Force-Feedback bei Fernsteuerungen möglich?

[DD8ED]

Hallo,
es wäre wohl sicher schön, der Situation in der manntragenden Fliegerei nahe zu kommen. Force Feedback gibts da bei mechanischen Anlenkungen für lau.
Mir ist noch aufgefallen, dass dazu neben dynamischen und statischen Ruderdrücken auch in irgendeiner Form die Position des Ruders zurück gemeldet werden muss.
Die ganaue Abbildung der Situation im "grossen" Flieger wäre die, dass ich am Modell das Ruder bewege und der Knüppel am Sender bewegt sich mit. Das nur über die Ruderdrücke zu machen, dürfte spannend werden, da das auf ein differentielles System rausläuft, das dann leider etwas driftempfindlich ist. ferner müsste die Ruder und Knüppelposition auch ohne Ruderdruck synchronisierbar sein (z.B beim Einschalten). Um die gesamte Info zum Boden zurück zu senden müssten also sowahl die Werte der Position des Ruders als auf der aktuelle Druck übertragen werden
Die spannende Frage ist, wie die Knüppel im Sender gestaltet sein müssen, um Force Feedback zu realisieren. Beim altehrwürdigen MS Sidewinder sassen da Motoren in Abmessungen eines Speed 600 dran und das Netzteil war praktisch. Da konnte man den Kaffee drauf warm halten. Das wäre sicher keine Lösung.
Die Konsturktion brauchbarer Knüppelaggregate ist sicher eine Herausforderung.
Ferner stellt sich die Frage, mit welcher Geschwindigkeit die Rückmeldung erfolgen sollte. Ideal wäre natürlich, wenn die Geschwindigkeit und Latenz für beide Richtungen gleich wäre. Das erfordert allerdings den doppelten Datendurchsatz in Richtung Air to Ground. Auf diese Anforderungen ist wohl kaum ein R/C-System vorbereitet. Ob man für das Feedback die gleiche Aktualisierungsrate braucht, wäre zu diskutieren.

Just my 2 cents

 

[Claus Eckert]

Hallo

Schön das der Thread nicht im Nirwana versunken ist.
Ich rechiere zeitweise im DPMA spaßeshalber um neueste Patente bestimmter Firmen anzusehen. Interessant ist diese Patentanmeldung von Multiplex vom vergangenen Jahr (10 2011 015 939.8)
Im recherierbaren Text unter [0024] Seite 3 liest man Folgendes:

[0024]
Zudem kann die Ausgabeeinrichtung 38 einen integrierten oder zusätzlichen Warnsignalgeber 44 aufweisen, der den Benutzer neben einer
kontinuierlichen beziehungsweise wiederkehrenden Information zu steuerungsrelevanten Daten auf besondere Gefahren hinweist, die beispielsweise eine Beschädigung oder Zerstörung des Modells 4 zur Folge haben könnten. Auch der
Warnsignalgeber 44 kann dabei ein akustisches, optisches und/oder haptisches Signal abgeben.

Haptisches Signal ist als Oberbegriff zu sehen. Grundsätzlich hat man sich also schon Gedanken gemacht über Rückmeldungen an den Steuerer die "gefühlt" werden können.

Frank meinte:

Die Konsturktion brauchbarer Knüppelaggregate ist sicher eine Herausforderung.

Da ist tatsächlich Hirnschmalz gefragt. Es gibt ja bereits Knüppelaggregate mit Hallsensoren. Ich spinn jetzt einfach mal herum. Greenfieldmanagment.

Hallsensoren arbeiten berührungslos in einem Magnetfeld. Je nach Stellung wird die Position erfasst. Die Erfassung geschieht mit einer Spannungsänderung durch Bewegung in einem Magnetfeld.
Wenn ich gleichzeitig das Magnetfeld stärker mache oder ein zusätzliches Magnetfeld bereitstelle um mechanischen Widerstand zu erzeugen und dann diese Änderung des Magnetfeldes erfasse, kann dann die Position des Hallsensors noch exakt erfasst werden?

Der Gedanke dahinter wäre eine Lösung zu finden um Knüppelaggregate ohne Potis zu verwenden und die Widerstandskraft mit Hilfe eines Magnetfeldes zu erzeugen.

 

[DD8ED]

Morgähn,

eine Einbringung von Kräften in den Knüppel auf rein magnetischem Weg wäre recht pfiffig. Das wäre dann soetwas wie ein Differentialdrehspulinstrument, nur mit wesentlich mehr Kraft und recht kräfigen Magnetfeldern.
Das könnte dazu führen, dass ein Hallgeber in der Nähe nicht amüsiert ist. Käme aber mal auf einen Versuch an. Notfalls müsste man über eine andere Technologie für den Positionssensor des Knüppels nachdenken, solange es kein Poti ist.

Alternativ ginge z.B. auch ein kleines "Servo" am Knüppel, bei dem die auf den Knüppel ausgeübte Kraft gemessen (Dehnungsmessstreifen) und geregelt wird. Hat aber den Nachteil, dass es dabei viele mechanische Teile gibt.

Egal welche Mimik man nimmt, es wird Strom brauchen, und das nicht zu knapp!
Ferner benötigt so ein Feedbacksystem ein zuverlässiges Fail-Safe.
Damit kommt man dann wieder beim Funk an, da sich die Anforderungen an das Funksystem ändern. Die Strecke muss (zumindesten ungefähr) symmetrisch sein. Die Reichweiten und damit die Sendeleistungen müssen gleich ausgelegt werden. Als Abfallprodukt bekommt man eine vollwertige Kontrolle der Qualität der Funkverbindung in beide Richtungen praktisch umsonst.

 

[Julez]

Nebenbei: Wenn es ohne Rückstellfeder nicht geht, warum fallen dann die Manntragenden nicht reihenweise vom Himmel. Die haben auch keine Rückstellfeder.

Dort sitze ich aber als Pilot drinne, und habe eine sofortige Rückmeldung aus jeder Positionsänderung durch meine Gyrokreisel im Ohr. Zudem kann ich live den Horizont sehen, oder zumindest den künstlichen.
Ein Modell dagegen muss immer ordentlich getrimmt sein, und sozusagen "von selbst" geradeaus fliegen. Tut es das nicht, ist es extrem nervig und wird sofort durch Trimmen korrigiert.
Man braucht also auf jeden Fall eine Rückstellfeder, welche den Knüppel in der Position neutralisiert, welche einer ausgewogenen Trimmung entspricht. Diese Rückstellkraft muss stets stärker als ein eventuelles Force-Feedback sein.
Was kann ein Force-Feedback nun noch bewirken? Geringfügig höhere Rückstellkräfte bei höheren Geschwindigkeiten? Wo ist da genau der Informationsgewinn? Schön, ich weiß, dass das Modell mehr belastet ist, aber eine genaue Auskunft fehlt weiterhin, so dass ich es immer noch in der Luft zerlegen kann.
Praktisch bringt mir also ein Force-Feedback nix, und ich hätte einen riesigen sensorischen Mehraufwand, um es zu realisieren.

Wenn ich ein Modell vor Überlastung bewahren will, dann baue ich einen G-Sensor ein, der ab einem bestimmten Wert den Ruderausschlag zurückregelt. Mit dem FrSks System soll sowas in der Art ja möglich sein zukünftig.

 

[DD8ED]

Hallo,
noch ein Gedanke und eine Frage:

1.: Es müsste evtl. eine Kompensation des Rudermomentes (auf das Servo) geben, dass das Gewicht des Ruders ausgleicht. Gewichtskompensation ist ja im Modellflug (ausser im Scalebereich) wohl eher selten.

2.: Wie sehen eigentlich die Momente bei Pendelrudern typischerweise aus ? Wenn ich das richtig sehe, sind die ja zumindest teilweise momentkompensiert.

 

[Flunz]

Teufelskreis?

Teufelskreis?

Hi,

finde solche Spinnereien ja immer interessant und habe daher tatsächlich alles bis hier her gelesen.

Beim Lesen kam mir die Frage in den Kopf was ihr wollt. Soll das FFB / das Ruder den Knüppel bewegen? Das widerspricht dem Grundsatz mit dem Sender das Modell zu fliegen.
Damit verstärkte ich doch auftretende Kräfte auf das Modell durch Steuerbefehle: Mir drückt eine Böhe aufs LW. d.h. es kommt unruhe ins Heck. Wenn ich das nun per FFB an meinen Knüppel
gebe und dieser durch zittern, ausschlagen etc. Steuerbefehle generiert wird mein Flieger doch noch unruhiger.

Angenommen ich kenne beide Positionen - von Ruder und Knüppel - und gleiche diese ab, so muss immer noch einer von beiden Master und einer Slave sein.
Wenn sich beide beeinflussen, wer "gewinnt" dann? Der Ruderdruck, oder mein Daumen, oder der Stärkere Stellmotor?
Also brauch der Sender einen "Masterüberschuss" und damit kann das Ruder den Knüppel am Sender nicht neutralisieren, da solange der Knüppel dezentral steht das Servo immer gegen das Ruder drücken wird -> Steuerbefehl. (aureichende Servokraft vorausgesetzt)
Eine 1:1 Rückmeldung (wie mechanisch im manntragenden) elektronisch nachbilden zu wollen halte ich für sehr schwierig. Manntragend habe ich eine physikalische Verbindung. Armkraft gegen Ruderdruck. hier wird die Master-Slave-Frage durch die Größe der Kraft beantwortet -> (ich übertreibe mal bin ich zu schnell habe ich nicht genug kraft zu ziehen. Aber ganz ehrlich: in die Situation möchte ich mein Modell nicht bringen; wenn dann, durch zu schwache Servos, aber nicht provoziert durch FFB.

Jonas

 

[Julez]

Sowas habe ich ja im Beitrag #44 schon angemerkt:

Die Federrückstellung muss auf jeden Falls stärker als das Force Feedbacks ein.
Was übrig bleibt, ist also eine in ihrer Stärke variierende Rückstellkraft.
Deren Informationsgehalt ist marginal.
Dementsprechend ist das Konzept sinnlos.

 

[funfexxx]

Eine Annäherung an die Realität der manntragenden Fliegerei finde _ICH_ nicht sinnlos.....

Die Kräfte zu spüren, die am Modell zerren... wie schon beschrieben.
Bei den Grossen gehört das zum Reiz des Fliegen dazu.

Im Idealfall müssten tatsächlich die Ruder die Knüppel bewegen..... wie eine mechanische Verbindung das machen würde.
Die Kräfte müssten genau denen entsprechen, die am Ruder auch wirken.
In ein paar Jahren wird das ganz selbstverständlich beim Modellfliegen sein....

Und wenn dann mein Daumen/Finger die Kräfte, die so ein Modellflugzeugruder bei hoher Geschwindigkeit erzeugt
nicht überwinden kann, sollte ich zum Arzt gehen oder das Hobby wechseln. Oder Spades etc. am Ruder anbringen.
Das trifft für jeden Realpiloten der eine Maschine (ohne Hydraulik etc.) nicht mehr fliegen kann, auch zu.
Wenn ich den ganzenTag Gäste herumfliege bin ich abends auch körperlich platt.
Und die Leute, die mit einer >2t PC-6 den ganzen Tag Fallschirmspringer absetzen sicher auch.

 

[DD8ED]

Hallo,

Dementsprechend ist das Konzept sinnlos.

haben wir trotzdem deine Erlaubniss, darüber nachzudenken ?

 

[Julez]

Natürlich! Du darfst auch gerne darüber nachdenken, wie sinnvoll es ist, Senderknüppel aus Seife zu schnitzen.

Aber im Ernst, aber was versprichst du dir für Informationen davon, dass der Knüppel mal stärker und mal weniger stark zurückstellt?

Mit etwas feinmechanischem Geschick könnte man die Knüppelrückstellfeder mit einem Servo etwas strammer oder weniger stramm ziehen. An dieses Servo kommt dann ein langsam laufender Servotester, wie die JetiBox z.B.
Das würde dann simulieren, wie sich ein Force-Feedback auswirken bzw. anfühlen würde.
Störend und ohne Nutzen nämlich.

 

[WalterH]

Natürlich ist es schön Brainstorming zu betreiben.

Aber ich glaube es ist jetzt schon klar geworden, dass der Aufwand schon alleine für die Rückmeldung und damit verbunden die Funkverbindung viel zu groß wäre um einem nur eventuell möglichen Vorteil zu rechtfertigen, also mehr als ein Gimmik.

Bisher wurde dazu noch der Gedanke vernachlässigt, dass die Sensorik ja nicht allgemeingültig verwendet werden könnte sondern an jeden Servotyp, vermutlich sogar an jede individuelle Servoanlenkung angepasst werden müsste.

Von Einbauproblemen wie variable Ruder-Leichtgängigkeit in unterschiedlichen Flugsituationen mal abgesehen. Zur Verdeutlichung: Wölbklappen und Querruder dürften bei Seglern in der Situation Butterfly im Vergleich zur Situation Normalflug sehr unterschiedliche Kräfte (z.B. Mittelstellung oder Endstellung) auf den Servohebel wirken lassen und zwar alleine von der Mechanik der Anlenkung und der geometrischen Situation durch die Drehbewegung des Servo-Ruderhorns (z.B. bei Wölbklappen typischerweise nicht in 90° Stellung wenn im Strak) und der Ruderanlenkung.
Also ohne individuelle Einpflegung der Sensorwerte -> Feedback Kraft für jedes Servo an jedem Ruder eines jeden Modells wäre die Rückmeldung nicht sinnvoll zu interpretieren.

Die Einpflegung sollte natürlich am besten im turbulenzfreien Windkanal erfolgen.
OK das letzte etwas überspitzt aber mir erscheint das Problem vielfältiger zu sein als bei der manntragenden Fliegerei wo sich einiger Aufwand lohnt für eine Bauserie in der alle Ruderanlenkungen identisch sind. Und wo die Sensoren von jedem Piloten mit der Zeit individuell und intuitiv eingepflegt werden.

Cheers
Walter

 

[funfexxx]

aber mir erscheint das Problem vielfältiger zu sein als bei der manntragenden Fliegerei wo sich einiger Aufwand lohnt für eine Bauserie in der alle Ruderanlenkungen identisch sind. Und wo die Sensoren von jedem Piloten mit der Zeit individuell und intuitiv eingepflegt werden.

Manntragend ? Sensoren ? individuell und intuitiv eingepflegen ?

Da ist im simpelsten Falle eine Stange oder eine Seilanlenkung von Knüppel/Pedal zum Ruder ?! Sonst nix, auch nicht Feder(n).....

Oder hab ich da grad was missverstanden ? :-)


Die "Fernsteuertechnik" müsste "nur" die Kräfte-Übertragung so einer Steuerstange komplett und in beide Richtungen übertragen.

Nur weil das aktuell (dieses Jahr ) so etwas noch nicht gibt....heisst das ja nicht, das das nicht jemand in Zukunft machen wird.
Es ist ja kein grundsätzliches Problem.....

Was ist mit komplett doppelter Ausstattung, einen Satz in Gegenrichtung ? Nur mal so ins Blaue :

Sender (-Elektronik) im Modell, die Sensorkräfte werden via arduino oder so verarbeitet und an die Fernsteuerung im Modell übermittelt,
die überträgt das an den Handsender, in dem der zweite Empfänger sitzt.... der dann die Knüppel irgendwie bewegt.

Die Knüppelmechanik dürfte mechanisch interessant sein....

Dann kann ich das Ruder bewegen und der Sender würde mit dem Knüppel wackeln.



Ob das was bringt und wie sich das anfühlt...weiss man doch erst DANN.

 

[Julez]

der dann die Knüppel irgendwie bewegt.

Und eben das funktioniert nicht. Um sinnvoll modellfliegen zu können, sind in jeder Situation einwandfrei selbstrückstellende Knüppel zwingend notwendig. Da darf sich nix von alleine bewegen.

 

[DD8ED]

Moin

Und eben das funktioniert nicht. Um sinnvoll modellfliegen zu können, sind in jeder Situation einwandfrei selbstrückstellende Knüppel zwingend notwendig. Da darf sich nix von alleine bewegen.

könntst du mal in Erwägung ziehen, dass es Leute gibt, die nicht deinem dogmatischen Standpunkt anhängen ?
Was hier stattfindet ist ein Brainstorming. Hier wird locker überlegt, wie man Force Feedback realisieren könnte.
Was wie implementiert werden könnte, steht noch garnicht fest. Aber du weisst jetzt schon, dass es keinen Sinn macht. Du hast wohl eine auf Hochglanz polierte Kristallkugel.
Liefere doch mal eine stichhaltige Begründung für deinen Standpunkt.

 

[funfexxx]

Hör doch BITTE mal mit diesen Allgemeinplätzen auf.

Wenn DU gern mit Federn fliegst, kannst Du das doch machen, aber bitte belehre doch nicht andere !
WARUM sollte das denn sooooooooo furchtbar sein ?!

Hast Du auch Deinen Gaskanal mit einer Rückholfeder versehen ?

Stellt sich in Deinem Auto das Lenkrad auch alleine mittig ?

 

[WalterH]

Manntragend ? Sensoren ? individuell und intuitiv eingepflegen ?

Da ist im simpelsten Falle eine Stange oder eine Seilanlenkung von Knüppel/Pedal zum Ruder ?! Sonst nix, auch nicht Feder(n).....

Oder hab ich da grad was missverstanden ? :-)

Ja missverstanden. Geschrieben und gelesen kommt einiger Humor nicht rüber - sorry.

Das war natürlich so gemeint, dass ein guter Pilot das mit seinem "Biokomputer" lernt.
Eine Unmenge an Inputs über alle Sinne werden hier verarbeitet.
Im Modell sitzen wir nicht drin und daher geht das nur über das Auge. Ein kleiner Teil über das Gehör beim Speedflug.

Die Frage ist also welche Informationen können wir im Modell erfassen und für welche davon ist es sinnvoll dem Piloten am Boden diese zu übertragen.
Die Form der Rückmeldung ist vielleicht garnicht so wichtig wie wir hier diskutieren.
In dieser Beziehung ist der Mensch erstaunlich lernfähig.
Ich könnte mir vorstellen, dass Ruderdruck nicht als Gegendruck am Knüppel erfahren werden muss. Eine passend modulierte Vibration (z.B. analog zu Variotönen) könnte vielleicht sogar besser geeignet sein?

Cheers
Walter

 

[DD8ED]

Hallo,
ich möchte mal MEINE grundsätzlichen Überlegungen zusammenfassen. Die sind wahrscheinlich weder korrekt noch vollständig.
Vorbild soll eine rein mechanische Anlenkung eines Ruders in einem manntragenden Flieger sein. Also eine unelastische, beidseitige Verbindung zwischen Knüppel und Ruder. Ich bewege den Knüppel und das Ruder wackelt oder ich bewege das Ruder und der Knüppel wackelt.

Daraus folgt:

1.: Die Position von Ruder und Knüppel sind starr korreliert. Es gibt keine Abweichung zwischen Ruder- und Knüppelposition. Falls doch, wäre man im manntragenden Flieger wohl lieber am Boden.

2.: Das Moment, das ich auf den Knüppel ausübe, wird in einem konstanten Verhältniss auf das Ruder übertragen (starre Verbindung).

3.: Das Moment, das aus den auf das Ruder wirkenden Kräften resultiert, wird in einem konstanten Verhältniss auf den Knüppel übertragen.

Ich hoffe, dass damit die Mutter aller Ruderanlenkungen (Gestänge oder Seilzug) charakterisiert ist.

Zu 1.: Das ist zunächst trivial. Das haben wir jetzt schon. Die feste Korrelation zwischen Knüppel- und Ruderposition ist Standard (wenn das Servo es schafft).
Zu 2.: Das wäre ein zu diskutierender Punkt, ob das Sinn macht.
Zu 3.: Das ist eben der Casus Knackus. Das ist das Konzept von Force Feedback.

Die Grundsatzfrage ist die der Regelungstechnik. Wie bekommt man ein solches System stabil ans laufen. Das Problem dürfte sein, das der Geber den Aktuator betätigt und gleichzeitig der Aktuator den Geber betätigt. Damit arbeiten zwei Regelstrecken gegenläufig. Regelungstechnik ist jetzt nicht gerade eine meiner Stärken, aber eine innere Stimme sagt mir, dass sowas schnell anfängt zu schwingen.
Grundsätzlich ist die Aufgabestellung hier ja nicht neu und ist in verschiedenen Stufen seit langem Stand der Technik. Angefangen von der Servolenkung im Auto bis zum Fly by Wire im grossen Flieger. Ich glaube nicht, dass Fly by Wire ohne Force Feedback arbeitet.
Es wäre ja mal interessant, Infos darüber zu haben, wie es dort realisiert ist.
Ich glaube, es sollten erst mal die Basics geklärt werden, bevor man sich Einzelheiten der Implementation (Knüppel, Servos, Funk) widmet.

 

[DD8ED]

Ich könnte mir vorstellen, dass Ruderdruck nicht als Gegendruck am Knüppel erfahren werden muss. Eine passend modulierte Vibration (z.B. analog zu Variotönen) könnte vielleicht sogar besser geeignet sein?

Die Idee hat was. Das würde einige wahrscheinliche Probleme in der Regelungstechnik elegant umschiffen.

 

[Julez]

Liefere doch mal eine stichhaltige Begründung für deinen Standpunkt.

Ganz einfach. Im Modell sitzen wir selber nicht drin, und können somit kleinere Flugrichtungsänderungen nicht wahrnehmen. Daher müssen wir unsere Modelle so trimmen, dass sie geradeaus fliegen, wenn die Knüppel in Neutralposition sind. Was meinst du denn, warum wir Einstellwinkel, Schwerpunkt, und Trimmung so perfekt einstellen müssen bei jedem Modell? Damit es eingenstabil fliegt von alleine, weil wir am Boden nicht in der Lage sind, diese Stabilität durch Knüppelakrobatik hinzubekommen. Im manntragenden Flieger oder Auto nehmen wir problemlos kleinste Lageänderungen wahr, weil wir selbst drinsitzen, im Modell nicht.

Eigenstabilität wäre nicht der Fall, wenn wir
a) das Modell vertrimmen
b) keine Federrückstellung haben

Vertrimmte Modelle fliegen nicht besonders, das ist hoffentlich jedem klar.

Ich habe aus der Not heraus mal einen Segler eingeflogen mit falschem Mode, also Höhenruderknüppel ohne Federrückstellung. Ich wahr froh, das Ding in einem Stück gelandet zu haben, fliegen ist fast unmöglich, und stets eine ordendliche Wellenflugbahn.

Wer behauptet, Modellfliegen ohne Federrückstellung sei problemlos möglich, soll dies bitte mal selber probieren.
Nicht hier reden, sondern Feder rausnehmen, und fliegen.

Danach wird alles viel klarer, versprochen.

Hat überhaupt schon mal jemand hier außer mir ein Modell ohne Federrückstellung geflogen und kann mit Praxiserfahrungen dienen?

 

[Meinrad]

Ich hatte auch geglaubt, bei meinen ersten Modellheli-Versuchen, mit nichtneutralisierenden TS-Funktionen (nicht Pitch) auszukommen, schließlich habe ich die Original-UH-1D auch so geflogen, aber das funktionierte nicht. Im Modell, in dem man nicht sitzt, ist eine Grundstabiliät notwendig, die die Zeitverzögerung beim Steuern überbrückt. Es fehlt dazu einfach der Popometer. Abgesehen davon haben viele Großflugzeuge heute eine zumindest Servounterstützung, so dass das vielgerühmte Fluggefühl ja auch nicht mehr authentisch ist.

Wie man unter diesen Umständen ein Force feedback realisieren kann, weiß ich nicht, über den Sinn kann und sollte man sicherlich diskutieren, dann aber mit einem gewissen Realitätssinn.

Meinrad