船用電羅經及自動導航系統 (Marine Gyro Compass And Autopilot) 中華民國海事學會印行 廖中山編著
廖教授是我讀大學時的導師也是羅經學的老師,他已經過逝好久了,晚年成立外獨會推廣台獨運動,是一位值得尊敬的長者。
電羅經 (Gyro Compass) 是現代航行 (Navigation) 最重要的指向儀器,無論太空航行、空中航行或海上航行都少不了它,其原理都是根據旋轉儀 (Gyroscope) 發展而成。
旋轉儀有轉輪、內環及外環,三者相互垂直並能自由轉動,一但轉輪高速旋轉後,由於旋轉儀的轉輪慣性,會使轉輪的軸心始終指著一固定方向。如下圖所示,假設在地球赤道上有一旋轉儀,從南極方向觀察地球,會發現無論地球如何自轉,旋轉儀的軸心始終指向右邊,但是在地球表面觀察,會發現軸心在 00 點向右,06 點向上,12點向左,18點向下。
這樣太空航行時,就可以慣性導航。可是在地球航行,我們需要的是指北或指南的設備,因此修改旋轉儀讓它的轉軸能夠尋北及定北。如下圖所示,在轉軸下方放一重物,利用重力產生力矩偏移轉軸尋北,這稱為底重效應。當然也可以反過來在上方放重物,用頂重效應產生力矩,不過轉輪旋轉方向必須要反過來。一般船舶速度不快,重力尋北即可符合需求,但是飛機或太空梭等飛行器,則必須用其他機制尋北。
最後,出個題目給樂高玩家動動腦,利用積木組件做出一個旋轉儀,然後加上重力尋北裝置,讓它成為一個電羅經,這是一個難度極高的任務,連我也還想不出辦法!
想做出旋轉儀,必須增加轉動慣性,有幾個方式可以試看看:
一、提高馬達轉速,
二、增加轉輪質量,
三、增加轉輪半徑,並將重量配置於轉輪邊緣部份。
像地球也是一個大型旋轉儀,雖然轉得很慢,一天一轉,但是地球質量極大,所以有足夠轉動慣量,維持地軸傾斜。
NXT 馬達轉速不高約 120 rpm,並且形狀與轉軸不對稱,這是一個超級任務,如果有網友能做出來,請分享給大家知道 :)
【Android】畫在屏幕上Draw on Screen
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draw on screen是一個我一直需要但是沒去找的軟體,它可以跟Screenshot
easy結合使用。雖然這兩個軟體都可能有廣告,但是我們可以完美避開廣告。
藉助這個軟體,我們可以在任意時刻在屏幕上亂塗亂畫,同時也可以在操作手機時把這些畫留在屏上。
1 天前
這個原理以前在台北市植物園教育部科學博物館展覽多年,參觀人可坐上實驗台感受角動量實質作用,同地還有佛科擺,重力加速度等多項物理實驗台。
回覆刪除Hi Chih Yuan,
回覆刪除謝謝您提供的資訊,看來寒假可以帶小朋友去看看。^_^
您好,我最近也在做手機上面的sensor的研究,涉及到compass的內容,api返回的5個量, X Y Z Angle D,Angle表面上來講就是北極方向的bearing,但是其他幾個量完全不知道怎麽回事,您有這方面的經驗和提示嗎?
回覆刪除3606 您好,
回覆刪除我還沒用過 compass IC 設計產品,如果您能提供該 IC 的 Datasheet 及 Application Note 我可以幫你看看。
。。。抱歉實在是沒有辦法提供,我使用的是HTC的compass部件,htc只有HD2有compass而且還沒有公布api,我是改的別人的api。。。我就網上搜索的絕望了所以投石問路一下。謝謝啦
回覆刪除3606 您好,
回覆刪除如果您還需我幫忙,可以提供你手上任何資料,看能不能找出一些線索。
Bridan大師:請問可否方便給予您的email?由於有些設計上的問題,想直接和您討論。我的email是master.yrhsieh@msa.hinet.net。
回覆刪除薛老師
回覆刪除我已經發電郵給您,歡迎您來信討論。
你好:
回覆刪除要達到尋北功能,[重力]是否要偏西?
下面這個是否可以?
http://www.youtube.com/watch?v=NQSYERWASE4&feature=related
因急需製成尋北陀螺的資訊
感恩
小樓您好,
回覆刪除利用重力尋北的重點在產生的力矩須作用在旋轉的轉軸上,我部落格第二張圖顯示轉軸向右上方翹,轉軸下方重物會因地心引力產生力矩把轉軸下壓,因此這個轉軸會產生向左偏移動作,直到轉軸水平平衡,不會產生力矩為止。
從您提供的影片,我的功力還無法直接看出轉軸與重力力矩(方向棒)之間的關聯,如果它們之間是有關連,這樣是可以尋北的。
值得注意,影片作者把方向棒放在右邊與他的旋盤方向是有相關的。
Bridan大大
回覆刪除非常感謝你回覆
小弟對文中還是有些意思不懂....
1.
增加轉輪半徑,並將[重量]配置於[轉輪邊緣]部份。
2.
[轉軸下方]重物會因地心引力產生力矩把轉軸下壓,因此這個轉軸會產生向左偏移動作,直到轉軸水平平衡,不會產生力矩為止。
..................
這兩者有何差別?
[重量]以何計算?
那如果只用2軸陀螺...
強迫水平(x.y)與其z軸垂直可否達到??
如動畫後半段
http://www.youtube.com/watch?v=jWhDc_dWS8E&feature=related
不好意思一直打擾!感恩
小樓您好,
回覆刪除關於您的問題說明如下:
一、增加轉輪半徑,就是把東西做的越大越好。並將[重量]配置於[轉輪邊緣]部份,你提供的第二支影片就有清楚的圖片,轉輪邊緣是不是比中間厚實。
二、部落格中第二張圖[轉軸下方]重物,是以剛體固定,像是鐘擺的東西,受地心引力會把轉軸下壓,最後成為水平的狀態。
三、兩軸陀螺,它是無法自動尋北的,你必須先將轉軸方向定好,那麼轉軸就可以一直固定指向。
四、您有提到兩個小問題,這兩者有何差別?指那兩樣東西?因為題意不明無法給你答覆,請見諒。[重量]以何計算?個人認知是,只要有質量的東西就有重量,可用磅秤量測。
我喜歡探討知識,知性的交流感覺很好,歡迎您提問討論,未來也可以提供後人參考。^_^
Bridan大大
回覆刪除原指[兩個問題]就是我前面提出的2個問題,我誤會成兩者的[重量]是指同一東西了
,謝謝!
小樓您好,
回覆刪除很高興你能弄清楚轉輪與下方重物的差異,基本上轉輪的轉動慣量越大慣性就越大,請參考維基百科 http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%BD%89%E5%8B%95%E6%85%A3%E9%87%8F,這就是為什麼要將轉輪設計成輪胎狀旁邊厚厚的。
不過要注意轉動慣量不要設計過大,以免下方重物的力矩不足,無法產生適當偏移將轉軸指北。
Bridan大大你好!
回覆刪除又來打擾,不好意思~
最近在網上搜到一篇相關文章
http://ftp.coscoqmc.com.cn/Nclass/hhx/class/YIQI/gyrotheory/gyro1_4.htm
因對有關重力力矩公式不懂
特來請教
文中有兩點訴說
1.重力矩只能加在水平軸和垂直軸上.....
2.斯伯利系列羅經.....加一重量[正西側]
這兩個說法....
是否可幫忙解疑?
手邊還有一本較完整相關電子書
是說要在馬達殼[偏西]加一重量減幅擺動
.........真是霧煞煞!
可否留em小弟寄去
請Bridan大大解疑?感恩
小樓您好,
回覆刪除你所提供的資料,我會仔細推敲,關於e-mail,請您先加入研發養成所線上論壇
http://groups.google.com.tw/group/4rdp?hl=zh-TW,我會回覆電郵。
Bridan大大
回覆刪除已加入
有用em寄一份資料
有收到?
小樓您好,
回覆刪除並未收到您的電郵,猜想那電子書檔案很大,建議你將檔案上傳至研發養成所線上論壇,這樣我一定可以收到。
另外,發現您提供網頁資料有前後矛盾地方,如 斯伯利系列採用液體連通器
http://ftp.coscoqmc.com.cn/Nclass/hhx/class/YIQI/gyrotheory/gyro1_3.htm 有點怪怪的,難怪大家讀了搞不清楚。
謝謝
請問羅經轉換器的設定為何要分1:1 36:1 180:1等速率?
回覆刪除舉例:當我的轉換器設定1:1,發現角度變化過快,幅度過大,這時我改設為36:1,即可與主羅經同步。
缺少太多資訊,個人猜測因為商品規格差異造成的,36:1 才能搭配。
刪除