2012-02-17T21:03:47Z

2011-10-14T18:39:50Z

Schaetzl:

[[Bild:hm.jpg|right]]
==FK04 Projekt TI Computerkicker Missionstatement==
Bei Veranstaltungen wie „Tag der offenen Tür“ oder „Girlsday“ ist jede Fakultät bemüht sich und sein Fach möglichst attraktiv für die Studienbewerber darzustellen. Vorzeigbare „Eyecatcher“ sind deshalb ein willkommener Kristallationspunkt mit dem Interesse geweckt werden kann.
[[Bild:Full_on.JPG|thumb|ProCK Kickeraufbau]]
Das Projekt TI Computerkicker (ProCK) macht sich diese Idee zu eigen, indem ein handelsüblicher Kicker so umgebaut wurde, dass eine Spielermannschaft, bestehend aus zwei Spielern, ersetzt wird durch eine Computersteuerung. Diese bewegt mittels computerbasierter Steuerung Motoren, die spielgerecht die Spielfiguren ansteuern sollen. Spielgegner der Computersteuerung ist ein stetig wechselndes Spielerteam, bestehend aus ein oder zwei menschlichen Spielern. Das Kickerspielen ist ausserordentlich beliebt, vereint es Anforderungen an Geschicklichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit.

Beim ProCK lassen sich mehrere elektrotechnische Fachgebiete: Antriebe, Leistungselektronik, Automatisierungstechnik, Mustererkennung und darüber hinaus Themen des Maschinenbaus miteinander sinnvoll anschaulich verbinden.

Damit das Projekt auch bei industriellen Partnern Beachtung findet, wurde größten Wert darauf gelegt, dass möglichst alles mit Hilfe von „kaufbaren“ Standardkomponenten realisiert wurde.

Nach einem ersten Schritt: einer Evaluation der Machbarkeit mit Lösungvorschlägen zum ProCK, die von den Studenten im SS08 im Rahmen einer Projektlehrveranstaltung (FWP2-Fach) erarbeitet und präsentiert wurden, ist der Kicker nach mehreren Abschlußarbeiten im SS10 in einer ersten funktionstüchtigen Form fertig geworden.

Ausgehend von dieser ersten recht stark spielenden computergesteuerten Lösung sind bezüglich der Spielstrategiesteuerung, Präsentation, Ansteuerung -anstelle durch SPS durch embedded Echtzeitsystem- und Antriebe noch eine Reihe von spannenden Fragestellungen übriggeblieben oder auch neu entstanden.

Das Projekt geht also ambitioniert weiter.

Ziel ist es vom Amateur bis hin zum Bundesligaspieler im Tischkicker einen einstellbaren Computergegner zu haben, damit je nach Gegenerklasse der Spielspass der menschlichen Gegner maximal ist.

Eine kurze Projektbeschreibung mit einigen Information zur Projektumsetzung sowie dem aktuellen Stand ist hier verfügbar: 
[http://kicker.ee.hm.edu/images/Projektbeschreibung_prock_14102011.pdf Projektbeschreibung (PDF)]

Den aktuellen Fortschritt kann man hier im [http://kicker.ee.hm.edu/index.php5/Kicker:Portal Wiki] oder in unserer [[Bildergalerie]] verfolgen. Videos gibt es auf unserem [http://www.youtube.com/user/HMProCK Youtubechannel]. So stay tuned...

[[ProjektteamSS08]]

[[ProjektteamWS0809]]

[[ProjektteamSS09]]

[[ProjektteamWS0910]]

[[ProjektteamSS10]]

[[ProjektteamWS1011]]

[[ProjektteamSS11]]

[[ProjektteamWS1112]]

Datei:Projektbeschreibung prock 14102011.pdf

2011-10-14T18:32:45Z

Schaetzl: Projektbeschreibung ProCK Stand: Oktober 2011

Projektbeschreibung ProCK Stand: Oktober 2011

Problematik Copley-Motor an Beckhoff-Verstärker

2011-09-13T15:13:34Z

Schaetzl: /* Problem: */

= Problem: =
Das Sin-Cos-Resolversignal der Copley-Linearmotore ist durch die nahe Anordnung der Sensoren im Bereich der Spulen teilweise mit Stöhrungen überlagert. Daher kommt es teils zu massiven Stromschwankungen (+/-1A) was zur folge hat, dass die Linearachse zu "pumpen" an fängt, obwohl sie keinen Fahrbefehl hat und die Position unbelastet halten soll (siehe Bild).

[[Bild:Ax5206_motorstrom_copley.jpg|miniatur|900px|Stromverlauf Copley Linearmotor]]

Die Pumpbewegung der Magnetstange hat eine wesentlich größere Amplitude (3-4 mm) als die vom Servoverstärker gemessene Bewegung (ca 0,6 mm). Daraus lässt sich ableiten, dass es sich nicht um ein Reglerschwingen handelt, vielmehr werden die verfälschten Signale des Motors ausgewertet, was zu einem fehlerhaften Motorstrom führt. Hinzu kommt, das der der Analog-Digital-Wandler in dem Servoverstärker der Firma Beckhoff eine Auflösung von 10 Bit (das entspricht einer Auflösung von 0,05 mm), der von der Firma Copley eine von 12 Bit (das entspricht einer Auflösung von 0,0125 mm) besitzt. 
Aufgrund einer fehlertoleranten Auswertung der Resolversignale besteht dieses Problem nicht in Verbindung mit Servoverstärkern der Firma Copley.

= Lösungen: =
# Da die Frima Beckhoff ähnliche Motore mit einem ähnlichen Resolver herrstellt, sind sie bestrebt eine felherfrei Lösung anbiten zu können. aus diesem Grund wird derzeit eine neue Firmware für den Servoverstärker AX5000 entwickelt, die diese Stöhrungen mit Hilfe eines "Beobachters" minimieren soll.
# Eine weiter Lösung sieht die Umsetzung des Resolversignals in ein TTL-Signal mit 1024 Inkrementen vor. für diese Umsetzung wird ein kleiner Verstärker (ACJ-055-09-SP149) der Firma Maccon verwendet, der nur die Umwandlung des Signals übernimmt. Nach jedem Einschalten der Anlage ist es nötig die Lage der Magnetstange zu den Spulen zu ermittlen. Dies wird mit Hilfe einer Phasenfindung (z.B. Wake&Shake) realisiert und äußert sich mit einem kurzen Zucken der Achse.
# Da mittlerweile die Firma Copley Servoverstärker mit EtherCAT-Schnittstelle (CoE) im Angebot hat, wird derzeit ein Austausch der Servoverstärker der Linearschsen in betracht gezogen.

Kicker

2011-09-13T11:00:29Z

Schaetzl:

Abmessungen des Kickers (Model Vector II von [http://kicker-klaus.de/online/seiten/6941.htm?sid=SA8I-MCoKRUAABH2Jj0&rid=SA8XzMCoKRQAABejTeQ&rseite=vector www.kicker-klaus.de])

Bild unseres noch umzubauenden Kickers:

[[Bild:KickerKlaus.jpg]]

= Abmessungen =
- Spielfeld: 120 x 69 cm
- Gewicht: ca. 70 Kg
- Abstnd der Stangen zueinander (Mitte-Mitte): 14,7 - 14,8 cm
- Abstand zwischen Spielfigurfuß und Spielfeld: 1,2 cm
- Abstand der Spieler auf einer [http://kicker.ee.hm.edu/index.php5/Bild:5er.jpg 5er Stange]: 12,1 cm
- Abstand der Spieler auf einer [http://kicker.ee.hm.edu/index.php5/Bild:3er.jpg 3er Stange]: 18,3 cm
- Abstand der Spieler auf einer [http://kicker.ee.hm.edu/index.php5/Bild:2er.jpg 2er Stange]: 23,3 cm
- Verfahrweg der 1er-Stange: 24,1 cm
- Verfahrweg der 2er-Stange: 37,7 cm
- Verfahrweg der 3er-Stange: 23,3 cm
- Verfahrweg der 5er-Stange: 12 cm
- Spielbereiche der Spielfiguren (von Bande bis (rechte/linke) Außenkante Spielerfuß):
- 1er: |21.1cm<---->47,5cm|
- 2er: |3,2cm<---->42,1cm| |26,5cm<---->65,4cm|
- 3er: |3,2cm<---->28,8cm| |21,5cm<---->47,1cm| |40cm<---->65,5cm|
- 5er: |3,2cm<----7,4cm| |15,2cm<---->29,9cm| |27,2cm<---->41,5cm| |39,3cm<---->53,5cm| |51,2cm<---->65,5cm|
- Wanstärke Korpus: 2,7 cm
- Höhe der Ecken über dem Spielfeld: 1,2 cm
- Höhe der Seitenschrägen über dem Spielfeld: 0,2 cm
- Durchmesser Lagerbuchse: 2,7 cm
- Druchmesser Stange: 16 mm -+0,5 mm
- Breite Gummipuffer: 1,95 cm
- Breite Stahlscheibe: 0,2 cm
- Breite Kunststoffscheibe: 0,3 cm
- Radius des Spielers (Abstand Spielerfuss - Rotationsachse): 7,2 cm
- Spielerhöhe gesamt: 11,2 cm
- Spielerbreite (an der Stange): 3 cm
- Breite Spielerfuß: 2,2 cm
- Gewicht eines Spielers: 44 g
- Gewicht Ball: 20 g
- durchmesser Ball: 3,5 cm
- Gewicht der Stangen: Vollstange: 0,0156 kg/cm
Hohlstange: 0,00994 kg/cm
Stange Voll Hohl
5er 1,623 kg 1,034 kg
3er 1,826 kg 1,163 kg
2er 2,005 kg 1,278 kg

Für unsere Tests haben wir ein Kickermodell gebaut:

[[Bild:KickerModell.png]]

= Messen der Ballgeschwindigkeit =
* '''Ballgeschwindigkeit die Erste:'''

- Ballgeschwindigkeit ermittelt über drei Messungen mit einer Digtalkammera über einen Filmmitschnitt und Zeitmessung über Bildschnittsoftware mit Auflösung Einzelbild (40ms pro Bild)

Schuss über fünf Spielerreihen = 75cm dauerte 0,28 sec, 0,3 sec ==> 2,67 m/s und 2,5 m/s
Schuss über sechs Spielerreihen = 90cm dauerte 0,32 sec ==> 2,81 m/s

Erstes Fazit (nicht haltbar siehe unten) maximale menschlich geschlagene Ballgeschwindigkeit zwischen 3 m/s und 4 m/s

* '''Ballgeschwindigkeit die Zweite:'''
Mittels zwei selbst gebauten Lichschranken und einem Zeitmessgerät (welches das TTL-Signal der Lichtschranken direkt verarbeitet) habe ich nochmals eine Messreihe aufgenommen. Die Messung erfolgte über eine Strecke von 61,5 cm. Dabei konnte ich folgende Zeiten messen:

{| class="wikitable" border="1"
|-
! Zeit
! Geschwindigkeit
|-
| 0,114 s
| 5,39 m/s
|-
| 0,147 s
| 4,18 m/s
|-
| 0,124 s
| 4,96 m/s
|-
| 0,126 s
| 4,88 m/
|-
| 0,123 s
| 5 m/s
|-
| 0,187 s
| 3,29 m/s
|-
| 0,123 s
| 5 m/s
|-
| 0,131 s
| 4,69 m/s
|-
| 0,153 s
| 4,02 m/s
|-
| 0,122 s
| 5,04 m/s
|-
| 0,154 s
| 3,99 m/s
|-
| 0,139 s
| 4,42 m/s
|-
| 0,122 s
| 5,04 m/s
|-
| 0,144 s
| 4,27 m/s
|-
| 0,145 s
| 4,24 m/s
|-
| 0,098 s
| 6,28 m/s
|-
| 0,111 s
| 5,54 m/s
|-
| 0,099 s
| 6,21 m/s
|}
maximale Geschwinditgkeit: 6,28 m/s; 
durchschnittlichen Geschwindigkeit: 4,8 m/s

Die folgenden Bilder zeigen unseren Messaufbau:

Die Anordnung besteht aus zwei Lichtschranken im Abstand von 61,5 cm.
Beim Durchtritt des Balls bei der ersten Lichtschranke startet die Zeitmessung und stoppt beim Durchqueren der zweiten Lichtschranke.
Das Zeitmessgerät reagiert auf Flanken an den Eingängen und zeigt 1ms genau an. Das Zeitmessgerät stellte uns dankenswerterweise FK06 zur Verfügung.

Der Ball hebt tatsächlich ab bei harten Schlägen und fliegt durch die beiden Lichtschranken. Die Spieler zwischen den Lichtschranken stehen Kopf; trotzdem schlägt der fliegende Ball hin und wieder an den Köpfen der Spieler an (16.05.2008)

[[Bild:Lichtschranke1.jpg|miniatur|800px|Lichtschranke 1]]

[[Bild:Lichtschranke2.jpg|miniatur|800px|Lichtschranke 2]]

[[Bild:Lichtschranke3.jpg|miniatur|800px|Lichtschranke 3]]
 
* '''Messung der Stangengeschwindigkeit und Beschleunigung:'''
Ziel war es die Geschwindigkeit und die Beschleunigung der Spielerstangen zu ermitteln. Für diese Messung wurden auch wieder zwei Lichtschranken
benuzt. 
Die Geschwindigkeit der Stangen wurde ermittel, indem die Lichtschranke am Ende des Verfahrweges plaziert wurde. Die Zeit wurde wieder mit dem bekannten Zeitmessgerät aus der Messung der Ballgeschwindigkeit ermittelt. Es wurde davon ausgegangen, das am Ende des Verfahrweges die Stange die maximale Geschwindigkeit hat. 
Für die Beschleunigung der Stange wurde die Lichtschranke am Anfang des Verfahrweges plaziert. Die Bewegung der Stange beginnt mit dem Durchbrechen des erste Lichtstrahls. Da zuvor die Geschwindigkeit "Null" war kann man aus der Zeit zum Durchbrechen der zweiten Lichtschranke und bei Zugrundelegung einer gleichmäßig Beschleunigung die Beschleunigung ermitteln. 
Um richtige Daten zu erhalten wurde eine Messreihe mit zwei unterschiedlichen Personen aufgenommen. 
Ergebnisse: 
{| class="wikitable" border="1"
|-
! Person 1
!
! Person 2
!
|-
! Zeit
! Geschwindigkeit
! Zeit
! Geschwindigkeit
|-
| 0,025 s
| 3,96 m/s
| 0,034s
| 2,91 m/s
|-
| 0,027 s
| 3,67 m/s
| 0,032 s
| 2,61 m/s
|-
| 0,024 s
| 4,125 m/s
| 0,038 s
| 2,41 m/s
|-
| 0,05 s
| 1,98 m/
| 0,042 s
| 2,41 m/s
|-
| 0,041 s
| 2,4 m/s
| 0,035 s
| 2,83 m/s
|-
| 0,03 s
| 3,3 m/s
| 0,032 s
| 3,1 m/s
|-
| 0,033 s
| 3 m/s
| 0,033 s
| 3 m/s
|-
| 0,033 s
| 3 m/s
| 0,029
| 3,41 m/s
|-
! Zeit
! Beschleunigung
! Zeit
! Beschleunigung
|-
| 0,06 s
| 55 m/s^2
| 0,063 s
| 49,89 m/s^2
|-
| 0,067 s
| 44,11 m/s^2
| 0,06
| 55 m/s^2
|-
| 0,055 s
| 65,45 m/s^2
| 0,054 s
| 67,9 m/s^2
|}
 
Druchschnittsgeschwindigkeit: 3,05 m/s 
Druchscnittsbeschleunigung: 56,23 m/s^2

Problematik Copley-Motor an Beckhoff-Verstärker

2011-09-13T10:57:28Z

Schaetzl: /* Problem: */

= Problem: =
Das Sin-Cos-Resolversignal der Copley-Linearmotore ist durch die nahe Anordnung der Sensoren im Bereich der Spulen teilweise mit Stöhrungen überlagert. Daher kommt es teils zu massiven Stromschwankungen (+/-1A) was zur folge hat, dass die Linearachse zu "pumpen" an fängt (siehe Bild).
[[Bild:Ax5206_motorstrom_copley.jpg|miniatur|900px|Stromverlauf Copley Linearmotor]]

Dabei handelt es sich nicht um ein Reglerschwingen, vielmehr werden die verfälschten Signale des Motors ausgewertet, was zu einem fehlerhaften Motorstrom führt. Hinzu kommt, das der der Analog-Digital-Wandler in dem Servoverstärker der Firma Beckhoff eine Auflösung von 10 Bit (das entspricht einer Auflösung von 0,05 mm), der von der Firma Copley eine von 12 Bit (das entspricht einer Auflösung von 0,0125 mm) besitzt. 
Aufgrund einer fehlertoleranten Auswertung der Resolversignale besteht dieses Problem nicht in Verbindung mit Servoverstärkern der Firma Copley.

= Lösungen: =
# Da die Frima Beckhoff ähnliche Motore mit einem ähnlichen Resolver herrstellt, sind sie bestrebt eine felherfrei Lösung anbiten zu können. aus diesem Grund wird derzeit eine neue Firmware für den Servoverstärker AX5000 entwickelt, die diese Stöhrungen mit Hilfe eines "Beobachters" minimieren soll.
# Eine weiter Lösung sieht die Umsetzung des Resolversignals in ein TTL-Signal mit 1024 Inkrementen vor. für diese Umsetzung wird ein kleiner Verstärker (ACJ-055-09-SP149) der Firma Maccon verwendet, der nur die Umwandlung des Signals übernimmt. Nach jedem Einschalten der Anlage ist es nötig die Lage der Magnetstange zu den Spulen zu ermittlen. Dies wird mit Hilfe einer Phasenfindung (z.B. Wake&Shake) realisiert und äußert sich mit einem kurzen Zucken der Achse.
# Da mittlerweile die Firma Copley Servoverstärker mit EtherCAT-Schnittstelle (CoE) im Angebot hat, wird derzeit ein Austausch der Servoverstärker der Linearschsen in betracht gezogen.

Datei:Ax5206 motorstrom copley.jpg

2011-09-13T10:50:43Z

Schaetzl: Stromverlauf des Linearmotor von Copley an einem Servoverstärker von Beckhoff

Stromverlauf des Linearmotor von Copley an einem Servoverstärker von Beckhoff