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Thema: Autonom in kleinen Dosen: R2_D03 + Nachfolger R3D01

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    Autonom in kleinen Dosen: R2_D03 + Nachfolger R3D01

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    Inhalt des Threads (Seite Nr. bzw. spezielles Posting in Seite Nr. - ungefährer Inhalt von Seite/Posting)
    Seite 1 Aufbauplan, Aufbau, Tests irDME
    Seite 2 R2D03/Dottie ist fertig und läuft, Testläufe in YouTube. Sonst: getrennte Spannungsversorgung Logik, Motoren u.ä.
    Seite 3 Erste Ideen bzw. Ausblick Varianten: WALL R, MiniD0. Minimotoren und Räder von Klingon77.
    Seite 4 GLS zu groß für Minimotoren. Mini-Encoderscheibe und erster Funktionstest dazu ist schlecht.
    Seite 5 Endcoderscheibe nachgearbeitet und Testergebnisse, neue Encoderscheiben von Klingon77
    ........... Dottie 2 (später: WALL R) Aufbaudetails und Fahrzeugtuning: Fahrgestell und z.B. besserer Grip für Reifen
    Seite 6 Motorfragen, Code für Motorsteuerung, WALL R läuft doch - trotz Problemen, direkt zu WALL R
    Seite 7 Planung und erste Details zu R3D01/MiniD0, erste Sprungantwort aufnehmen, Speedtest mit Video
    Seite 8 Mehrere Testfahrten und Sprungantworten, Balancierer
    Seite 9 Standard-Testfahrt, Code zu Regelung, Sprungantworten
    Seite 10 Aktive Motorbremse und Bremsen mit "Gegenschub = Gegengas" bis Stillstand. MiniD0 fährt kplt. mit Deckel.
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    Hallo,

    derzeit gibts einen Thread über das "Sommerloch". Das hat mich bewogen, vorzeitig mal mit meinem Miniprojekt an den (Sommer-)Tag zu kommen - obwohl´s für eine Darstellung eigentlich zu früh ist und obwohl bei uns grad eben Frühling ist und ich beim Drachen- und Gleitschirmfliegen immer noch durch den Schnee tappen muss.

    Projektname: R2_D03 (Roboter, mein 2ter, in einer ColaDose 0,33l , sprich: err zwei do drei)
    Steuerung: ATMega168, 20 MHz (1 Platine)
    Versorung: 4xAAA (billige) für Elektronik, 5xAAA (1,1 Ah) für Motoren
    Antriebskonzept: Zweiradroboter mit Gleitpads vorn und hinten
    Antrieb: 2 gehackte Miniservos, mit 2 Rädern D 24 gibt das max. ca. 6-8 cm/sec
    Sensorik: 1 x Sharp GP2D120 3 x irDME aus SFH415/SFH5110 (ähnlich waste/Sternthaler + eigene Weiterentwicklung). Die Sensoren kommen auf einen Drehteller am Roboterkopf.
    Kommunikation: UART auf TTL-Pegel wird über externen MAX232 auf PC ausgegeben (bei Bedarf, nicht dauernd), I2C ist vorbereitet, beide auf Pfosten-3-Stecker. ISP mit teilamputiertem Wannenstecker. Sensorik auf Pfosten-10-Stecker für Buchse wie ISP. Servostecker und einreihiger Pfostenstecker für 2x5 Kontakte für Motoren: li, re, Drehgeber, Vcc + GND (für Drehgeber).
    Einsatzspektrum: ebener Konferenztisch, ohne Rillen, mit einigen wenigen herumstehenden Utensilien: Gläser, Koffer, Akten, Rechner.
    Aktueller Stand: Neben verschiedenen Vorarbeiten zu praktisch allen Projektteilen laufen derzeit mit der vermutlich endgültigen Hardware die wichtigsten Elementarfunktionen: Prozessor läuft, irDME - erster Satz von drei angeschlossenen SFH415/SFH5110 läuft bzw. wird ausgewertet, Motoren laufen, aber noch ohne Regelung, Datenausgabe zum PC über externen MAX232 u.ä.

    Geplant ist nach der endgültigen Fertigstellung der Hardware, nach einer gewissen Vollständigkeit der Software und nach entsprechenden Tests - also in ein paar Monaten - eine zweite Platine mit I2C-Kopplung für erweiterte Navigationsaufgaben.

    Angefangen hatte das Ganze im September letzen Jahres mit dem Wunsch mit Microcontrollern zu spielen und C zu lernen. Mein elektronischer Stand war damals die Fähigkeit Transistoren und Dioden zu unterscheiden, 3 Beinchen, 2 Beinchen, Widerstände haben meist ne Taille. Wissensstand zu C: eine bekannte Programmiersprache, ist s..komplex und nicht wirklich lesbar. Im Oktober die Idee eine halbwegs autonome, selbstfahrende Getränkebüchse zu bauen, die bei Fachvorträgen gegen Vortragsende über den Tisch läuft und NICHT vom Tisch fällt (ich neige dazu, das dahindösende ehrenwerte Fachpublikum mit solchen Dingen aufzuwecken und der aktuelle runnung gag soll ne Variante bekommen). Zieltermin: Februar/März 2008. Etwa Dezember ist mir klar, dass dieser Termin nicht gehalten werden kann und die jährliche Fachtagung ebenso wie ein hübscher Weltkongress ohne dem Gag auskommen muss.

    Aktuell sieht das dann derzeit so aus:
    Platine, teilbestückt. Es ist eine Streifenrasterplatine mit 39 Zeilen zu je 2 + 5x3 + 2 Feldern. Die kreuz- und querliegenden Verbindungen auf der Bestückungsseite sind notwendig, weil ich es nicht besser kann. Probleme gabs beim Aufbau wenige. Eigentlich nur eine vergessene Vcc-Strippe, eine vergessene Masseverbindung für den BC337 und ein Kurzschluss der beim Nachlöten dieser Verbindung entstand.
    ..................................

    Der komplette Einbau, ohne Sensoraufbauten, sieht von der Platinenseite so aus. Man sieht dass es schon recht dicht zu geht. Die Motoranschlüsse stehen mit Absicht schräg hoch, damit die Steckermontage einfacher ist. Das Servo ist hinter der Platine auf der oberen Abschlussplatte befestigt (ist hier nur mit dem Horn sichtbar).
    ..................................

    Das Ganze steht auf einem Fahrschemel. Die Gleitstücke sind hier noch nicht angebaut.
    ..................................

    Zusammengestellt sieht man schon ein bisschen, wie das Ding komplett aussehen soll. Der Aufbau wird als Kaschierung für die Sensoren dienen. Er wird durch das oben eingebaute Servo gedreht. Es gibt also auch hier noch reichlich Feinarbeit, damit es hinterher wirklich schick aussieht. Wie - wird später gezeigt.
    ..................................

    Wie gesagt - es ist etwas früh für eine Vorstellung, das Programm steht nur in einzelnen Sektionen, die noch nicht zusammenspielen. Erste Probeläufe haben gezeigt, dass der Aufbau des "neuen" irDME´s schlecht ist: zur Platzersparnis am Kopfteil wurden nur die aktiven Bauteile irLED und irEmpfänger ausgelagert. Die RC-Beschaltung liegt damit wohl am falschen Ende des Flachbandkabels. Das führt offensichtlich zu schlechten Messergebnissen. Aber das wird erst getestet, wenn das Spielzeug fährt - vorher wäre es auch nur ein Teil-Test.

    Immerhin habe ich die ursprüngliche Absicht wahr gemacht, mit einer 0,33l-Dose auszukommen. Vor ein paar Monaten war ich da noch nicht so sicher. Dafür ist die Platine für meine Fähigkeiten reichlich voll gepackt.

    Vorerst mal Dank an alle Forumsmitglieder die mir geholfen haben, zum Beispiel an Hubert.G, Sternthaler, Besserwessi, und viele andere, ohne die ich nicht mal bis hierher gekommen wäre.
    Geändert von oberallgeier (02.08.2016 um 08:30 Uhr)
    Ciao sagt der JoeamBerg

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von pinsel120866
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    Hi Nachbar,

    echt cooles Projekt! Diese Sache hat für mich eine gewisse Vorbildwirkung, zumal mein derzeitiger Wissensstand, was Microcontroller entspricht ungefähr dort liegt, wo deiner im letzten September gelegen hat.

    Gratuliere zu dieser Entwicklung - ich hoffe ich kann irgendwann mit dir wenigstens gleichziehen.

    Weiter so und alles Gute weiterhin!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Klingon77
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    hi oberallgeier,

    wird sicherlich ein super "running Gag"

    Ich sehe da nur ein Problem:

    Wenn der "err zwei do drei" über den Konferenztisch fährt kannst Du den Rest Deines Vortrages getrost vergessen.

    Der Fokus der wieder erweckten Teilnehmer liegt wo anders



    Spass beiseite:

    Wirklich feines Teil, welches Du da entwickelt hast.

    Insbesondere die Tatsache, daß Du alles mit konventionellen Bauteilen (kein SMD) aufgebaut und untergebracht hast, war sicherlich nicht einfach und bedurfte einiger Stunden intensiven Grübelns.

    Freue mich schon drauf, den Robby in Aktion zu sehen.



    Noch eine Anregung; wenn ich darf:

    Bau doch bitte eine kleine Kamera versteckt in Deine Aktentasche ein.
    Die legst Du auf den erwähnten Konferenztisch und filmst die anderen Teilnehmer beim auftauchen des Robby´s.

    Auf diese Filme würde ich mich besonders freuen.

    liebe Grüße und immer eine Hand voll Luft unter den Füßen wünscht,

    Klingon77
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  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    Hallo Klingon77,

    Danke für die Komplimente
    Zitat Zitat von Klingon77
    ... Wenn der ... über den Konferenztisch fährt kannst Du den Rest Deines Vortrages getrost vergessen. ...
    Zitat Zitat von oberallgeier
    ... Idee eine halbwegs autonome, selbstfahrende Getränkebüchse zu bauen, die bei Fachvorträgen gegen Vortragsende ...
    Aufwecken tu ich die Leute traditionell mit Bildchen vor der Präsentation (sozusagen als Einstellbild zum Verbindungstest Notbook <-> Beamer), dieses Jahr z.B. mit Enduro beim Furten durch einen (50 cm tiefen) Wassergraben, früher auch schon mit nem 3m-air aus der 5m-Halfpipe.
    Ciao sagt der JoeamBerg

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Klingon77
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    hi oberallgeier,

    vor Jahren machte ich mal einen Dienst bei einem Moto-Cross Wettbewerb.
    Da war ich fasziniert von den Sprüngen; z.T. bis zu 15m weit und mehrere Meter hoch.


    Was mir noch eingefallen ist:

    Welche Gleitpads möchtest Du verwenden?
    Eine Stahlkugel fällt ja auf den hochglanzpolierten Konferenztischen wohl aus; obwohl: Du könntest im nachhinein den Weg des Robby´s anhand der Kratzspuren genau rekonstruieren...

    Wie wäre es mit einer Konstruktion mit einem Stück Filz auf der Unterseite?
    Im Baumarkt bekommt man doch diese Blätter mit den mehr oder minder großen, runden Klebefilz-Pads.

    Die müssten auch auf der polierten Oberfläche gut gleiten.

    liebe Grüße,

    Klingon77
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  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    Zitat Zitat von Klingon77
    Welche Gleitpads möchtest Du verwenden? ... Im Baumarkt bekommt man doch ...
    Genau die liegen bei mir auch schon rum.

    Zitat Zitat von Klingon77
    ... Stahlkugel fällt ja auf den hochglanzpolierten Konferenztischen wohl aus; ...
    Weißt Du, Kugel aus Kugellagern hätt ich auch noch rumliegen, knapp D60. Die haben zwar feine Kratzspuren, machen aber beim Rollen mit der geringen Last des Spielzeugs bestimmt keine Kratzer. Zwei davon, mit je knapp 1 kg, wären prächtig für die Stabilität, aber mein R2D03 hat ja nur sehr begrenzte Traktionswerte. Ausserdem - es ist NIE MEIN Konferenztisch .

    [OT]
    Zitat Zitat von Klingon77
    ... Sprüngen; z.T. bis zu 15m weit und mehrere Meter hoch. ...
    Du weißt, ich geh schon in die Luft - aber da habe ich Flügel.[/OT]
    Ciao sagt der JoeamBerg

  7. #7
    Moderator Robotik Einstein Avatar von damaltor
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    hrhr, der ist ja schnucklig... ich verschiebe das mal in den robotik allgemein teil, aber lasse den shadow hier, damit wir weiter mitverfolgen können.
    kleinschreibung ist cool!

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    Hallo Alle,

    Zitat Zitat von damaltor
    hrhr, der ist ja schnucklig... damit wir weiter mitverfolgen können.
    Danke damaltor. Es ging - zwei vor und einer zurück. Schritte. Also ein bisschen Fortschritt und ein Beinahe-Flop-des-Monats (aber es floppt noch und der Monat ist noch brandneu). Will sagen: Es ging zäh, aber immerhin.

    Die Abstandsmessung mit mehreren irDME´s nach der Grundidee von waste und Sternthaler läuft zu meiner Zufriedenheit. Und ich habe sogar interessante Details entdeckt, siehe Link. Die Routine läuft im Interrupt und braucht für alle drei Sensoren und für insgesamt je sechs Messungen pro Sensor und Sekunde 1,2 % der CPU-Zeit.

    Hier die Testkonfiguration:.........
    Man sieht angeklammert an die obere Abschlussplatine mit dem Servo, auf den später der Sharp kommt, links oben die drei Miniplatinchen mit der SFH415/SFH5110-Kombination ( japanische Klemmmontage à la Geisha-Frisur ). Das ist wirklich nur zum Testen so angebracht - auch der Sharp-Sensor wird später nicht senkrecht, sondern leicht schräg nach unten sehen. Anmerkung: die beiden LED´s am I2C-Stecker sind praktisch: im Bild hängt der Tastkopf des Oskars dran um den Zeitbedarf einer Routine zu messen.

    Die Motoren laufen. Der eine deutlich flotter bzw. leichter als der andere. Der braucht also nur den halben bis dritttel OCR0x Wert. Ich habe die Motoren mit verschiedenen Werten angesteuert und das Teil fuhr in der Testkonfiguration, also ohne Dose, ganz hübsch rum. Leider noch ohne Geschwindigkeitsregelung. Also kam einiges dazu: Sprungantwort aufnehmen (separates Testprogramm), Sprungantwort ausmessen bzw. auswerten und so weiter - eben Regelungsparameter bestimmen.

    Dann, nachdem ich wochenlang (na ja, es waren schon etliche Tage; Anmerkung: Regelungstechnik im Studium 4,0) mich mit den theoretischen Grundlagen der Regelungstechnik beschäftigt hatte, um den Code für die Regelung zu programmieren, habe ich mich mal ans Programmieren gemacht. Jämmerlich - die Routine brauchte mit der floating point Rechnung so elend viel Zeit, über zwei bis drei Millisekunden.
    y12 = 5 * e_mot12 + 0.6 * esum12;
    das dauert in floating point 2 bis 2,5 ms und ist für eine ISR nun wirklich zu lange.

    Ich hatte programmiert, getestet, Zeit gemessen, Code optimiert, getestet . . . und so weiter. Schließlich hatte ich das ganze in Integer programmiert, ein bisschen tricky mit den Parametern - und es läuft . . . . in einem prächtigen Geradeauslauf. Obwohl also die beiden Antriebe deutlich unterschiedliche Ansteuerungswerte benötigen und auch markant unterschiedliche Zeitkonstanten haben (12 und 8 ms), laufen sie mit identischem Code in der Regelung so, dass ich beim einfachen Geradeauslauf über max. 1 m noch keine Abweichung festgestellt hatte - so +/- wenige Millimeter - genauer kann ich es derzeit nicht messen. Ausserdem wäre mir dazu die Zeit zu schade. Die ganze Routine dauert mittlerweile zwischen Aufruf der Routine bis zur abgeschlossenen Rückkehr (getestet ohne Interrupt) deutlich weniger als 50 µs und damit deutlich weniger als die kürzeste ISR. Auch das könnte ich als hübschen Erfolg zählen.

    Die Sensoren haben auch brav sensort und die Motoren motort und das Ganze lief brav auf der Tischplatte, bis die Sensoren ein Hindernis erkannten (es funktioniert mit drastisch reduziertem Abstand sogar bei entsprechend hohen Gläsern!). Dann stoppte das Vehikel, machte eine 60°-Drehung "rückwärts auf dem linken Rad" - also nur das rechte läuft rückwärts - genau

    Code:
      while ( 1 )
      {                 
        if ( Iencdr0 >= 1068) break;
      }
    . . . genau 60° . Also weitermachen.

    Für einen Zusammenbau mit "Karosserie" - die Dose ist ja ein gewisser Pfiff an der Sache - musste ich meine IR-Sensoren montieren, nachdem die ganze Elektronik in die Dose eingeführt wurde. Einfach weil die Elektronik - Akkus, Steuerungsplatine, Servo etc. von unten eingefädelt werden, aber die Sensoren sollen oben rausschauen und schräg nach unten linsen, das ist ja im Testaufbau im Bild oben angedeutet. Also musste ich eine Zwischenplatine einbauen - mit Zwischenstecker und den ummontierten Sensoren (vorläufig noch an biegsamen Flachkabeln).

    Zwischenplatine + Stecker:........

    Die Platine wird auf den geänderten Grundaufbau gesteckt. Das geht eben auch, wenn der Rumpf in der Dose steckt .

    .................................................. .

    Seit dieser Zeit funktioniert die Sache ohne Zwischenplatine - - - aber mit Zwischenplatine schiesse ich regelmässig ein bis zwei Infrarotdioden. Schiessen ist das richtige Wort - na ja, eine CQY99 glüht einfach auf und stirbt mit Gestank, aber die vorwiegend verwendeten SFH415 schiessen mit lautem Knall ihre vordere Linse weg. Und ich habe gemessen und gemessen und die Platine geprüft und geändert und Kurzschlüsse entfernt - im Moment läuft nix - ausser dass wieder LED´s mit lautem Knall sterben. Aber - bisher hatte ich noch jeden Fehler gefunden. Übrigens: die LEDs leben "ewig" wenn ich sie in die Buchsenleiste des Rumpfteils stecke. Irgendwo habe ich einen Kurzen in der Zwischenplatine .

    Trotzdem habe ich die Weiterarbeit etwas unterbrochen (die irLED´s sind alle ) und die Zeit genutzt diesen langatmigen Bericht zu schreiben.

    Viele Grüße mit Gewitterknallen - das klingt viel angenehmer als geschossene LED´s.
    Geändert von oberallgeier (17.10.2016 um 16:13 Uhr)
    Ciao sagt der JoeamBerg

  9. #9
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    Hallo Alle,

    überraschenderweise ist in der Neuteilekiste noch eine heile CQY99 gewesen und in einer kleinen Versuchsplatine eine SFH415. Und ich habe meinen R2D03 - Version k100 (hundert Kurzschlüsse) umgebaut in die Rev. K0. Es ist sagenhaft, wie viele Kurz- und Beinahekurzschlüsse man in ein paar Steckverbinder einbauen kann - besonders spät abends.

    ..........................


    Und schon fährt das Ganze. Maximal sind auf PMMA Steigungen von ca. 30 ° zu schaffen, mehr gibt die Reibung der O-Ring-Slicks (EPDM) nicht her.
    Ciao sagt der JoeamBerg

  10. #10
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    hi oberallgeier,

    herzlichen Glückwunsch zur Jungfernfahrt \/

    Ist echt ein feines "Teil" geworden.

    Berichte doch bitte mal wie die Leute bei der von Dir geplanten Anwendung reagiert haben.


    Kurzschluß im Steckverbinder?

    Wie konnte das geschehen? Lötbrücke?

    liebe Grüße,

    Klingon77
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