Autonomes Fahrzeug, abgeschlossenes Projekt

[vohopri]

Hallo,

freut mich zu lessen, dass Interesse besteht.

Fehler habe ich - ebenfalls Mechanik Laie - ganz sicher drin. Einen offensichtlichen hab ich zufällig gerade entdeckt und werde ihn bei Gelegenheit ausbessern.

Was mich am meisten interessiert, das wären konstruktive Alternativen zu den Details: Alternativen die ebenfalls ohne Kauf von Fertigteilen handwerklich realisierbar sind.

Die Spurstange der Trapezlenkung habe ich schon gezeigt. Zusätzlich habe ich jetzt noch das verwendete Gelenkauge vergrössert dar gestellt.
Bild hier  
Im Baumarkt habe ich M3 Messingmuttern gefunden, die ich als Gewindeteil verwende. Der Gewindeteil wird vom Augteil umklammert. Das sieht man aber in der Zeichnung nicht. Dach dem Einlegen der Mutter wird auf die umklammernden Arme leicht drauf geklopft so dass die Verbindung formschlüssig wird. Anschliessend wird weich verlötet. Hier lasse ich mir noch die Option offen, die Materialdicken eventuell zu korrigieren, wenn das zu schwach werden sollte.

Weil wir jetzt gerade beim Thema Lenkung sind, zeige ich gleich das Servo mit der Koppel.
Bild hier  
Möglicherweise kann das Servo noch etwas weiter nach vorne, aber das ist leichter festzustellen, wenn das Gestell bereits steht und man die kollisionsgefährdeten Teile bewegen kann. Durchzeichnen geht schon, wäre aber hier in diesem Fall aufwendiger.
Die Koppel hat an beiden Enden Gelenkköpfe. Diese bestehen aus je einem doppelten Gelenkauge mit 90 Grad verdrehten Achsen und einem Gabelkopf. Ich habe vorgesehen, diese Teile aus Messing u fertigen.
Der Trick dabei ist, alle Bohrungen im quaderförmigen Rohteil an zu bringen und erst dann die Form aus zu sägen und aufs genaue Mass zu feilen.
Beim Gabelkopf ist auf einerseite eine Presspassung vorgesehen so dass die Bolzen nicht verloren gehen. Die Presspassung wird durch das Verwenden von zurechtgeschliffenen Standardbohrern erreicht.

Auf der letzten Zeichnung ist ebenfalls zu sehen, dass Anschläge mit Gummipuffern die Achsverschränkung begrenzen. Der Rahmen soll ja nicht auf der Spurstange aufschlagen.

Bei Fragen zur Fertigung der Teile bitte melden.

grüsse,
Hannes

[recycle]

Die Achsen der Hinterräder würde ich so lang machen, dass man an der gegenüberliegenden Seite der Räder später eventuell noch Encoderscheiben zum messen der Radumdrehungen befestigen kann.

Falls du in absehbarer Zeit schon irgendwelche Elektronikteile bei Reichelt bestellst, könntest du dir da auch die M3 Muttern, Schrauben, Unterlegscheiben usw. bestellen.
Kosten da pro 100 Stück ca. 1,10. Im Baumarkt habe ich dafür immer wesentlich mehr bezahlt und bei Konstruktionen aus Alu braucht man meist Massen ans Schrauben, Muttern usw.

Die Spurstange der Trapezlenkung habe ich schon gezeigt. Zusätzlich habe ich jetzt noch das verwendete Gelenkauge vergrössert dar gestellt.

Falls dir die Fertigung der Gelenkaugen usw. zu aufwendig wird, kannst du dir im Modellbau-Shop oder bei Conrad auch fertige Kugelköpfe und Gelenkpfannen kaufen.

Bild hier  

Gibts in zig verschiedenen Grössen und Ausführungen.
Die Gelenkpfannen kann man z.B. auf M3 Gewindestangen als Gelenkstangen aufschrauben.

[Tuxy]

Stellt sich die Frage ob bei so einem Gefährt mit 4 verschiedenen Drehfrequenzen
eine Regelung mit Encoderscheiben sinvoll ist,
oder ob eine einfache steuerung per Srvoposition und pwm ausreicht.

Ich finde aber recycle macht auf einen entscheidenen Punkt aufmerksam,
du solltest langsam auch die Elektronik mit in deine Planung einbeziehen.

Wenn man alles nacheinander planen möchte, sollte man aber auch bis zum Schluss planen,
dann alles nochmal überarbeiten und anschliesend erst anfangen zu bauen.
Du scheinst nebenbei schon fleissig zu bauen, so bleibt dir kaum eine Möglichkeit noch etwas zu ändern.


Mitlerweile werden die Baugruppen schon komplexer und unübersichtlich,
wäre gut wenn du mehr Zeichnungen aus verschiedenen Perspektiven postest und manche Sachen farblich hervorhebst.


Dann noch was zum Antrieb:
Du hast 2 Getriebemotoren eingebaut, wie hast du vor die unterschiedlichen Drehfrequenzen zu relisieren?
Bisher sieht dein Gefährt sehr elegant aus, es wäre doch traurig wenn
diese Differenz vernachlässigt und eine Menge Strom verbraucht wird.

Man könnte jetzt die Werte für verschiedene Kurven ermittteln,
aber da die Lenkung nur gesteuert wird, weisst du nicht in welcher Position der Servo steht.
Ausserdem wird das von der Ansteuerung bestimmt ziehmlich schwierig.

Ich halte in diesem Fall ein Differential mit nur einem Antrieb für viel Sinvoller.
Dieses muss ja nicht gekauft werden, sowas lässt sich auch selbst bauen.
Ein Planetengetriebe eignet sich für sowas hervorragend.

[recycle]

Stellt sich die Frage ob bei so einem Gefährt mit 4 verschiedenen Drehfrequenzen
eine Regelung mit Encoderscheiben sinvoll ist,
oder ob eine einfache steuerung per Srvoposition und pwm ausreicht.

An eine Drehzahlregelung für den Geradeauslauf hatte ich bei den Encoderscheiben eigentlich gar nicht gedacht.
Den Geradeauslauf sollte man sicher besser über die Lenkung einstellen.

Radencoder können aber auch für andere Dinge nützlich oder interessant sein.
Darüber kann man z.B. leicht feststellen, wenn sich das Gefährt irgendwo festfährt oder hängenbleibt.
Da ein Chassis mit Trapezlenkung nicht auf der Stelle drehen kann, wird es hin- und wieder mal rangieren müssen.
Dabei ist es bestimmt ganz praktisch, wenn man definierte Strecken vor und zurück fahren kann. Dafür dürften Radencoder auch hilfreich sein.
Ausserdem kann man damit sicher auch einige ganz interessante Experimente machen, z.B. die Geschwindigkleit und Beschleunigung messen, Leistungskurven ermitteln usw.
Man muss die Radencoder ja nicht unbedingt von Anfang an einbauen. Ich bin nur draufgekommen, weil es sich bei der geplanten Konstruktion einfach anbietet die Achse einfach ein Stückchen länger zu machen und sich so die Option für Radencoder offen zu halten.

Du hast 2 Getriebemotoren eingebaut, wie hast du vor die unterschiedlichen Drehfrequenzen zu relisieren?
....
....
Man könnte jetzt die Werte für verschiedene Kurven ermittteln

Dafür könnte man die Radencoder dann auch sehr gut brauchen

aber da die Lenkung nur gesteuert wird, weisst du nicht in welcher Position der Servo steht.

Bei einem Servo kann man sich eigentlich schon drauf verlassen, dass es die Position ansteuert die man vorgibt. Das kann ja nicht wie ein Schrittmotor Schritte verlieren, d.h. es gibt keine Fehler die sich mit der Zeit aufaddieren. D.h. falls es tatsächlich mal nicht schafft die vorgegebenen Position anzusteuern, sollte es anschliessend trotzdem wieder richtig in die Nullstellung zurückfahren.
Wenn das Servo es mal nicht schaffen sollte die vorgegebene Position anzusteuern, wird das vermutlich am sehr unebenen Untergrund liegen und da ist dann eigentlich egal, wenn die Berechnung für die Unterschiedliche Drehzahl der Räder nicht ganz korrekt ist.

Ausserdem wird das von der Ansteuerung bestimmt ziehmlich schwierig.

Kommt drauf an, wie hoch man seine Ansprüche steckt.
Wenn die nicht so hoch sind, könnte man für bestimmte Servopositionen die passenden PWM-Werte für die beiden Motoren ermitteln und in einer Tabelle hinterlegen.
Schöner ist's natürlich, wenn die richtigen PWM Frequenzen automatisch für jede beliebige Servostellung berechnet werden. Das ist dann sicherlich schwieriger.

Ich halte in diesem Fall ein Differential mit nur einem Antrieb für viel Sinvoller.
Dieses muss ja nicht gekauft werden, sowas lässt sich auch selbst bauen.

Manf hat hier mal einen Trick verraten wie man recht einfach ein elektronisches Differential realisieren kann.
Dazu bräuchte man die beiden Motoren einfach nur in Reihe schalten.
Da wäre es aber glaube ich auch wieder nützlich, wenn man die Drehzahl der Räder über Radencoder überwachen könnte. Bei einer Reihenschaltung von 2 Motoren ist es sicherlich für beide nicht so gesund, wenn sie über einen längeren Zeitraum zu unterschiedlich belastet werden, weil z.B. einer komplett festhängt.

In Verbindung mit der Trapezlenkung fände ich ein mechanisches Differtial eigentlich auch am schönsten. Unbedingt nötig ist es aber auch wieder nicht. Wenn man bei einem Auto die Differentialsperre einschaltet kann es ja auch trotzdem noch Kurven fahren.

[Manf]

Ich war in den letzten Tagen nicht so intensiv dabei.
Es gibt ja schon eine Menge Details die ich interessant finde und die sicher auch gehen, nur die Dimensionen sind ohne Bemaßung nicht so gut greifbar.
Mir war die Höhe über dem Boden etwas hoch (auf Stelzen), na gut.
Die Radgröße erscheint mir etwas groß für Zahnräder aus Kuststoff Modul 0,5, wenn wie hier das große Zahnrad so klein ist dass es in der Profiltiefe aufgenommen wird. -> Zahnräder aus den Profil herausnehmen.
Die Abmessungen im Lenkgetriebe führen zu einem recht großen Ausschlag. Die Koppel ist sehr eng an der Drehachse der Lenkung hohe Kraft, empfindlich für Spiel, das ist auch gut anzupassen.
Da gibt es sicher noch ein paar Punkte mehr wie die Breite der Profile.

Manfred

[vohopri]

Hallo,

danke für die Antworten. Gut zu wissen, welche Überlegungen bei den Kollegen so auftauchen.

@ Encoderscheiben an Radachse
Das wäre eine Möglichkeit, die bei einem entsprechenden Navigationskonzept durchaus Sinn machen kann.
Das Navigationskonzept von diesem Projekt werde ich später vorstellen. Dort bieten sich andere Feedbackmechanismen an.

@ Bezugsquelle für M Schrauben
Guter Hinweis für Leute, die im Versandhandel einkaufen wollen oder müssen.
Da ich in einer Grossstadt wohne und hier auch ein Elektronkdiscounter und Restpostenhändler sein Geschäft betreibt, kann ich Versandspesen vermeiden.
Die Elektronik ist ohnehin zu einem Grossteil fertig.

@ Modellbaukomponenten
Guter Hinweis für Leute, die auf dem Gebiet der Mechanik wenig oder keinen Selbstbau betreiben wollen. Zusätzlich könnte man noch anführen, dass auch ganze Fahrgestelle und die gesamte Elektronik fertig bezogen werden kann. Und es kann auch fertige Software verwendet werden. Google nennt uns dankenswerter Weise die Bezugsquellen für nahezu alles.
Dieses Projekt ist von mir unter Anderem als mechanisches Selbstbauprojekt konzipiert, weil mich das Zusammenstöpseln von zusammengekauften Spezialteilen langweilt. Selbstbau von Mechanikteilen interessiert mich.

@ Kugelköpfe und Gelenkpfannen
Kugelgelenke sind eine gute Lösung für gerade Koppelstangen. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, wird aus guten Gründen eine gekröpfte Koppelstange verwendet. Das Verwenden von Kugelgelenke würde zum Scheuern an anderen Bauteilen führen.

@ Regelung mit Encoderscheiben
Ein Regelkreis ist ja im Servo schon eingebaut. Der Kurvenradius ist eine Funktion von der Servostellung.
Aus den Radumdrehungen kann man die Wegstrecken und die Veränderung der Orientierung der Fahrzeugachse ableiten. Beides ist unter Umständen sehr sinnvoll, entspricht aber nicht dem Projektkonzept.
Näheres dazu folgt wie gesagt.

@ Steuerung mit Servoposition allein
Das ist natürlich eine ganz grundlegende Frage. Meine Antwort ist: Steuerung mit Servo (und Fahrtsteller) allein reicht nie und nimmer aus, es muss übergeordnet eine Regelung geben, die navigiert.
Ich werde zeigen, wie die konzipiert ist.

@ Einbeziehung der Elektronik in die Planung
Es wäre etwas spät, wenn jetzt erst die Elektronk einbezogen würde. Es wurde auf den Platzbedarf und die erforderlichen Möglichkeiten zum Sensoreneinbau Rücksicht genommen. Mehr dazu später.

@ Parallel zur Planung bauen

Du scheinst nebenbei schon fleissig zu bauen, so bleibt dir kaum eine Möglichkeit noch etwas zu ändern.

Dazu würde mich interessieren: Wodurch entsteht bei dir dieser Eindruck?
Der grösste Teil der Elektronik ist zwar fertig, aber mechanisch ist noch nichts gebaut. Das Halbzeug ist aber schon gekauft und liegt hier.
Am 7.Jänner werde ich mit dem Zuschneiden beginnen.

@ Übersichtlichkeit der Pläne
Ich hatte ohnehin vor, heute eine Gesamtansicht zu posten.
So schwierig ist es dann auch nicht, die Zeichnungen zu lesen. Man sieht sich abwechselnd die Gesamtansicht und die Detailansichten an. Sollte wirklich etwas unverständlich sein, dann sagt bitte WAS in WELCHER Zeichnung unklar ist. Dann kann ich auch mit Farbe dem Verständnis nachhelfen.

@ Differntial
Ein mechanisches Differential liesse sich gut als Planetengetriebe im Selbstbau realisieren. Volle Zustimmung dazu. Das ginge sogar mit dem Material, das ich hier liegen habe. Und sehr interessant würde ich es auch finden, diese Aufgabe um zu setzen.
Das Differntial würde aber einen beträchtlichen Mehraufwand gegenüber dem 2. Motor und dem 2. Getriebe bedeuten. Ich hatte das überlegt und verglichen.
2. Motor: 90 Cent.
2. Getriebe: 3 Zahnräder (Doppelzahnräder als 1 Bauteil betrachtet)
Differential: 7 Zahnräder, komplizertere Bauteile wie Käfig (= Steg) und konzentrische Lagerung. 4 Zahräder für Radgetriebe oder 4 Kardangelenke.

Der Grund für die Entscheidung für das elektrische Differential war für mich die gewünschte Projektgrösse. Mit Differentialgetriebe wäre die Projektgrösse noch gut bewältigbar, ohne Differentialgetriebe passt mir die Grösse besser.

@ Servoansteuerung

aber da die Lenkung nur gesteuert wird, weisst du nicht in welcher Position der Servo steht

Das ist Unsinn. Das Servo enthält bereits -wie schon erwähnt- die Regelung.

Die Ansteuerung des Servo ist einfach und wurde auch schon realisiert, Software und Hardware sind fertig und getestet. Die Beziehung zwischen Pulsdauer und Servowinkel ist einigermassen linear. Eine Korrekturformel liesse sich leicht ermitteln und einprogrammieren.

@ Elektrisches Differential
Da gibt es verschiedene Lösungen. Die 3 einfachsten sind Serienschaltung, Parallelschatung, Wechsel auf 1 Motor.
Parallelschaltung:
Die Niedrigere Versorgungsspannung bedeutet weniger Akkuzellen. Die Last and der Stromverbrauch werden in der Kurve etwas auf den Innenmotor verlegt. Die Motoren müssen beim Kreisfahren auf engstem Radius allein das Fahrzeug bewegen können, ohne Schaden zu nehmen. Das ist bei diesem Projekt schon mal gegeben.
Serienschaltung:
Höhere Versorungsspannung bedeutet mehr Zellen, die aber weniger Strom liefern müssen. Das Drehmoment ist bei beiden Motoren gleich. Das ist recht elegant.
Wechsel auf 1 Motor:
Man kann parallel schalten und in engen Kurven den Innenmotor abschalten. Die resultierende Geschwindigkeitsreduzierung in engen Kurven ist auch erwünscht. Die Last wird vollständig auf den Aussenmotor verlegt. Es ist günstiger eine enge Kurve mit dem Aussenmotor zu fahren, als mit dem Innenmotor.

Das entscheide ich erst, wenn ich die Daten vom tatsächlichen Stromverbrauch habe.

@ Differentialsperre
Nicht mal die Parallelschaltung wirkt als Differentialsperre.

@ Radgrösse
Ja das ist noch zu überlegen. Werde da noch etwas testen.

@ Lenkeinschlag
Da hab ich die Koppel einfach am entferntesten Punkt des Servoarms angesetzt gezeichnet. Gehört natürlich noch überprüft und angepasst. Wohin genau ist dann nach Naturmass mit weniger Aufwand fest zu stellen. Ziel wird sein, den Stellbereich des Servo für den maximal sinnvoll nutzbaren Lenkeinschlag zu nutzen.
Das Gelenk auf dem Achsschenkel ist 19mm von der Drehachse entfernt. Das Gelenk auf dem Servoarm ist jetzt auch 19mm vom Drehpunkt entfernt.

@ Profilbreiten
Da habe ich jetzt keine Ahnung, wo breitere oder schmälere Profile vorgeschlagen werden.

@ Stelzen
Wenn der schon erwähnte unterste Boden mal eingezeichnet ist, dann ist der stelzenartige Eindruck auch nicht mehr da. Was jetzt zu sehen ist, das ist ja nur die Tragkonstruktion und nicht die Kontur. Und für die Achsverschränkung braucht es Platz zwischen Spurstange und Rahmen.

So, nun aber zur Geamtansicht:
Bild hier  

Der Rahmen wird wahrscheinlich noch über die Vorderachse hinaus verlängert und über die Hinterachse hinaus ergänzt werden. Damit werden Befestigungsmöglichkeiten für Bumper und Abstandssensoren geschaffen.

danke nochmals für die Fragen und Hinweise und
grüsse,
Hannes

[vohopri]

Hallo,

da ich noch etwas Zeit bis zum Fertigungsbeginn habe, stelle ich mir jetzt die bemassten Zeichnungen zusammen. Dann kanns um so rascher umgesetzt werden. Hier zum Beispiel ein Ausschnitt für das Zuschneiden der Teile.

Bild hier  

grüsse,
Hannes

[vohopri]

Hallo,

für die Bearbeitung sind auch noch die entsprchenden Bohrpläne nützlich. Drt Entwurf wurde natürlich überarbeitet, dass er fast nur mehr ganzzahlige Masse enthält.

Bild hier  

Wenn mans so übersichtlich hat, können gleiche Masse mit einer Einstellung des Streichmasses angerissen werden. Das kommt der Genauigkeit sehr zu gute.

Anschliessend werden alle Löcher gebohrt und jede Bohrerdimension wird genau ein mal eingespannt. Das spart Zeit und es ist ein angenehmes Arbeiten. Im Nu verwandelt sich ein Bündel Profilstücke in einen Metallbaukasten. Nach dem Motto: Wie Lego muss das gehen - aber Duplo.

grüsse und wünsche ein gutes neues,
Hannes

[vohopri]

Hallo,

mit ein wenig Zeichnen entstehen nun die Detaildarstellungen für die Lager der Vorderachse. Auch die werden für das zügige Bohren benötigt, aber auch für das Vorbereiten der Buchsen und Flansche.
Bild hier  

grüsse,
Hannes

[vohopri]

So,

die Pläne sind gezeichnet und Stücklisten geschrieben.
Bild hier   Bild hier  

Gute Dokumentation hilft bei der Wiederverwendung von Konstruktionsdetails und ist für für denn Fall, dass der Beruf wieder einmal das Hobbyprojekt unterbricht, die beste Fortsetzungshilfe.

grüsse,
Hannes