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Thema: Mono Wheel Bot

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Mono Wheel Bot

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    Bitte zuerst Edit lesen (unten).



    Seite 2: die ersten Konstruktionsvorschläge
    Seite 3: die ersten Skizzen der endgültigen Konstruktion
    Seite 4: das Außenrad, erste fertige Konstruktionszeichnungen und verschiedene Lenkmethoden
    Seite 5: bilder des baus der Achsen, Lichtspaltverfahren und Konstruktions-/Baubilder der Schwinge
    Seite 6: fertigstellung der Schwinge, Bau der Rahmenkonstruktion (Innenleben), (fast) fertige Rahmenkonstruktion und kl. Video
    Seite 7: fertiger Rahmen und Konstruktionsbilder der Schwungscheiben
    Seite 8: Kupplung und erste Test mit Videos von Radbruch (Danke noch mal)
    Seite 9: Schwungscheibenkonstruktion ist fertig, Bilder vom Akku, Servo-bewegte-Gewichte-konstruktion und -bau, fertige Konstruktionsbilder des Bots, das erste Video von Klingon77 bei youtube
    Seite 10: Bau der Pendelgewichte und (zwar kein Bild aber erste grundlegende Gedanken zur Steuerung
    Seite 11: Bau der Pendelgewichte und viel Text
    Seite 12: alternative Bremse und ne menge Videos vom MW-Bike
    Seite 13: Bau der Pendelgewichte und viele Rechnungen von Christian H
    Seite 14: Servohalterung und Pendelgewichte
    Seite 15: erste Schwerpunktbestimmung und Federherstellung
    Seite 16: Lack auf Pendelgewichte, Hüfthalter, Bohrungen zur Gewichtsersparnis, Motorbefestigungslöcher Strebe
    Seite 17: Motorhalterung, Akku-Überschlagssicherung, Stoßfänger/Fallsicherung, fertiger Bot (mech.)
    Seite 18: Servo-Test und Motoren-Test Videos
    Seite 19: Platine-Bestückung, Größenvergleich zwischen Asuro und Mono Wheel Bot, Reset-Problem
    Seite 20: haufen Text zum Reset-Problem von Seite 19
    Seite 21: andere-Motoren-Video, noch mehr Text zum Reset-Problem von Seite 19 und 20
    Seite 22: Brems-Test-Video, noch mehr Text zum Reset-Problem von Seite 19, 20 und 21

    Technische Daten Zusammenfassung:

    Code:
    Bitte etwas Nachsicht das diese Zusammenstellung noch etwas dürftig ist. Das sind nur die Sachen die ich grad im Kopf hatte. Der Rest folgt später (das raussuchen der Links zu den Datenblättern dauert eben ein weilchen).
    
    Es kann auch sein das einige der Werte noch nicht 100%tig genau sind. Wie gesagt alles nur aus dem Kopf.
    
    Mechanische Sachen:
    
    Gesamtgewicht: etwa 12 Kg (nach Badezimmerwaage)
    Gewicht des Rades (Mantel, Schlauch, Flege): 1,35 Kg
    Höhe des Bots/Rades: 50,5 cm
    Größe der kleinen Rollen: ca. 7 cm
    Ansetzpunkt der kl. Rollen am gr. Rad: gute Frage :-) geschätzt 5-6 cm
    Zahnriemenübersetzung ist 1:1 --> kann also ignoriert werden
    ...
    
    Elektronische Sachen: (Links zu den DB kommen noch)
    
    Prozessor: Atmega32 @ 16 MHz
    Motortreiber: L6203
       Shunt: 2x 0,59 Ohm/3 W parallel um genug Wärmeleistung zu haben
    Spannungsregelung:
    ...
    Funkverbindung über RN-Funk @ 8XX MHz
    Sensoren:
    ...
    
    Motoren:
    ...


    ##########Ursprungs-Post Anfang#################################

    Hallo alle zusammen,

    ich habe mal eine Idee für einen Bot den es so noch nicht gab oder den ich bis jetzt noch nicht gefunden habe. Ich möchte einen Mono Wheel Bot bauen. Nun ich kann es nur schlecht beschreiben was ich mir darunter vorstelle und Bilder sagen ja bekanntlich mehr als Tausend Worte:

    http://www.bikemenu.com/photos/concept/McLean_V8_Monowheel.jpg

    Das ist ein Mono Wheel Bike. Diese Dinger sind in den USA relativ beliebt und es gibt schon ein paar verschiedene Modelle.

    Meine Idee ist jetzt ein Mono Wheel zu bauen und Fahrer und Benzinmotor durch Atmega und E-motor zu ersetzen. Das ganze soll auch auf eine handlich Größe von etwa 30 bis 40 cm geschrumpft werden. Lenkung soll durch ein Servo bewegtes Gewicht geschehen.

    Der Bot soll am Anfang erstmal eher ein Ferngesteuertes "Auto" sein aber später wenn ich ein paar Erfahrungen mit Mono Wheels habe schon mal allein fahren können (z. B. einen Slalom(die hohen Ziele sind immer die besten \/ )). Also es sollte erweiterbar oder zumindest änderbar sein.

    Ich habe mich schon mal Hilfesuchend an Klingon77 gewendet und dabei haben wir schon folgendes festgestellt:

    - der Schwerpunkt muss so weit wie möglich unten sein
    - die Lauffläche sollte gewölbt sein (ist aber schwieriger herzustellen)
    - das Ganze soll sich natürlich in einem finanziell von mir stemmbaren Rahmen bleiben (also am liebsten keine Sonderanfertigungen der Teile usw.)

    Nun habe ich eine ganz entscheidende Frage:

    Code:
    Wie denn mechanischen Aufbau gestalten?
    
    Es gibt schon für die Lauffläche zwei Möglichkeiten. Einmal flach. Das ist die kostengünstigste Methode aber die Lenkung wird damit sehr viel schwieriger um nicht zu sagen fast unmöglich. Oder eine gewölbte Lauffläche. Diese ist natürlich sehr viel einfacher zu lenken aber sehr Kostenintensiv (würde ich schätzen) und der Bot brauch dann Stützräder da er sonst im Stillstand umfallen würde (ich gehe davon aus das es unmöglich ist ihn so Auszubalancieren das er stehen bleibt). 
    
    Dann ist die Frage des Antriebes oder besser gesagt der Kraftübertragung auf die Lauffläche. Meine Lieblingsidee ist ein Innenzahnkranz wie bei diesem Legomodel ( http://static.drkroom.com/43_l.jpg ). Diesen Innenzahnkranz kann man auch gleich als Führungsschine und als Versteifung der Lauffläche benutzen. Allerdings weiß ich nicht was so ein Innenz. kostet (wie gesagt auf den Preis muss schon geachtet werden). Eine andere Idee (von Klingon77) ist Skatboardräder etwas abzudrehen (grade Lauffläche machen wenn ich das richtig verstanden habe) und diese zur kraftübertragung nutzen. Und natürlich auch dann eine Führungsschine zu bauen.
    
    Das sind die beiden wichtigsten Fragen für mich im Moment. Später kommen dann noch Kleinigkeiten wie:
    
    - wie soll das Gebilde im Inneren aussehen 
    (falls jemand nicht weiß was ich mit Gebilde im Inneren meine: das ist die Plattform auf der der Prozessor, die Sensoren, die Akkus und was sonst noch dazukommt sitzen und das im Inneren des Mono Wheels ist und immer unten bleiben sollte)
    
    - wie stelle ich fest in welchem Winkel sich das Mono Wheel befindet und in welchem Winkel das Innenleben zum Boden steht --> beides ist wichtig um den Servo richtig zu positionieren und die Motoren zu drosseln (ansonsten würde das Ding zwangsläufig versuchen einen Überschlag zu machen wenn sich das Mono Wheel nicht bewegt und aus selbigen herausfallen)
    Und die Sachen die ich schon festgelegt habe:

    Code:
    Prozessor: Atmega8 (da nur ein Motor und ein Servo bewegt werden müssen und ein paar Sensoren ausgewertet sollen)
    
    Edit: zwischenzeitlich hab ich festgestellt das der M8 doch zu klein ist und ihn durch zwei M32 ersetzt (momentan aber nur einer benutzt)
    
    Funkfernsteuerung über RN-Funk
    
    Für die Winkelermittlung hätte ich auch eine Lösung: 4 Infrarot-sensoren von Sharp. Einfach an den 4 Ecken des Innenlebens anbringen und rechts mit Links vergleichen um die Neigung des Monowheels zu erhalten und vorne mit hinten vergleichen um Neigung des Gebildes zu erhalten. Ich bin aber für andere Ideen offen. (außer gegen Beschleunigungssensoren bin ich ein wenig abgeneigt, ganz einfach aus dem Grund das ich sie nicht auswerten kann aufgrund fehlender Kentnisse). Hat schon mal jemand elektronische Wasserwaagen ausgewertet (gibts sowas überhaupt)?
    Zu meinen Fähigkeiten: ich habe meinen ersten Bot fertiggestellt (ein RP5 chassis, ein RN-Control, ein Display, Joysticks, ein US-sensor und ein zusätzlicher M32; Aufgabe war nicht vorhanden, war eher zum Üben gedacht aber hat am Ende Ausweichmanöver und ähnliches hinbekommen). Ich weiß was ein Port ist und Spannung und Strom habe ich auch begriffen. Meine Programmierkünste sind hoffentlich ausreichend.

    Ich würde das gute Stück dann (wenn Plan fertig ist und Kosten im Rahmen bleiben) von Klingon77 bauen lassen (also die mechanik) und bei mir die Elektronik fertigstellen.

    So und jetzt seit ihr gefragt. Bitte schreibt alles auf was euch so einfällt (nur die Schweinereien weglassen ) und sagt mir was ihr von diesem Projekt haltet. Für Anregungen oder Kritik bin ich immer offen. Und für Lösungen natürlich noch mehr.

    Gruß

    ##########Ursprungs-Post Ende##################################


    Edit: Ich hab mir das, was ich hier geschrieben hab, nach langer Zeit (am 01.01.08 ) mal wieder durchgelesen und etwas abgeändert. Auch werde ich mal ein kleines Inhaltsverzeichnis (nur der Bilder, fürs erste) machen damit die die (noch) keine Lust haben das alles zu lesen schneller auf den Geschmack kommen.

    Edit-2: Ich stell mal ein Bild vom fertigen Bot hier an den Anfang. (So sieht dann der Bot nach 370 Antworten auf 17 Seiten, 19000 Ansichten und 5 Monaten Bauzeit aus.)

    Edit-3: Ich habe die Seitenzahlen oben im Inhaltsverzeichnis jeweils zu den entsprechenden Seiten im Thread verlinkt.

    Edit-4: Inhaltsverzeichnis auf den neusten Stand gebracht und einige Absätze in Codefenster gelegt, um den ersten Post etwas einzukürzen.

    Edit-5: Auf Wunsch hab ich angefangen ein Zusammenstellung der technischen Daten hier in den ersten Post zu stellen um eine bessere Übersicht zu haben. (Ist noch in der Aufbauphase, drum etwas Nachsicht mit der Vollständigkeit.)
    Kollaps einer Windturbine
    (oder: Bremsen ist für Anfänger )

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Klingon77
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    hi,

    wie bereits mit Murdoc_mm besprochen tendiere ich zu einem fertig gekauften Fahrrad-Rad (Reifen mit Schlauch und Felge) ohne Speichen.

    Dort könnte man einen Metall Kreisring aus ca. 6-8mm starkem Alu einsetzen. Dies würde die Felge nochmals stabilisieren und auf diesem Kreisring könnte man die Plattform für Mechanik und Elektronik aufsetzen.

    Als Antriebsrollen könnte man evtl. Roller-Blade´s Räder mit weichem Gummi verwenden. Der Alu-Kreisring läuft zwischen zwei (oder vier) dieser Räder, welche mit leichter Vorspannung am Alu anliegen.

    Kinderräder sind nicht so groß - dafür aber ein wenig breiter.

    So, was denkt Ihr? Was könnte man besser, günstiger planen?

    Gruß, Klingon77
    Der kürzeste Weg zwischen zwei Menschen ist ein Lächeln - http://www.ad-kunst.de

  3. #3
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    Moin

    Also um einfach mal die letzten beiden Fragen hier in diesem Thread von Klingon77 aufzugreifen:

    Ich denke auf Anhieb: Wow! Coole Idee und scheinbar ja schon ziemlich gut durchgeplant.
    Der zweite Gedanke ist: "Wie soll ich denn da jetzt noch was sinnvolles zu beitragen?". Ich geb mal mein Bestes:

    Also mal als Verständnisfrage, von außen nach innen:
    Fahrradreifenmantel
    Fahrradschlauch
    Fahrradreifenfelge
    Aluminiumring an der Felge befestigt
    Kraftübertragung durch Räder (<- hier richtig oder eine "Etage" weiter außen?)
    Innerer Ring/Konstruktion welche die Räder an den äußeren Ring drückt.
    Alles andere

    Meine Anregung und Frage ist nun, wie denn dort in der Mitte alles untergebracht werden soll. Ein Kinderfahrradreifen ist zwar breit aber nicht soo breit. Oder ist die Idee jetzt tatsächlich wie im Legomodell und nicht wie im Motorad, also mit zwei solchen Rädern? Wegen der Bezeichnung, dachte ich nun, dass es also nur einer von den Reifen wird.

    Die Platinen und der Akku, die Sensoren etc. müssten ja vermutlich alle "stehend" im Reifen platziert werden, damit diese nicht zu weit überstehen. ... interessant. Vorallem müssen diese auch gut gegen herausbrechen beim umkippen gesichert sein. Ich denk hier vor allem an einen schweren Akku (der wohl dazu geeignet wäre den Schwerpunkt nach unten zu bringen)

    Wie stellst du dir denn mechanisch eigentlich die Lagerung und das "in-der-Spur-halten" des inneren im äußeren Ring vor? (oder halt andersrum) Auf jeden Fall darf ja nicht einfach der innere Ring seitlich rausrutschen.

    Ja, so ... das war mein "Was denkt ihr?"

    mfg
    Andun
    www.subms.de
    Aktuell: Flaschcraft Funkboard - Informationssammlung

  4. #4
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    Hallo Andun,

    danke für deine Antwort. Also in deiner Verständnisfrage ist es schon richtig erklärt. Die Kraftübertragung sollte direkt auf die Fahrradfelge geschehen und nicht über den nachträglich angebrachten Aluring. So ist zumindest die Lösung mit den Rollerblad-reifen.

    Der Bot soll natürlich nur aus einem Rad bestehen. Das Legomodel sollte nur eine ganz einfache Konstruktion und das ungefähre Aussehen zeigen. Wie gesagt muss man sich nur ein rad allein vorstellen. Ist nicht ganz leicht aber ich weiß nicht wie ich es anders beschreiben soll, sorry.

    Auch soll der Bot eher an ein Mono Wheel Bike erinnern als an das Legomodel (alles was beim Lego außerhalb der Lauffläche ist soll eigentlich weg; aber so stellt es auch eine Lösung dar).

    Die Bauteile stehend zu platzieren würde ich eigentlich nicht sagen. Am Anfang sollte wird es schon Stützräder bekommen (auch wenns seltsam aussieht) und am Ende hoffe ich das es nicht mehr zum Umfallen kommt [-o<

    Mit dem Akku als Gewicht benutzen hat auch (zu mir) Klingon77 gesagt. Ist an sich ne gute Idee aber vielleicht schwieriger zu lösen als ein Metalgewicht (da dieses handlicher ist und keine Kabel hat). Aber ich bin gerne bereit mich umstimmen zu lassen.

    In der Spur halten ist auch so ne sache. Ganz einfach geht es mit an 2 im Innenkreis gegenüberliegenden Punkten und 8 Kugellagern. Je 2 Kugellager gegen die Lauffläche und 2 gegen die Führungsschine --> Rausrutschen/fallen unmöglich. Aber man brauch eben 8 Kugellager und ne entsprechende halterung der Kugellager dafür. Mal ganz davon zu schweigen das der Schwerpunkt extrem zum Mittelpunkt des Bots wandert.
    Hat da jemand ne bessere Idee als ich?

    Ich geh jetzt pennen,

    Gruß Murdoc_mm
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Klingon77
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    Zitat Zitat von Andun
    Also mal als Verständnisfrage, von außen nach innen:
    Fahrradreifenmantel
    Fahrradschlauch
    Fahrradreifenfelge
    Aluminiumring an der Felge befestigt
    Kraftübertragung durch Räder
    Andun
    hi Andun,

    soweit die Idee für´s Erste...

    ist alles noch im Brainstorming. Noch ist nichts fest.

    Der Alu-Kreisring steht also im Rad senkrecht von der Felge in Richtung Zentrum.

    Links und rechts kann man dort Scater-Laufrollen gegen die Alu-Scheiben drücken, die den Antrieb bilden.

    Letztendlich muß man zwei schwere Akkus (links und rechts) verwenden, da der Vortrieb lediglich von dem Masseunterschied zwischen der frei schwingbaren Antriebseinheit und dem außendrehenden Rad (wie immer es auch aussieht) erfolgt.

    Dies bedeutet, daß sich die Antriebseinheit im Rad bei jeder Beschleunigung etwas in Fahrtrichtung anhebt (also "vorläuft") und bei jedem Bremsvorgang gegen die Fahrtrichtung anhebt (nachläuft).

    Die eigendliche Vortriebseinheit wird im unteren Bereich durch die Antriebsräder (evtl. zwei links; zwei rechts im Winkel von 120 - 180 Grad fixiert. Im oberen Bereich könnte man zwei weitere (nicht angetriebene) Rollen fertigen.

    Zur radialen Fixierung wären dann nochmal mindestens 3 Laufrollen notwendig.

    Evtl. wäre es mechanisch einfacher die drei Laufrollen die zur radialen Fixierung dienen, anzutreiben.

    Auf jeden Fall müßten alle Laufrollen mit Gummi belegt sein, damit sie nicht in den Alu-Ring einlaufen.



    Damit kein falscher Eindruck entsteht:

    Die Idee stammt alleine von Murdoc_mm! \/

    Zusammen haben wir uns ein paar Gedanken um die mechanische Umsetzung gemacht und hoffen auf mehr Input!


    Gruß, Klingon77
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  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Das abgebildete Monobike hat so wie ich es sehe (mindestens) 3 Laufrollen(-paare) die innen laufen. Die Felge mit dem Rand läuft um einen 2. Metallring, an dem auch die 3 Rollen angebracht sind. Ich vermute, dass das nur die Führungsrollen sind und dann der Motor über eine zusätztliche Rolle bzw. Zahnkranz antreibt.

    Anknpfend an die aktuelle Idee mit der Fahradfelge würde ich evtl. eine 2. kleinere Felge nehmen (z.B. 26" und 27" oder so) die in die größere Felge passt

    Dann erstmal 3 Laufrollen(paare) so formen, dass sie auf den Ecken der Felge gut laufen..
    Dann dreht sich die innere Felge schonmal in der äußeren..
    An der inneren Felge kannst du nun alles anschrauben.

    Sigo

    Evtl. kann man hier ja auch noch was erkennen:
    http://www.wheelsurf.nl/?gclid=CNDwq...FRYjXgoddXkLMA

  7. #7

  8. #8
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    hi,

    habe mal nach innenzahnkränzen geschaut...

    Innenzahnkranz aus C45, Modul 2,0, 120 Zähne, Zahnbreite 16mm
    Zähnezahl : 120
    d : 240 mm
    di : 236 mm
    DA : 280 mm
    Gewicht : 2014 g

    Den könnte man auch in die Felge schrauben. Kostet aber € 107,92.

    http://www.mercateo.com/p/live~s.0*1...ml?pictureNo=1

    http://www.maedler.de/de/Catalog/161...269/P/269.aspx

    Außerdem hätte man zusammen mit dem Reifen eine Masse von mindestens 3-4 Kilo in Rotation zu bringen und abzubremsen.

    Gruß, Klingon77
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  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Außerdem hätte man zusammen mit dem Reifen eine Masse von mindestens 3-4 Kilo in Rotation zu bringen und abzubremsen.
    D.h. der Zahnkranz würde mit ca 50% der rotierenden Masse nahe am Aussenradius bei fast allen physikalischen Problemen die es in diesem Projekt zu meistern gilt eine wesentliche Rolle spielen.
    U.a. beim Abremsen, Beschleunigen, Richtungsstabilität, Kippverhalten und Lenken.
    Teilweise würde sich sein Gewicht da negativ, teilweise auch positiv bemerkbar machen, in jedem Fall aber so stark, dass seine Funktion zur Kraftübertragung fast schon nur noch eine untergeordnete Rolle spielen wird.
    Daher würde ich erst durchrechnen, ob er als rotierende Masse eher nützlich oder eher schädlich ist.

    Wenn zusätzliche rotierende Masse nicht so gut kommt, könnte man das Rad auch über eine Gummiwalze die auf Felge oder Reifen drückt antreiben.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Echt ein seeehr cooles Projekt... nur vorstellen kann ich es mir nicht ^^
    es ist nicht so dass ich nicht glaube, dass ihr beide das schafft, sondern ich kann mir einfach nicht vorstellen, wie die Motoren, Elektronik und alles befestigt sind ^^

    @Recycle: Hast du dein Bett nicht gefunden?
    o
    L_
    OL
    This is Schäuble. Copy Schäuble into your signature to help him on his way to Überwachungsstaat!

    http://de.youtube.com/watch?v=qV1cZ6jUeGE

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