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  1. #1
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Buongiorno a tutti, visto che sul forum ci sono molti utenti eccezionali che stanno condividendo i loro work in progress e risultati, per i loro progetti con arduino di goto e in generale robotizzazione di telescopi, vorrei condividere il mio progetto, molto ambizioso in verità.Scrivo qui a mò di diario così da non aprire mille discussioni su ogni pezzettino e intoppo che trovo. Spero altresì che qualche mia idea sia utile anche ad altri, fosse anche solo per evitare qualche vicolo cieco.

    Obbiettivo finale è avere un telescopio totalmente controllabile in remoto, con un goto, sensori vari, correzione di errori, invio di immagini da cam e reflex, interfaccia grafica ( e non ultimo quell'inevitabile senso di diaovoleria autocostruita dei film scifi anni 80, tipo ghostbuster o ritorno al futuro). Progetto molto grosso per uno come me che è meno di un mese che "pasticcia" con Arduino, tuttavia il progetto l'ho diviso in traguardi umili ed utili,così da darmi sempre obbiettivi alla mia portata.
    Allora partiamo dal telescopio: anni 70, un sistema doppio Newton( 305-1800 e 175-1600) su una montatura a forcella che dovrebbe essere nello specifico una "disco polare". tutta la montatura è in alluminio. il tubo del telescopio dove non ci sono i fascioni di metallo è in un materiale che non ho ben identificato, sembra un pò una fibra densa o una vetroresina.

    IMG_20210824_152211_5 (1).jpg

    per quello che riguarda la parte hardware, uso Arduino, ma contrariamente al saggio approccio ottimizzatore delle risorse che ha avuto gspeed, io che non sono così ordinato e preciso ho optato per un software diffuso, ho un arduino mega che funge da unità centrale e un arduino nano che si occupa solo del motore Ar, siccome ho preso entrambi in versione economy della elegoo gli arduini nano li vendono a pacchetti da 3(12 euro totali), quindi userò anche gli altri due per lavorare in parallelo su altre cose( tipo la gestione delle ventole,il movimento dec, un sistema anticollisione).
    Io ho lavorato anni nella grande distribuzione quindi mi è più naturale immaginare un sistema di arduini che si occupano di aspetti specifici in maniera coordinata e parallela,piuttosto che uno solo che fa tutto il lavoro gestendosi perfettamente i tempi; é un esubero di potenza di calcolo ma mi trovo meglio.
    Ultima modifica di Niuton; 24-08-2021 alle 15:17

  2. #2
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Capitolo 1: il motore di inseguimento AR
    ecco il sistema originale, che è affascinante già di suo:
    il disco equatoriale appoggia su un rullo, collegato ad una ruota dentata, connessa alla classica vite senza fine.
    IMG_20210824_152816_5.jpg
    la vite è a sua volta attaccata ad una grande ruota dentata(20-25cm) sotto la base, la quale viene fatta girare da una nuova ruota dentata,molto piccola collegata ad una ruota liscia che in accopiamento piano conico ottiene il movimento da un rullo collegato finalmente all'albero del motore( sincrono 220v).
    dal disco polare alla ruota dentata liscia abbiamo un accoppiamento 1:3000 e per la magia della fisica e della tecnica il tutto si muove con la forza necessaria a far ruotare un cd nel perno del lettore. la velocità della ruota è regolata da una vite collegata ad una slitta che avvicina o allontana il motore aumentando o diminuendo la velocità angolare con cui gira la ruota liscia.
    IMG_20210824_153001_3.jpg

    Nella foto seguente vede l'accoppiamento piano conico e il motorino sincrono, che ho smontato per mettere un nema 17 al posto del motore ed una ruota gt2 da 60 denti invece della ruota liscia, in un accoppiamento a puleggia 1:4
    IMG_20210824_152719_7.jpg

    il resto è èrimasto dov'era, compresa la slitta che è invece di regolare la velocità adesso sposta il nema17 per tendere la cinghia.
    IMG_20210824_152926_BURST2.jpg
    tra il motore e la staffa e alla base della ruota 60 denti ho messo della gomma antivibrazione in doppio strato accoppiata dente dente,per portami in giro meno vibrazioni possibile.
    ]

    dal lato software l'arduino nano non fa altro che dare un impulso ogni 1008 microsecondi al tb6600
    IMG_20210824_153054_1.jpg
    come vedete ho collegato al microcontrollore la basetta coi morsetti(che ho dovuto tagliare per lungo perchè nel nano eleg0o la distanza tra i piedini è minore), non mi fido dei contatti ballerini della breadbord, ma mi piace evitare di saldare quando possibile e mantenermi le porte aperte per cambiare la disposizione di cavi alla bisogna con un giro di cacciavite.
    Altro vantaggio è che quando non si usa il telescopio si può staccare un arduino,caricargli un altro programma e conneterlo a un altro dispositivo, senza rifare i collegamenti.

    in realtà il loop prevede anche un solo controllo per la presenza di dati alla seriale(dall'unità centrale), nel qual caso riceve un numero intero e si entra in uno switch.. in questo modo l'unità centrale può far entrare l'arduino nano in modalità specifiche( ricezione della coordinata Ar per il goto,analisi di errore periodico,correzioni, blocco, usare il giroscopio collegato come livella) altrimenti vuol dire che il nano deve solo far girare il nema17.
    Ultima modifica di Niuton; 24-08-2021 alle 16:01

  3. #3
    Nana Rossa L'avatar di gspeed
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Complimenti! Proprio un opera d'arte quella montatura, ammetto che non ho ben capito come "la velocità della ruota è regolata da una vite collegata ad una slitta che avvicina o allontana il motore", forse la foto è sfuocata, certo sembra una soluzione affascinante, come dici!
    C8, N150/750, Exos2 e aGotino ...Messier aveva mooolto meno!

  4. #4
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Merita forse un immagine esplicativa perchè è sicuramente una cosa che non si vede tutti i giorni e forse può dare qualche idea per progetti futuri(anche solo già solo per un tendicinghia).
    IMG_20210825_005908_7.jpg

    A sinistra, in verde, si vede una vite con pomello, la quale è ancorata ad una staffa fissa( in blu),ruotando il pomello la vite tira o spinge la staffa rossa al cui capo opposto ha un motore(quindi avvicina o allontana il motore stesso).
    il motore ora è orientato parallelamente alla ruota condotta, quindi questo movimento fa si che la cinghia venga tesa o allentata, ma prima il motore era orientato ortogonalmente con l'asse parallelo al piano della ruota liscia. il motore trasmetteva alla rota condotta il movimento tramite il pignone. Tipo così, ma senza denti e su un disco pieno,invece che su un anello Allegato 44884.

    Con la frizione è come se avessimo denti infinitesimali, quindi si fa il rapporto tra la circonferenza del pignone e la circonferenza della ruota piana calcolata usando come raggio la distanza tra il punto di contatto e il centro. traslando il motore tramite il pomello cambia il punto di contatto, quindi il raggio , quindi la circonferenza, quindi la moltiplica: in pratica il pomello serve ad accelerare/rallentare il movimento Ar, in maniera analogica ,in un range di infiniti valori microscopici, se azzecchi quello giusto puoi virtualmente inseguire anche oggetti anomali tipo le comete.
    In un epoca in cui esistevano solo i motori sincroni era il non plus ultra del microstepping e il fattore di moltiplica così sparato serviva a contenere gli errori causati da tutte le volte che la ruota slitta, le vibrazioni ecc..

    Comunque oggi piove, quindi non posso fare un test vero,ma ho cronometrato 4 ore di movimento e sul cerchio graduato del telescopio sono perfettamente al passo, per ora posso dire che i calcoli degli impulsi li ho fatti correttamente ( ho usato la traccia con cui avevi calcolato i tuoi in un vecchio post) e il nema17 riesce a lavorare.
    La sfortuna è che è che il tb6600 ha il controllo dei microstep con le levette manuali, quindi per ora la mia velocità massima per il puntamento è di un grado al secondo.

  5. #5
    Nana Rossa L'avatar di gspeed
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Chiaro ora, grazie. Quindi la vite verde ora serve da tendicinghia. Buon lavoro!
    C8, N150/750, Exos2 e aGotino ...Messier aveva mooolto meno!

  6. #6
    Meteora L'avatar di Nick
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Bellissimo progetto, complimenti!

    Nick
    Ultima modifica di Nick; 25-08-2021 alle 10:54

  7. #7
    SuperGigante L'avatar di Angelo_C
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Bellissimo tutto, il progetto, la montatura polare e i newton "lunghi".
    Complimenti.

    Pensare che io mi accontenterei di motorizzare passivamente (semplice inseguimento passivo), il mio vecchio newton anni '50, ma non sono capace nemmeno di quello.
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  8. #8
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Angelo, non disperare, se un giorno ci vuoi davvero provare, trovi tutti i materiali possibili e se apri una discussione coi dati del telescopio sicuramente ti si aiuta.

    Comunque breve test ieri di dieci minuti,tra una nuvola e l'altra, ho puntato giove con la mia reflex ff a fuoco diretto sul 1800 con una Barlow 2,5x(apocromatica di lolli) a cui ho montato nel poltafiltri il tripletto di una Barlow x3(acromatica svbony), giusto per sparare il massimo ingrandimento possibile ( dovrebbe essere una decina di metri di focale )per vedere vibrazioni, e se coi calcoli indicativamente ci siamo.
    Lo stazionamento polare,non lo posso fare che non vedendo il nord, quindi ho fatto uno stazionamento sud usando giove: Ho messo il telescopio con la forcella ad ore 12 ed ho aspettato 20minuti che giove arrivasse al meridiano, in quell'esatto momento ho fatto partire il motore della montatura(grazie a stellarium). A questo punto ho puntato su giove, senza ruotare l'asse ar, ma orientando tutta la base.. Messo giove al centro del fotogramma approssimativamente sono a sud. Ho poi ruotato la reflex nel portaoculare in maniera che il lato lungo del fotogramma fosse parallelo alla lunghezza del telescopio(cosí che destra e sinistra siano est e ovest alto e basso siano nord e sud). Come si vede dal video il telescopio "resta indietro" ma il fatto che giove si abbassi vuol dire che non ero perfettamente stazionato. Dopo circa 3 minuti giove si é fatto mezzo sensore e lo perdo. qui c'é il video in questione, lasciate perdere la qualitá dell'immagine. Quindi come test preliminare direi che i calcoli sono giusti, appena il meteo me lo concederá faró uno stazionamento serio e riproveró.
    https://youtu.be/x20irBSlXM4

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  9. #9
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Capitolo 2: giroscopio per livella ed inclinometro

    La mia montatura da oggi userà un sistema ausiliario basato sul giroscopio-accellerometro, non so se è la prima montatura a farlo,ma se lo fosse capirei perchè, è stata un'impresa, per fortuna di materiale se ne trova tantissimo perchè è ampiamente usato dai costruttori amatoriali di droni.
    Ecco la livella.
    IMG_20210826_183410_1.jpg

    il giroscopio è quel componente con la luce verde, la luce rossa è il secondo arduino nano del mio progetto. Avrete anche già visto che il tutto è montato su resti di un hard disk e il perchè lo scoprirete presto.
    In un ottica di risparmio quando ho preso l'arduino sottomarca esso era in uno starter kit zeppo di sensori e componenti, in più in soffitta ho tanti oggetti elettronici guasti od obsoleti da razziare, metto insieme le due cose e nascono mostri come questo.

    Le prestazioni di questo dispositivo sono direi buone, ha la precisione di un decimo di grado è sensibile sui due assi, e ruotando sull'asse z(imbardata) funziona come un encoder incrementale, aumentando di valore al secondo giro in senso orario o diminuendo anche in negativo in senso antiorario.. al momento non mi è utile ora,ma buono a sapersi.
    questi sono i dati di output della livella applicata al disco polare, il mio paese è a 42°53' quindi per essere che ho montato la montatura su ruote la stima è verosimile.
    Comunque ho dati attendibili anche inquadrando giove o saturno e confrontando i valori dell'inclinometro con stellarium.
    coordinate.png



    Per fare una livella mi serviva un supporto preciso, quindi ho smontato un vecchio hard disk,ho rimosso i piatti ma ho lasciato il motore e su di esso ho montato il sensore.Confido che l'hard disk sia uno strumento di precisione che ruota senza giochi od oscillazioni, ragionevolmente in squadro con la sua base.
    Tuttavia non è detto che il giroscopio sia montato appoggiando perfettamente, quindi l'hard disk è utile anche per una buona taratura. Montando il sensore sul perno del motore dell'hard disk posso farlo ruotare con buona precisione di 90 gradi lasciando il supporto perfettamente fermo, visto che l'inclinazione tra il supporto e il piano di appoggio non è cambiata, idealmente dovrei avere i valori di x e di y perfettamente scambiati(che variano di segno a seconda del quadrante), quindi calcolando la differenza tra i valori di x e y nelle rotazioni di 90 gradi posso tarare il sensore e sincronizzarlo con il piano dell'hard disk, ottenendo un inclinometro affidabile.

    L'inclinometro normalmente restituisce dati grezzi che vanno lavorati,integrati con gli accellerometri,calcolati in quaternioni, filtrati e trasformati in gradi,un lavoraccio che essendo necessario per i sistemi di volo dei droni, qualcuno su github ha per buona parte fatto, così non sono dovuto impazzire del tutto. Ho potuto concentrarmi sulla statistica, implementando medie, scostamenti e calcolo della velocità di deriva dell'asseZ che anche se attualmente non mi serve era brutto sapere che continuava ad aumentare costantemente di un centesimo di grado ogni 3 secondi circa.

    Questo componente ha attualmente 2 modalità, la prima è la livella, si appoggia sul piano e controlla lo squadro sui due assi, tecnicamente potrebbe anche dire quale dei 3 piedi causa il fuori bolla e di quanto. una volta che si è in bolla l'unità si fissa al tubo del telescopio e permette di essere usata per puntare gli oggetti in dec con in manuale.

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    Ultima modifica di Niuton; 27-08-2021 alle 02:07

  10. #10
    Nana Bruna L'avatar di Niuton
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    Re: meccatronizzazione di un telescopio con arduino

    Capitolo 3: interfaccia grafica con processing

    La console di arduino va bene per fare delle prove ma non è adatta a fungere da interfaccia, perciò diventa necessario costruire una piattaforma dove ricevere dati dai sensori e da cui inviare i comandi al telescopio. Ho scelto processing perchè è costruito in maniera speculare alla ide di arduino (che da processing deriva), quindi parte già con qualcosa di familiare. Mano a mano che implementerò sensori e controlli essi finiranno nell'interfaccia. Partiamo dunque con il giroscopio, i dati di orientamento spaziale (beccheggio, rollio e imbardata) già stabilizzati dal filtro kalman e convertiti in gradi, vengono inviati tramite seriale a processing, il quale li elabora ulteriormente:

    Immagine (1).png


    Nella riga in alto mostra il valore medio aggiornato ogni tot misure (nel mio caso 20), il grafico sottostante è la rappresentazione nel range +-0.5° del numero sottostante,ovvero lo scostamento dalla media delle singole misurazioni,in pratica il rumore del sensore e la precisione di misura.
    Inaspettatamente questo scostamento è così piccolo che riesce a rivelare anche piccole vibrazioni, urti e aliti di vento(riuscendo anche a discriminarne la direzione), quindi è molto utile per vedere a colpo d'occhio con precisione se ci sono anomalie e instabilità.
    https://studio.youtube.com/video/huLu22m8oR0/edit

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