!

    Sorry voor deze hele late reactie van ons. Er kwam van alles tussendoor, waaronder vakantie en voorbereidingen voor de toetsweek, waardoor ons aandacht voor de PWS verslapte. We zitten nu midden in de toetsweek dus hebben nu ook niet veel tijd om er aan te werken.

    Op dit moment zijn we nog hard bezig met de hovercraft zelf. Hij komt al goed van de grond en zweeft al mooi. Nu nog de voortstuwing. Dit moet natuurlijk allemaal af zijn voordat we jullie hulp kunnen inschakelen.

    Een hovercraft die obstakels kan ontwijken is een beetje te uitdagend lijkt ons achteraf. We willen ons nu focussen op het stoppen voor een muur bijv. Of een bocht van 90 graden maken voordat hij in botsing komt met een muur.

    En met de 'baan' bedoelen we de weg die hij aflegt als hij bijv. een bocht maakt. Hij gaat niet zoals een auto meteen naar rechts, maar maakt een meer ruimere bocht. Dit moet je van tevoren kunnen bepalen zodat je daar rekening mee kan houden als hij een bocht van 90 graden moet maken voordat hij met de muur in aanraking komt. Je moet dus al weten dat hij bijv. 5 meter voor de muur al naar rechts moet gaan sturen.

    Het is een beetje een onduidelijke uitleg maar we weten niet echt hoe we het kunnen verduidelijken. We hopen dat jullie het een beetje begrijpen

    Alvast bedankt voor de moeite dit te lezen!

    Groeten,

    Tim en Rob



  • Ha Tim,

    Ik heb even je eerste post nog een keer doorgelezen en heb is me toch nog niet helemaal duidelijk wat jullie precies willen. Waar met betrekking tot de hovercraft ligt jullie focus?

    Want het maken en begrijpen van een hovercraft is al best een uitdaging. Hierover staat al veel op het forum dus daar kun je vrij makkelijk aan de slag. Als je met de zelf gebouwde hovercraft een intelligente regelaar wil bouwen die obstakels kan ontwijken, dan is dat een behoorlijke uitdaging.

    Maar wat bedoel je precies met de 'baan' bepalen van een hovercraft en waarom is dat anders dan een auto? Stuurt een hovercraft niet met behulp van een soort zijroer aan de achterkant van de fan? In dat geval is dat hetzelfde als bij een vliegtuig, en dit wordt yawing in het engels genoemd. Bedoel je dat?



  • Hoi Tim en Rob,

    Klinkt erg goed en ben erg benieuwd naar jullie resultaat! Hoe ver zijn jullie inmiddels?

    Misschien hebben jullie al hele eigen oplossingen bedacht, maar een goede manier om je hovercraft zijn eigen baan te laten volgen is met behulp van een lampje en een lichtsensor. In dit geval zou je de muur reflecterend of in elk geval wit kunnen maken zodat je lichtbron teruggekaatst wordt naar de optische sensor. Deze sensor registreert dan dat er een obstakel is en draait om.

    Om te bepalen op welk moment bij moet omdraaien, kan je de intensiteit van het teruggekaatste licht meten op de afstand die nodig is voor de draai (bijvoorbeeld 5m) en dat vervolgens in te stellen als het moment (trigger) voor de draai.

    Succes, houd ons maar op de hoogte!



  • Hallo,

    Alweer sorry voor onze hele late reactie, maar we kwamen steeds niet toe aan reageren. De hovercraft is zo goed als af en hij is ook op afstand bestuurbaar nu. We hebben 't nog niet goed kunnen testen aangezien het batterijblok die wij gebruiken (7,2V) niet sterk genoeg was. We gaan nu een 9V blok kopen en daarmee kijken of ie het wel wilt doen dan. Op zich is de hovercraft bijna klaar en we hebben iemand op school die ons kan helpen met het programmeerbord, dus dat komt wel goed

    Waar we nog wel hulp bij nodig hebben, en waar jullie ons misschien mee zouden kunnen helpen, is een model op te stellen van een bocht die de hovercraft maakt.
    We hebben zelf al een model opgesteld waarmee we de lengte van de remweg kunnen bepalen, maar ook de remtijd.
    Via een meting kunnen we de wrijvingkracht bepalen, deze is in alle gevallen hetzelfde (zweeft op lucht), als je de luchtweerstand verwaarloost.
    Aangezien E_k = 1/2 * m * v², waarbij je m en v kan meten.
    Hetgeen wat hieruit komt is de arbeid die de wrijvingskracht heeft geleverd, F * s dus. De s kan je meten, dus F kan je bepalen. Als je dit gedaan hebt, kan je dus gaan voorspellen.

    stel:
    m = 1,5 kg
    v = 2 m/s
    F = 2 N

    E_k = 0,51,52² = 3 J
    W_wr = 3 J = F * s --> s = 3/2 = 1,5 meter.

    Maar nu dus de vraag hoe dat is met een bocht erbij. Kan iemand ons hierbij helpen?

    Groeten,

    Rob en Tim



  • Hey Tim,

    Ik heb me even een beetje ingelezen op hoe hovercrafts bewegen. Ik hoop niet dat ik met deze post jouw theorie onder uit ga schoppen, maar hier even wat gedachtes vanuit mijn kant.

    Het probleem bij het maken van een bocht van een hovercraft is dat je niet zoals bij een auto, vliegtuig, fiets een bepaalde baan trekt, die redelijk in symmetrie is met je hoofdas. Wat ik hiermee wil zeggen is dat als je de roeren bijvoorbeeld naar links beweegt, dan zal de hovercraft dezelfde richting behouden, hij zal dus met de nieuwe neusstand alsnog de oude richting op gaan.

    Pas als je de roeren weer recht zet, zal de nieuw thrust vector de hovercraft de heel langzaam de nieuwe richting op gaan duwen. Dus, als je veel snelheid hebt, zal de radius enorm groot zijn, en als je geen snelheid hebt, zal er niks gebeuren, want zonder thrust doen je roeren ook niks.

    Je moet er dus voor zorgen dat de thrust heel erg klein is, maar niet niks. In dit geval zal de weerstand zo goed als nul zijn, wat betekend, dat je dus Fweerstand niet echt kan gebruiken om iets theoretisch te benaderen of met theorie uit te rekenen, want bij lage weerstands krachten heeft dat simpelweg weinig zin, de afwijkingen zijn gewoon te groot.

    Hier mijn stappen plan, waarbij ik delta definieer als hoek van roer ten opzichte van 'heading', beta is de sliding angle, dus hoek tussen hover richting en hoofdas, en phi zal de richting zijn van beweging, dus de azimut.

    Stap 1: lage snelheid, thrust = laag, phi = 0, beta = 0, delta = 0

    Stap 2: je leidt de bocht in door delta = 30 te zetten. Hierdoor draait de hovercraft om zijn eigen as, tot bijvoorbeeld beta = 45 graden, phi is nog steeds nul

    Stap 3: neus staat nu bijvoorbeeld beta = 45 graden, nu gaat delta terug naar nul, waardoor je trhust weer in de richting van je neus is. Hierdoor gaat de zweef richting phi toenemen, dat wil zeggen, de echte bocht begint pas.

    Stap 4: Je doet stap 1 tot 3 meerdere keren, tot dat je de 90 graden bereikt.

    Stap 5: phi =90 graden, beta = 0, delta = 0

    Eigenlijk werkt deze bocht hetzelfde als bij een vliegtuig, waarbij je alleen en zijroer gebruikt, dat wil zeggen, als je het roer alleen inzet, dan gaat de hovercraft alleen schuiven, maar als je thrust EN roer gebruikt, dan zal de hovercraft langzaam draaien.

    Het hele verhaal is hier in het engels nog iets beter uitgelegd.

    Ik hoop dat dit hele verhaal een beetje aansluit op wat je moest weten? Zo niet, laat het ons weten.



  • Hey!

    We sturen inderdaad alleen met de ventilator. Nou ja, de ventilator staat stil en we laten twee roeren draaien.

    De stappen snap ik qua tekst helemaal, alleen grafisch gezien niet helemaal.
    Je begint in de oorsprong met een constante snelheid, dus F_ventilator = F_weerstand.
    Als ik het goed begrepen heb, werken de krachten op de manier dat ik ze getekend heb in de bijlage (alleen even snel stap 1 en 3 gedaan).

    Als dat zo is, hoe staat de F_weerstand gericht als de hovercraft zich in de bocht bevindt? Loopt deze gewoon evenwijdig aan de zijkanten van de hovercraft op dat moment?

    Dat de F_ventilator in de x en y richting splitst is duidelijk en kunnen we uitrekenen. We moeten eigenlijk alleen nog zeker weten hoe de F_weerstand in alle gevallen werkt om het model te kunnen opstellen.

    De uitleg in de drie stappen is echt super duidelijk en heel goed te volgen, dankjewel

    Groeten,

    Tim



  • Hoi!

    Klinkt goed! Wat betreft de bocht, je stuurt alleen met de ventilator, toch?
    Het lijkt mij dat de wrijvingskracht in verschillende richtingen in de bocht afhankelijk is van de hoek van de hovercraft ten opzichte van de oorsprong.

    We gaan de bocht van 90 graden even doorlopen.
    Stap 1:
    Eerst hebben we een voorwaartse constante snelheid. Als we van boven kijken, noemen we dit nu de x-richting en we hebben dus twee krachten in de x-richting: F_ventilator en F_weerstand_x_rechtdoor.

    Stap 2:
    We draaien nu de ventilator in de 'draai-hoek', laten we zeggen 60 graden. De ventilator geeft nu een kracht in zowel de x als de y richting. Je moet zorgen dat de kracht in de x-richting zwakker is dan de weerstand in de x-richting (F_weerstand_x_bocht60graden), zodat de snelheid in de x-richting steeds minder wordt. De kracht in de y-richting moet meer zijn dan de weerstand in de y-richting, want je wil die kant op versnellen.

    Stap 3:
    Zodra de snelheid in de x-richting nul is, zet je de ventilator weer recht en versnel je meer in de y-richting.

    Uiteraard is dit meer een slippende bocht, maar dat heeft te maken met het feit dat je stap 2 vaker kan laten voorkomen door meerdere standen (hoeken) van de ventilator te gebruiken.

    Kom je er zo uit?



  • Dit is echt precies wat we zoeken
    Het is echt super duidelijk uitgelegd, beter kan niet!

    Ik heb een 3D animatie gemaakt en ik hoop dat het goed de werkelijkheid nabootst. Als ik een foutje heb gemaakt dan hoor ik het graag natuurlijk, dan ga ik het veranderen(:
    Klik hier voor het filmpje.

    We willen jullie, degene die ons geholpen hebben, echt ontzettend bedanken voor al de hulp, we hebben er echt heel veel aan gehad. We hebben nu alle theorie die we nodig hebben voor in het verslag dat nu bijna af is
    Natuurlijk krijgt dit forum een plaatsje in het verslag!


Aanmelden om te reageren
 

Het lijkt erop dat je verbinding naar Forum verloren is gegaan, wacht even terwijl we de verbinding proberen te herstellen.