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Thema: Mein Kunsttier (BEAM) ohne Elektronik

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Mein Kunsttier (BEAM) ohne Elektronik

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    Hallo!

    Ich habe schon angefangen mein künstliches Tier (BEAM Roboter) ohne µC bzw. komplizierter Elektronik zu bauen. Weil ich Elektroniker und Antitalent für Mechanik bin, habe ich mit der Mechanik, also Gehäuse und Antrieb angefangen.

    Als Gehäuse habe ich eine sehr leichte und kostenlose Kunstoffdose von einem "Delikates Fleichsalat" o.ä. (ca. 9x12x4 cm) und als Antrieb zwei fast gleiche Gleichstrommotoren aus zerlegten Geräten (CD ROMs bzw. Walkmans) benutzt, die im Leerlauf bei 1,2 V um 10 mA brauchen. Das Getriebe stammt aus einer Quarzuhr.

    Schon am Anfang habe ich angenommmen, das der Artan (ARTificial ANimal) zukünftig sich von Solarenergie "ernähren" sollte. Deswegen möchte ich den gesamten Stromverbrauch unter 20 mA anhalten, weil die vorhandene Solarzelle aus einer Gartenleuchte (ca. 30x60x1 mm) nur solchen Strom liefern kann und als "Magen" nur einen NiMH Microakku mit 1,2 V und 500 mAh vorgesehen ist.

    Es wird immer nur einen Motor für Bewegung oder einen für Lenkung laufen. Beide Motoren, die nie gleichzeitig laufen, werden sich nur in einer Richtung drehen. Deswegen habe ich mich fürs vordere freidrehbare Antriebsrad und zwei feste hintere Räder entschieden (siehe Code). Zuerst wird der Artan als "Baby" durch wechseln des Akkus "künstlich ernährt".

    Die wichtigsten Aufgaben des ARTANs:

    - Ständig sich in der möblierten Wohnung mit Balkon chaotisch bewegen und auf keinem Hindernis stehen bleiben oder runterfallen.
    - Bei Dämmerung sich abschalten und bis wieder hell wird, "schlaffen".
    - Solange die Sonnenstrahlung ausreichend fürs Akkuladen ist, stehen bleiben.
    - Mit blinkender LED/Piepser (in der N8 nur LED) um Hilfe bitten, falls nicht mehr weitergeht.

    Selbstverständlich könnten die Aufgaben fast beliebig geändert werden, das sind nur die lebenswichtige, die ich geplannt habe. Als "natürliche" Begrenzung wird es das Gewicht sein, das der Artan noch "tragen" kann.

    Aktuell beschäftige ich mich mit der Mechanik und wenn ich damit fertig bin, poste ich die Fotos von Artan. Weiter wird es mit einfachster Elektronik (SMD) gehen. Ich kann jedoch gar nicht sagen, wie lange ich damit "spielen" werde und was daraus am Ende seien wird.

    Nach meiner vorläufiger Schätzung sollten sich die o.g. Funktionen mit weniger als 10 Transistoren realisieren lassen. Ich werde zukünftig nur alle von mir ausprobierte Schaltungen skizzieren und posten.

    MfG
    Code:
          freidrehbares Antriebsrad mit Abgrundsensor
                  |
         .--------v--------.
         |        - .---.  |   MF - Fahrmotor
         |   ASo |--|MF |. |
         |     | /o\'---'  |   AS - Abgrundsensor
         |     |(| |)      |
         |       \-/       |   G -  Getriebe
         |        |        |
         |      .---.      |   ML - Lenkmotor
         |      | G |      |
         |      .---.      |
         |      |ML |      |
         |      '---'      |
         |                 |
         |  -           -  |
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    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Ich habe die Mechanik von Artan schon fertig gebaut (siehe Fotos) und praktisch getestet. Es hat sich jedoch einiges gegen der vorheriger Plannung geändert. Als Gehäuse habe ich letztendlich eine "Gefrier- und Vorratsbehälter 1,0 L mit extrem dicht schließendem Deckel" für 2,99 € aus "EDEKA" genommen. Das ununterbrochenes Fahren mit ca. 1cm/s konnte ich mit nur einem Motor und ohne Elektronik realisieren. Der Stromverbrauch beträgt ca. 13 mA. Als Baumaterial habe ich Lochrasterplatine ohne Cu Auflage und Industrieklebstoff BF2000 benutzt. Leider kann ich mich nicht mehr an Abstammung jedes Teils errinern.

    Der Motor dreht sich permanent in einer Richtung. Das Antriebsrad befindet sich exzentrisch zur Lenkachse . Wenn das Antriebsrad immer Haftung zur Fläche hat, auf der sich der Artan bewegt, und die Lenkachse einstellbar gebremst ist, dann bis zum bestimmten Widerstand dreht sich nur das Antriebsrad und der Artan bewegt sich.

    Wenn wegen höheren als angestellten Widerstand durch Hindernis weitere Bewegung nicht möglich ist, fährt das Antriebsrad weiter, dreht damit die Lenkachse und stellt andere Fahrrichtung ein. Wenn eine Bewegung in dieser Richtung möglich ist, hört die Lenkachse sich zu drehen und der Artan bewegt sich in dieser Richtung weiter.

    Das Getriebe (ca. 250:1) ist aus Zahnräder von alten mechanischen Zeitschaltuhr mit Synchromotor. Die Räder stammen angeblich aus einem Papiertransportmechanismus eines Druckers. Die Übertragung des Motorstroms und Lagerung der Lenkachse wurde mit stereo 3,5 mm Klinkenstecker und Klinkenbuchse realisiert.

    Die senkrechte "Drahten", die mit weichem Gummi überzogen sind, verhindern Einklemmen unter Möbeln und Runterfallen vom Balkon. Seine Höhe muss daher entsprechend angepasst werden. Weil der Artan umfallen kann, wenn sich das Antriebsrad aüsserst seitlich befindet, habe ich auf beiden Seiten kleine freidrehbare Stüzräder aus PC-Mäusen angegracht. Die Solarzelle und alle nötige Sensoren sind noch nicht montiert.

    Der Artan kann selbständig nur auf dem Balkon bei genügender Sonnenstrahlung leben. Deswegen habe ich auch das "künstliches Ernähren" durch Wechsel des Akkus zugelassen. Somit sollte der Artan nicht mehr ein "richtiger" BEAM-er sein. Ich habe aber im Netz schon BEAM-er gesehen, die in Elkos (Goldcaps) Energie gespeichert haben, deswegen bin ich mit der Klassifikation des Artans nicht mehr sicher.

    Das einzige von mir bemerkte Nachteil ist, das der Artan keine auf dem Boden liegende Kabel überquerren kann. Eine vermutliche Lösung des Problems sollten grössere Räder sein. Er kann sich auch in Kabelsalat einwickeln, deswegen sind für ihm Kabel überhaupt das Gefährlichste.

    Jetzt werde ich für den Artan noch nötige Elektronik bauen. Nach Überlegungen habe ich folgende "Module" vorgesehen:

    1. Hauptschalter der Akkuspannung, der sie an den Motor weitergibt und gleichzeitig Tiefendladung des Akkus verhindert. Er soll durch andere "Module" ein- und abschaltbar sein.

    2. Solarlader, der das Akku lädt und wenn ein Strom aus Solarzelle vorhanden ist, schaltet den Hauptschalter (Motor) ab.

    3. Tag/Nachtsensor, der beim Anfallendem Licht den Hauptschalter (Motor) einschaltet. Dafür wird als Sensor die Solarzelle genutzt.

    4. Watchdog, der den Alarmpiepser aktiviert, wenn sich die nichtangetriebene Räder nicht mehr drehen. Dafür werden als Sensoren kleine Magneten und Reedkontakte in Reedrelais angewendet (siehe Foto).

    5. Alarmpiepser, der um Hilfe bietet, wenn sich der Artan nicht mehr bewegen kann.

    Die erste Schätzung ergibt insgesamt 7 Transistoren (4 x n-p-n und 3 x p-n-p). Weil die größe der gesamten Lochrasterplatine mit überwiegend SMD Bauteilen momentan nicht abschätzbar ist, werde ich zuerst einzelne "Module" entwickeln und sie danach "zusammenkleben". Ich melde mich wieder, wenn ich damit fertig bin.

    MfG
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken artan_von_unten.jpg   artan_von_oben.jpg   artan.jpg   bewegungssensoren.jpg  

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo Andreas,

    dein Artan Konzept gefällt mir sehr gut und ich finde viele gute Detaillösungen.

    13 mA Fahrstrom ist schon ein sehr guter niedriger Wert. Und das bei einer Spannung um 1.2 V? Das wären ca 16 mW. Erstaunlich! Das geht nur mit einem sehr reibunsarmen Getriebe. Konntest du davon ein genaueres Bild posten? Ich kann nur einen Motor und 2 Riemenräder o.Ä. erkennen, aber kein 1:250 Getrieben.

    Ich kämpfe in meinem Projekt auch gerade um mW und Gramm.

    grüsse,
    Hannes

  4. #4
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    Hallo vohopri!

    Danke dir für die Blumen.

    Ich glaube nicht, dass genaueres Foto des Zahngetriebes viel nutzen würde. Das Getriebe ist 4-stufig aus gleichen Zahnräder mit 48:12 Zähnen. Es war eine sehr mühsame Arbeit, damit das Getriebe (fast) keine Verluste hat. Ich habe die Position jedes Zahnrades unter Kontrolle des Motorstroms durchgeführt und es immer aufs Minimum eingestellt. Weil das Motor in Leerlauf ca. 10 mA zieht, werden fürs Bewegung nur ca. 3 mA bei 1,2 V, also um 4 mW verbraucht.

    Ich habe noch vor einen kleinen Gleichstrommotor mit dünnerem Draht umzuwickeln, was hoffentlich niedrigeren Stromverbrauch beim Leerlauf ergeben sollte. Zuerst möchte ich aber die Elektronik bauen.

    MfG
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken antrieb_361.jpg  

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von vohopri
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    Hallo Andreas,

    auf dem Foto ist gut zu sehen, was für eine feine Arbeit das ist. Das meine ich im doppelten Sinn. Fein von der Grösse her und fein gemacht.

    Einen Motor umzuwickeln, ist auch ene gute Idee, um zu einem Motor mit genau angepassten Daten zu kommen.

    Ich liebe solche handwerklichen Projekte und freu mich auf weitere Bilder und Beschreibungen.

    grüsse,
    Hannes

  6. #6
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    Hallo!

    Die letztendliche Version ist noch einfacher (siehe Fotos). Nach dem sich der Artan in eine Gardine fest eingewickelt hat, habe ich die alle senkrechte Drahten entfernt. Damit er sich nicht unter Möbeln einklemmen kann, habe ich stattdessen oben auf der Dose einen gleichen Deckel befestigt. Damit er auch auf dem Boden liegende Kabel überqueren kann, wurde das Antriebsrad auf 35 mm Durchmesser vergrössert. Nach Verwendung von Klinkenbuchse mit Umschaltkontakte, die sich schwerer drehen lässt, konnte ich das bremsende Rad von der Drehachse ebenfalls entfernen. Der Ring um das Antriesrad verhindert die Blokierung durch niedrigere Hindernise. Somit braucht der Artan für Freibewegung keine Elektronik und sein Stromverbrauch beträgt jetzt 9 mA.

    Leider ist der Balkon auf der westlichen Seite des Hauses und die direkte Sonnenstrahlung ist nur am Nachmittag da. Aus dem Grund, wird der Artan mit NiMH Mignon Akkus um 2000 mAh betrieben, die im netzbetriebenem Ladegerät mit delta U Erkennung aufgeladen werden. Ich habe aber Messungen der vorhandener Solarzelle durchgeführt und festgestellt, dass die direkte Verbindung mit dem Akku (ohne Diode) den Ladestrom um 50% erhöht und der Strom der durch die dunkle Solarzelle vom Akku fliesst, entlädt ihn mit nur 0,2 mA.

    Weil der Artan noch Probleme mit durchquerren von unter kleinem Winkel zur Fachrrichtung liegenden Kabel hatte, habe ich als die zwei ungetriebene Räder, gleiche wie das Antriebsrad genommen.

    Mein Artan wiegt mit dem Mignon Akku (2000 mAh) um 250 g.

    MfG
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken artan_endversion.jpg   artan_endversion_von_oben.jpg   artan_endversion_von_unten.jpg  
    Geändert von PICture (28.03.2011 um 02:08 Uhr)

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Mein künstliches Haustier Artan, hat sich wie alles in Universum, der Evolution unterworfen. Nach einiger Zeit hat mich schon gelangweilt, dass er sich meistens nur um eigene Achse gedreht hat. Irgendwann kam mir eine Idee in den Sinn, der Bewegung des Artans eine Vorzugsrichtung zu geben.

    Dafür habe ich ein Gummifaden verwendet, der sich bei jedem Hinderniss auf ein "Lenkrad" wickelt und danach das Antriebsrad zurück fast in Ausgangsposition dreht (siehe Fotos). Damit das Antriebsrad sich fast ohne Widerstand drehen kann, habe ich die Drehachse und Motorstromzuführung durch ein Kugellager durchgeführt.

    Diesmal habe ich eine leichte rechteckige Früstückdose aus Kunststoff genommen. Die kleine Schraube am Gehäuse ganz vorne verhindert runterziehen der Abdeckung beim Fahren unter Gardinen, Vorhängen usw.
    Der einziger für den Artan unpassierbarer Raum in meiner Wohnung ist das Badezimmer, wo sich für ihn zu hoche Läufer befinden, sonst "wandert" er seit mehreren Tagen durch meine ganze Wohnung...

    Da der Antriebsmotor permanent nur in einer Richtung dreht und der Artan deswegen nur in einer Richtung lenken kann (bei mir links), optimal ist das "Lenkrad" und die Vorspannung des Gummis so einzustellen, dass er beim Freifahren einen Bogen gegen der durch Antrieb verursachte Richtung (bei mir rechts) fährt. Beim unbehinderten Fahren sollte das "Lenkrad" ständig in beiden Richtungen hin und her schwenken.

    Der "neue" Artan wiegt mit einem Akku (ohne Solarzellen und Last) um 220 g und verbraucht bei 1,2 V ca. 10 mA Strom. Er ist also um 12 mW "stark", was mit dem Getriebe 256:1 auf dem Antriebsrad einem 3 W Motor entspricht.

    Weil die obere Fläche ziemlich groß ist (ca.100 cm²) kann man dort Solarzellen fürs Laden des Akkus befestigen und einen echten BEAMER haben, der sich ausschliesslich aus der Sonne "ernährt".

    Der kaputter zweiter Akku auf dem Foto dient nur als Last, weil sonst der Artan bei rückwärts Fahren eine Tendenz zum Umfallen hat. Man könnte natürlich einen guten Akku nehmen und den Artan beschleunigen. Ich wollte aber schiltkrötenänliches Haustier haben...

    Nach mehrtägigen "Wandern" des Artans durch meine ganze Wohnung habe ich ihn noch zusammengeklebte abgeschnittene Teile der Dose ganz vorne auf der runden Dose geklebt, weil er sich an Möbel, die ungefähr so hoch wie die Dose sind, festgefahren hat.

    Ich überlege auch noch Befestigung von 4 Rollen an Ecken des Artans um den Widerstand beim Fahren entlang Hindernissen und somit den Energieverbrauch zu verringern.

    Zuletzt bei Festfahren in einer Ecke, hat der Artan so lage das "Lenkrad" gedreht, bis er das Gummifaden gerrissen hat. Ich habe ein Stück Draht auf dem Rand vom "Lenkrad" und eine Schraube am Gehäuseboden befestigt um Drehwinkel auf ca 360° zu beschränken.

    Letztendlich habe ich die Versorgungspannung auf 2,4 V erhöht (zwei Mignon Akkus), damit der Artan kein unnützliges Last tragen muss und bei der einfacherer Elektronik auch IC's verwendet werden können, die min. 2V brauchen. Das hat zum Glück fast keine Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit verursacht.

    Ich wünsche Euch viel Spass bei Bau und "Spielen" mit dem Artan und bin für alle ausprobierte Ideen ohne Elektronik sehr dankbar im voraus.

    Weil meine geringe mechanische Kreativität fast erschöpft ist, versuche ich jetzt ein bißchen Elektronik anzuwenden in http://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=54064 .

    MfG
    Miniaturansichten angehängter Grafiken Miniaturansichten angehängter Grafiken artan1.jpg   artan1_von_oben.jpg   artan1_von_unten.jpg  

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