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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Big Wheel - a two wheel (hybride) robot



Drag0n
03.08.2005, 00:26
Hallo liebe Roboter-Fans,

nachdem ich meine Ideen schon im Thread Antriebskonzept - Ein Motor, Differential, Bremse (http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=11343) weitgehend erläutert habe möchte ich nun nochmal offiziell die Planung meines Bots bekanntgeben.
Es wird ein auf zwei Rädern balancierender Roboter der mit einem im Roboterbereich eher außergewöhnlichem Antrieb ausgestattet wird. Zuerst werde ich ihn in einer kleinen Version mit 20 cm Rädern und einer Rumpfbreite von 40 cm bauen, später folgt vielleicht eine Version mit Fahrrad-Reifen. Bei dem "später" wird es sich vermutlich um Jahre handeln, also Geduld :-)
Ich kümmere mich zuerst um die Planung der mechanischen Komponenten, natürlich mit Beachtung der Vorraussetzungen die von der Steuerung vorgegeben werden. Nach dem fertigstellen des Chassis wird die nächste Phase der Entwicklung der Software (auf µC) und deren Algorithmen dienen.

Um mein Projekt zu verstehen zitiere ich auszugsweise einfach mal die bereits im Mechanik-Forum geschriebenen Beiträge.



Also folgendes:
Das unten abgebildete Modell ist dort noch mit zwei Schrittmotoren ausgerüstet. Ich dachte mir, dass ich in der Mitte der Welle das Differential einsetze und dann auf jeder Seite eine stufenlos regelbare Bremse mit der ich das Drehzahlverhältnis der Räder steuere. Wundert euch nicht über die durchgehende Welle. Ich war faul und habe die Lagerböcke noch nicht gezeichnet.

Zur Steuerung. Es ist ja klar, dass ist das über die Bremsen steuere. Die Gesamtdrehzahl, also die des Motores kann ich ja elektronisch regeln. Jetzt ist die Frage was für Bremsen ich nehme. Lassen sich Scheibenbremsen von Modellautos gut regeln?
Ich könnte auch drehmomentstarke Motoren (z.B. Schrittmotoren) dafür verwenden, sie als Generator laufen lassen und die anfallende Energie wieder auffangen -> Hybridautoprinzip.
Die Drehzahl kann ich dann über Inkrementscheiben dedektieren. Ich könnte es aber auch raffinierter machen und die Stromimpulse des als Bremse verwendeten Schrittmotores verwenden. Auch damit könnte ich Richtung und Drehfrequenz feststellen. Die Auflösung würde ja der eines Halbschrittes entsprechen, also wohl 0,9°.

http://angsthase.info/stuff/bot/complete.jpg



So, mal ein Modell vom Roboter mit Differential. Noch nicht viel drin, aber kommt noch. Ich werde die Grafik immer updaten, wird aber wohl erst morgen Nachmittag weitergehen können..

http://angsthase.info/stuff/bot/complete_status.jpg


Drehung auf der Stelle ist in gewissem Rahmen möglich. Zwar nicht ohne den Mittelpunkt zu verschieben. Aber 90° rechts herum und dann auf dem anderen Rad 90° links herum führt wenigstens dazu, dass man nicht aus der Spur herauskommt.

Ich werd emal sehen. Nur mich interessiert weniger der Sinn hinter einer Konstruktion, sondern das Prinzip dieser. Sonst würde ich auch keinen Roboter bauen der eh nur Dinge tut von denen die Welt nichts hat. Ich finde die Idee nicht schlecht.

Schon ganz am Anfang habe ich einen Augenblick an Benzin-Motor gedacht, weil die Differentiale vorwiegend bei Benzin-Modellen verwendet werden. Ich könnte tatsächlich einen Hybriden bauen (Das Hybridprinzip sollte die Bremsenergiegewinnung bezeichnen, die ja die eigentliche Revolution bei Hybridautos ist). Das wäre dann natürlich nichts für den Innenbereich. Aber für den Außenbereich wäre es tatsächlich denkbar mittels Kupplung Strecken mit Benzin zu fahren und Feinarbeit den Schrittmotoren zu überlassen.

Also wie gesagt mir geht es nicht um die logischste Lösung, sondern wie bei allen Robotern geht es um Problemlösungen und Erkenntnisse. Ich werde den Bot glaube ich so bauen,a ber nur mit Elektromotoren und die geplante größere Version mit Fahrrad-Reifen mit einem Benzinmotor ausstatten.
Die jetzige Version ist von mir geplant um die grundlegenden Algorithmen zu entwickeln, sprich Gleichgewicht halten, Energie sparen, Umgebung erfassen.

Grüße aus dem hohen Norden,
euer Angsthase

honkitonk
10.08.2005, 17:23
Sehr Interesantes Model (tolle Zeichnung) aber ich vestehe nicht warum du eine Achse durchziehen willst?

Dein Student

RCO
10.08.2005, 19:56
Ziemlich starkes Gerät, sowas wollte/will ich auchmal bauen. Man muss aber darauf achten, den Schwerpunkt sehr weit nach unten zu legen, damit er sich beim Bremsen nicht überschlägt, oder das alles mitberechnen. Ein erstes Lego-Modell war auf jeden Fall relativ wackelig.

sulu
11.08.2005, 12:56
Sieht sehr gut aus ! Gefällt mir. du solltest versuchen , dass der eigentliche Bot nicht größer wird als die Räder.
Mit dem überschlagen hat Manf recht. Du könntest vieleicht ein Gewicht beim bremsen nach hinten wandern lassen . (nur so eine Idee :-k

Blackbird
11.08.2005, 13:18
Überschlagen: Nicht nur beim Bremsen - beim Anfahren auch :)

Es gab schon mal (versuchsweise) ein Motorad nach diesem Prinzip - nur mit einem einzigen Rad.

Blackbird

Andun
11.08.2005, 14:11
Diese einrad Motorräder kennt man auch aus viele futuristischen Filmen. :D

Ich find die Idee von deinem Bot aber ziemlich cool. Was ihc jetzt aber wegen der Achse noch für Probleme hab: Also die Achse, soll die jetzt druchgehen??? Auf dem anderne Bild, hast du doch auch in der Mitte ne Unterbrechung.

Könntest das ja mal etwas näher erklären.

So long

Andun

michaelb
11.08.2005, 14:43
Hi andun,
nee die Achse geht doch nicht durch das siehst du auf dem zeiten Bild! Da kommt ein Differenzial dazwischen!
Ne Frage an Dragon: Mit welchem CAD Programm machst du das ganze? Die Bilder in dem anderen Thread von dem Getriebe sehen schon sehr toll aus!!
Gruß Michi

Drag0n
11.08.2005, 19:50
Die Sache ging im anderen Thread schon weiter. Da bin ich inzwischen bei einem Antrieb mit einem Antriebsmotor und einem Lenkmotor angelangt. Außerdem habe ich noch etliche Ideen und werde dann später abwägen welche ich umsetze. Ich habe mir vorgenommen alles komplett durchzuplanen um keine Zeit und Geld zu verschwenden.

Für die 3d-Modelle und Zeichnungen verwende ich Pro/Desktop 8.0 von PTC (kleiner Bruder von Pro/Engineer).

Mephisto19
07.09.2005, 15:59
Ziemlich starkes Gerät, sowas wollte/will ich auchmal bauen. Man muss aber darauf achten, den Schwerpunkt sehr weit nach unten zu legen, damit er sich beim Bremsen nicht überschlägt, oder das alles mitberechnen. Ein erstes Lego-Modell war auf jeden Fall relativ wackelig.

@ RCO
Ich wuerde eher sagen, ganz im Gegenteil!!!!!!
Wenn man moechte, dass der Zweiradroboter balanciert, muss man zuerst die Abweichung von der Senkrechten erkennen. Haben wir zum Beispiel 2 Grad Abweichung erkannt (was bei einem "langen Hebel", also grossen/hohen Roboter sensortechnisch viel einfacher ist), dann müssen wir die Antriebsachse wieder genau unter den Schwerpunkt bekommen. Je hoeher jetzt der Schwerpunkt sitzt, um so unkritischer reagiert das System jetzt auf kleine Fehler (da die Winkelabweichung und damit das Kippmoment geringer ist)
Die Balancier-Regelschleife ist also umso unkritischer, je höher der Roboter ist.

Ein Grenzfall ist der Schwerpunkt genau in der Antriebsachse. Ein solches System lässt sich überhaupt nicht ohne Purzelbaeume antreiben, da kein Kippmoment entsteht, mit dem man das Antriebsgegenmoment ausgleichen kann.

Möglich waere dann wieder ein Schwerpunkt unter der Antriebsachse - aber das ist dann kein "balancierender Roboter" mehr und dass System hat kaum Regelaufgaben. Es ist beim Stehen zwar stabil, beim Beschleunigen und Bremsen (also beim Antreiben) aber "viel empfindlicher". Ich habe als maximales Gegenmoment zum Antriebsmoment das durch die Auslenkung (Anhebung) des Schwerpunktes erzeugte Drehmoment. Und das ist wegen des geringen Abstandes Antriebsachse-Schwerpunkt (< Radius der Räder) relativ klein.
Ein solcher ROboter könnte also nur viel langsamer beschleunigen und bremsen als ein "hoher". Er wäre viel träger. Ein hoher, balancierender Roboter kann sich wie ein Rennläufer nach vorne kippen lassen und richitg absausen. Der generelle Vorteil der "Balancierer".

Trotzdem, alles zusammen ein sehr interessanter Ansatz. Werde mit Interesse weiterlesen.

Drag0n
07.09.2005, 16:30
Mephisto19 sagt es. Mit einem hochgelegenem Schwerpunkt lässt sich besser balancieren. Ein gutes Beispiel dafür ist nBot (http://www.geology.smu.edu/~dpa-www/robo/nbot/). Ich versuche jedoch den Schwerpunkt tief zu legen und hoffe, dass das Gewicht der Akkus und Motoren eine ausreichende Trägheit hervorruft. Wenn das nicht klappt muss ich halt auch Gewicht nach oben verlagern, was ich aber eigentlich vermeiden will.

Im Moment quäle ich mich aber erstmal mit einer mehr oder weniger selbst verschuldeten Falschlieferung von robitikhardware herum. Ich ahbe Teile bekommen die ich im Januar bestellt, dann aber vergessen habe zu bezahlen. Nachdem ich jetzt wieder bestellt und bezahlt habe bekom ich heute die Bestellung vom Januar :-)

Mephisto19
07.09.2005, 17:06
@DragOn oder @alle
Fehler im Konzept wirken sich 10fach (Kosten und Aufwand) in die Planung aus
Fehler in der Planung wirken sich 10fach in die Entwicklung aus
Fehler in der Entwicklung wirken sich 10fach in der Fertigung aus
Fehler in der Fertigung wirken sich mindestens 10fach im Geschäft aus

die Methode try and failure wird zwar immer wieder angewandt, ist aber die mit Abstand die teuerste.

Rechne dein Konzept doch einfach mal durch! Physik lässt sich nicht beschummeln und ist eine nicht alzu komplizierte Sache. Nimm mal grob ein Gewicht für Motoren, Akkus und Rest, schätze einen Abstand Schwerpunkt-Achse und schon kannste ausrechenen, was beim Beschleunigen und Bremsen passiert (Rollreibung aus Physikbuch oder Formelsammlung entnehmen, Trägheitsmoment des Systems beachten).
Es sind fast lustige Effekte, die passieren. Plötzlich wird das Gewicht der Räder interessant (vielmehr ihr Trägheitsmoment) und man merkt, dass man gegen die Purzelbäume gar nix mehr machen kann und das System bremst nur noch mit der Rollreibung!!! Oder ?????
Eine "programmierte Simulation" ist viel, viel weniger Aufwand, als ein Roboter, der gebaut ist und nicht funktioniert, weil er nicht funktionieren kann (siehe oben)

honkitonk
08.09.2005, 10:35
Das mit dem 10 Fach.. gut bei solchen Bots die im Gleichgewicht bleiben müssen (auch die mit Beinen oder schwimmfähige) sollte man sich forher Gedanken machen das alles im Lot ist. Aber sonst ist Try and failure lustiger und auch nett soo kompliziert. Ausserdem ist bei unseren Kenntnissen nicht alles sofort überschaubar. Aber ein solides Grundkonzept sollte sein...

aber 10 Fach ist etwas übertrieben...

euer Student

Drag0n
08.09.2005, 22:09
Außerdem lernt man durch Fehler viel mehr. Ich plane und durchdenke ja alles. Nur einige Sachen probiert man lieber aus als es zu rechnen.

Das mit dem 10Fach ist in diesem Fall wirklich stark übertrieben. Das ist ein Betriebswirtschafts-Gesetz für Massenfertigung. Das kann man auf so ein Hobby genauso wenig anwenden wie 6s. Schließlich kostet mich das verlegen des Schwerpunktes nach oben bis auf etwas Plexiglas ja nichts...

Mephisto19
11.09.2005, 13:21
Ich möchte niemanden verwehren, seine Freizeit und sein Geld in friedliche Dinge jedweder Art zu stecken.

Ich für mich probiere lieber erst dann etwas aus, wenn ich einigermaßen realistische Chancen sehe, dass es funktionieren könnte! Dann aktiviere ich die knappbestückte Hobbykasse.

Ob z.B. ein Motor für einen Bot bestimmten Gewichts und Antriebskonzeptes passt oder nicht, lässt sich "verhältnismäßig" leicht ausrechnen. Kauf ich mir zweimal einen zu kleinen Motor.......??????
hab ich zwei Motoren rumliegen und für den richtigen kein Geld mehr und die Lust verloren.

Ausserdem gilt Murphys Law:
wenn etwas schief gehen kann, dann geht es auch schief!

Da nimm ich lieber ein Konzept von dem ich weiß, das nix schief gehen kann. Eine Ausnahme bildet "Neuland". Dinge, die es noch nicht gab! Aber auch da führt Rechnen bis zu der Grenze, an der man nicht mehr weiterkommt, eher zum Erfolg als reines Experimentieren.

Aber bitte halte das jeder wie ers meint!

Enigma1
11.09.2005, 14:50
Alles nur stur theoretisch bis zum Exess zu berechnen, um möglichen Pannen aus dem Weg zu gehen, ist wie Sex schon 1 Woche vorher genau zu planen, samt Ablauf und Zeitaufwand. :-)
Das ist langweilig und raubt einem den Spass an der Sache. Für manche aber sicher der Gipfel von Ingineurskunst, da kaum Fehlschäge zu erwarten sind.

Grüsse

Bernd