这是我去年申请的校科创项目，昨晚刚弄好。其实早该在几个月前就弄完的，但由于课业太重，又加入了校亚太机器人队负责一个模块设计，以至于这玩意优先级被排到最末，现在才弄出来
好了，可吐槽内容开始了
大家知道手持双筒望远镜的时候，8倍没问题，但当倍数达到20倍或更高时由于手的抖动会使视野抖动得厉害，没法观察目标，所以打算设计一个玩意，能够手持，又不让视野抖动。
项目目标是做出一个可手持的设备，双筒望远镜安装上去以后可将人手产生的抖动角速度减小百分之90，以达到稳定视野的目的。
最初设计是把望远镜安装在一个二自由度的旋转平台上，电机驱动平台将望远镜向反方向扭转，达到稳定的目的。
但这么设计有两个难点，一是设备会很大，二是多级机械传动中的延迟不利于调整。
最后决定，设备挂在望远镜下方，用加速转动惯量大的物体时所产生的反向力偶来抵抗手的抖动力偶，达到稳定的目的。

最终方案：
结构部件：40*40*2角铝，M3螺栓螺母。

机械部件：(1)俯仰方向：maxon2332.908电机，安装15齿铜齿轮，加速180齿铜齿轮；(2)偏航方向：axon2332.908电机，安装15齿铜齿轮，加速140齿钢齿轮。

电气功率器件(也就是电机驱动)：4*(半桥驱动器IR2104+2*场管IRF540N)=两个H桥驱动电路；

传感器：四个XV3500+LMN358放大。为什么要四个xv3500，我是这么想的，两个温度系数接近的陀螺仪反向安装，信号相减，即可将电源噪音和温漂给剪掉。测试证明这么干50Hz市电噪音几乎没有了，温漂也非常小，基板温度生了近20度也只飘了不到15LSB（精度是160LSB/deg/s）。（本大葱数学不好，数字滤波神么的学不会，敬请吐槽 TAT）。

单片机：stm32f103c8t6，用成品最小系统板泪目。我做过的stm32板子芯片焊上去总是没法正常跑，郁闷。
以下所有图片的描述文字是在图片下方，不是上方哈，不然看着就文不对图了。




这是控制电路板。左边是ir2104+irf540n阵列，右边是陀螺仪。平放的陀螺仪有四个，两个在上面两个在背面。竖着放的陀螺仪也是两个，有一个在背面。实际上后来把竖着的那块小板拆下来安在电机旁边了，因为由于电路板会变形，震动的时候会有共振产生共振角速度，然后整个机器就自激振荡了= =

陀螺信号放大电路是这样的。电路上电阻不是真实值。在板子上输入电阻用10k，Rf=1M。


顺便说一下，大家看到我在水平方向上安装了两组陀螺仪，这是为了对比RC滤波与不滤波时的响应延迟。我给其中一组陀螺仪加了1Mohm*0.1uF的RC滤波，事实证明加了RC滤波以后信号之后会有10ms之巨，显然是不可忍受的。（xv3500的数据手册上表示在测量200Hz抖动时有90度滞后，也就是测200hz有1.25ms滞后）不过不加滤波的话xv3500的精度我只能做到0.25deg/s，而如果加滤波的话可以到0.025deg/s。


然后做出来的东西就是这个样了。只拍了这张= =。。图中可以看到修正俯仰方向的电机和大齿轮。这么一组机构在装置内下方也有一个。电路板是横着安装的，留出232接口和外供电接口以便调试。


滤波算法。仅是PID控制而已。事先在matlab里模拟了一遍试调了一遍参数，多么美好的，图中蓝线是之前采到的手抖动角速度曲线，绿色是算出的力偶量，红色是稳像后的角速度曲线。貌似降到原抖动量20%以下无压力啊，而且低频抖动控制尤其有效啊


不过实际效果...差强人意吧算是，也就消去了65%左右的抖动而已。用的时候感觉还行，不开稳像的时候实验室另一端的那个《钻床操作注意事项》抖得没法看清，开了稳像立马稳住能看清了，但视野仍有频率更为高的小幅抖动。将测出的抖动数值塞入matlab然后傅里叶变换得到下图：
图中可以看出5~10Hz的抖动功率减小不少，但大于10hz效果就不怎么样了。另外稳像时小于5Hz的抖动功率上来了，不知是偶然原因还是装置自身造成的，但不论如何这说明装置的5hz以下低频抖动抑制不给力。在稳像频谱后半段90~130hz段功率上来，这应该是pid控制时自激振荡造成的，不过对观察影响不大。
基本就是这样了，有时间会把参数继续调。
对了有另一个蛋疼的问题是齿隙，我认为就是齿隙造成换向是产生冲击引发自激振荡，同时还会造成调整滞后。而由于齿轮分度圆和孔的同轴度不高导致没法让齿轮充分咬紧。新买了齿轮，店主说这回给我的是顶切的，可以啮合紧一些。不知具体会怎样。