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Thema: 3D printed Roboter zum Bodenwischen

  1. #1
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    Idee 3D printed Roboter zum Bodenwischen

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    Bevor ich mein aktuelles Projekt vorstelle eine Anmerkung:

    Wenn man - aus welchen Gründen auch immer - eigene Roboter bauen will ist man hier genau richtig. Bevor man anfängt Roboter zu bauen lohnt es sich wirklich, länger auf diesen Seiten zu lesen. Aus Erfahrungen anderer zu lernen bewahrt davor, jeden Fehler selbst zu begehen. Ich hätte das auch tun sollen ...

    Daher zuerst einmal ein dickes Lob an die Betreiber dieser Seite!!!

    Meine Zielfunktion:
    Mein Robbi soll mir eine Arbeit abnehmen für die ich ungeeignet bin: Das Wischen meiner Fußböden!

    Und: Der Roboter soll (weitgehend) mit 3D Druckverfahren auf einem Printer@Home gefertigt werden.

    Hier die Konstruktion:
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    Ich freue mich auf eine rege Diskussion, Feedback ist willkommen!

  2. #2
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    Der Robbi ist bereits fertig "gedruckt". Ich habe einen Up- Printer dazu verwendet. Ich weiß aus anderen Threads, dass 3D Druck kritisch bezüglich Maßhaltigkeit, Einarbeitungsaufwand, Nacharbeitungsaufwand und Stabilität gesehen wird. Zumindest für meinen Up- Printer kann ich das nicht bestätigen. Über andere Printer habe ich gelesen, dass Stützkonstruktionen manuell angelegt werden müssen. Da hätte ich auch Vorbehalte ... die Up- Printersoftware macht das eigenständig. Offensichtlich hatte ich bei der Wahl des Druckers das richtige Händchen und die richtige Computerzeitung (in diesem Fall einen Testbericht von 3D Druckern in der ct) gelesen.

    Der Up- Printer kommt übrigens aus China. Ich hatte vor ein paar Jahren mal ein Softwareprojekt in China und habe chinesische Softwarelieferanten untersucht. In dem Fall ging es um Dokumentenmanagementsoftware. Dabei ist mir aufgefallen, dass die chinesischen Entwickler die westlichen Standards nicht kannten und das wir Europäer die chinesischen Standards nicht kannten. Die Lösungsansätze waren daher unterschiedlich, viele der gewohnten Funktionalitäten fehlten. Allerdings war die Software auf die dort verwendeten Dokumententypen gut angepaßt und es gab einige pfiffige Lösungsdetails.
    Ich erlaube es mir daher zu vermuten, dass die chinesischen Entwickler des Up- Printers die Open-Source Lösungen für 3D- Druck entweder nicht kannten oder bewusst ignorierten. Nach meinen Erfahrungen kann ich vor deren Druckersoftware nur den Hut ziehen.

    Anbei zwei Bilder des Robbis:
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    Der erste 1. Testlauf von meinem Robbi hat stattgefunden.

    Die gute Nachricht zuerst: Der Robbi hat das Wischtuch schon mal ziemlich dreckig gemacht.

    Allerdings gibt es weitere Erkenntnisse über notwendige Verbesserungen:

    Die Kollisionserkennung mit nur 1 Ultraschallsensor reicht nicht aus. Die Reinigungsfläche bleibt gelegentlich an Hindernissen hängen. Daher wird die nächste Ausbaustufe des Robbis einen beweglichen Ultraschallsensor mittels eines Servos bekommen.

    Der Robbi war so konstruiert, dass beim Berühren von Hindernissen die Wischfläche kippen sollte. Durch das Kippen sollten 2 Endschalter ausgelöst werden. Leider ist der Robbi am hinteren Ende zu leicht so dass die Räder bei Kollision durchdrehen und die Wischfläche nicht kippt. Insofern muß die Hinderniserkennung neu konstruiert werden.

    Meines Erachtens ist der Robbi auch am vorderen Ende zu leicht. Der Anpressdruck des Wischtuches könnte größer sein. Immerhin hat der Robbi das Wischtuch schon mal ziemlich dreckig gemacht.

    Die Platine zur Spannungsversorgung muss ich leider noch mal nachbessern. Die Probleme im einzelnen:

    - Die Schalter zur Kollisionserkennung sind nicht entprellt. Da ich offensichtlich reichlich Störungen durch die Motoren auf der 5V Spannung habe wird gelegentlich ein Low- Pegel auf den Schaltern erkannt und ein Auslösen des Schalters angenommen. Da die Schalter noch nicht montiert sind, dürfte das eigentlich nicht sein.

    - Da ich den Arduino über den 5V Pin mit Energie versorge ist die Arduino- seitige Spannungsregulierung umgangen. Bei Störungen durch die Motoren und insbesondere bei Spannungseinbrüchen beim schnellen Umkehren der Motordrehrichtung ist - vorsichtig ausgedrückt - diese Schaltungsauslegung keine optimale Lösung. Die nächste Platine wird daher den Arduino über den Vin- Pin mit Spannung versorgen.

    - Die 8 AAA- Akkus liefern für die beiden Motoren zwar genug Strom, allerdings nur beim sanften Beschleunigen. Der gesamte Stromverbrauch liegt bei ca 0.67 A (teilte mir mein testweise angeschlossenes Labornetzgerät mit).
    Allerdings habe ich beim Drehen des Robbis auf einen sanften Anlauf über PWM verzichtet und einen festen Wert (60% des PWM- Maximalwertes verwendet). Mein Labornetzgerät zeigte dann kurzfristig 2,65 A an. Der 78S05 ist daher mit Kühlkörper an der Belastungsgrenze...
    Leider ist mir der Robbi vom Tisch gefallen als ich die Spannungseinbrüche mit dem Oszi näher untersuchen wollte. Der Robbi fiel kopfüber auf den 78S05 - die Platine hat das leider nicht überlebt (Sch**sse!!!)

    Ich benutze für diesen Robbi als Antrieb die Tamiya 70168 Double Motor Gearbox mit den beiden mitgelieferten 3V Motoren. Da die Motoren bei Inkaufnahme einer verkürzten Standfestigkeit auch mit 6V betrieben werden können habe ich - zur Vereinfachung des Schaltungslayouts - die Motoren mit 5V betrieben. Allerdings habe ich bereits passende 6V Ersatzmotoren geliefert bekommen.

    Der zweite Entwurf der Platine zur Spannungsversorgung und zum Anschluss der Sensoren ist inzwischen fertig. Bisher habe ich ein Motor- Shield benutzt, im neuen Entwurf ist der Motortreiber auf meiner Platine.
    Bezüglich der optimalen Spannungsstabilisierung und Stromversorgung habe ich widersprechende Meinungen in diesem Forum gelesen.

    Ich habe den Schaltplan daher angefügt. Achtung: Diese Schaltung ist noch NICHT getestet!!!
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    Meine Frage bezieht sich auf den Kondensator C4 bzw C25. Vielfach lese ich, dass die Gesamtkapazität hinter den 78xx nicht größer sein soll als die Kapazität der Kondensatoren vor dem 78xx. Andererseits wird bei Motoren empfohlen, den Kondensator hinter dem 78xx auf Werte von 6.000-10.000yF zu erhöhen.

    Meine 2. Frage bezieht sich auf den Stützkondensator C5 zur Spannungsstabilisierung und den Verpolungsschutz. Ist das richtig dimensioniert? ... Für mich ist dieser Teil der Schaltung noch Neuland. Vereinzelt habe ich gelesen, dass statt des Stützkondensators C5 eine Spule eingesetzt wird um Stromstöße durch Gegeninduktivität abzufangen. Ist dass vielleicht sinnvoller als C5? ... Und wenn ja, wie dimensioniert man das?

    Für Feedback zu dem Schaltplan - auch an Stellen, die ich noch nicht erwähnt habe - wäre ich dankbar.

  3. #3
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    Cooles Projekt. So etwas könnte ich auch brauchen. ^^

    Zum Thema 3D Drucker. Die werden hier gerade schlechter geredet als sie sind. Klar wenn man einen Drucker selbst zusammen baut braucht es eine Einarbeitung. So extrem hab ich das jetzt aber nicht empfunden. Viele betreiben das als eigenes Hobby. Dementsprechend viel wird natürlich probiert. Dass dann nicht immer alles so funktioniert wie man sich das gedacht hat sollte hier denke ich jedem klar sein. Wenn man das ganze als quasi Endnutzer betreiben will muss man eben auf bewährte Konzepte zurückgreifen.
    Das mit dem support Material stimmt so überhaupt nicht. Sämtliche gängige Softwarelösungen können das Stützmaterial automatisch in den unterschiedlichsten Varianten hinzufügen. Allerdings gibt es eben einzelne Fälle wo man nur an bestimmten Stellen Stützmaterial haben bzw. nicht haben will. Dann muss man das eben händisch machen. Entweder direkt am Modell oder wie z.B. mit simplify3D über die Druckersoftware.
    Was die Funktionalität angeht bin ich von meinem reprap Prusa i2 aus M8 Gewindestangen nach wie vor immer wieder begeistert. Die Optik kann auf alle Fälle mit anderen FDM Druckern mithalten. Und ob mit einem Sinterdrucker auch so etwas möglich ist weiß ich ehrlich gesagt nicht.
    Material: PLA (hart und spröde )

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  4. #4
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    Also wenn wirklich Interesse daran besteht, den Wischrobbi nachzubauen bzw auf dem aktuellen Stand aufzusetzen stelle ich die Konstruktion gerne zum Download bereit. Die Wischfläche kommt übrigens von einem Rossmann- Wischmob für 5 EUR und wird als Klick- Fassung auf den Robbi aufgeklickt.

    Allerdings ist der Robbi noch auf dem Status eines frühen Prototypen.

    Meine "Baustellen":
    a) Platine zur Spannungsversorgung
    b) Odometrie (siehe unten)
    c) Kollisionserkennung (siehe vorherige Beiträge)
    d) Programmierung

    Zu a: (Schaltplan)
    Den Schaltplan habe ich bereits hochgeladen. Leider wird der Schaltplan beim Abrufen so stark verkleinert, dass er schlecht lesbar ist. Insofern hier ein Link zu dem Plan in Originalgröße.
    http://www.way-b.eu//MyRobot/V3.1/El...nsbloecken.png

    Über Anregungen, insbesodere zu C4 / C25 und C5 (siehe vorherige Beiträge), würde ich mich sehr freuen.

    zu b (Odometrie)
    Meine Idee ist, einen Maussensor (ADNS 2610) einzusetzen. Ich habe mir die Platine aus dem ct- Robot bei Segor in Berlin bestellt und mit dem Arduino getestet.
    Meine Erfahrung dazu: Ich habe die Platine (zusätzlich zu dem ADNS 2610) mit den vorgesehenen Photosensoren CNY70 bestückt. Dadurch liegt die Platine einige Millimeter höher als bei einem Betrieb mit der Maus. Dies hat sich als ungünstig bezüglich der Bewegungserkennung erwiesen. Dieser Effekt lässt sich übrigens mit jeder optischen Maus angeschlossen an einem Rechner nachvollziehen: Anheben & Bewegen => Mauszeiger bewegt sich nicht.

    Die Platine ohne die Photosensoren einzusetzen geht sicherlich auch, allerdings wäre ein wenig Bodenfreiheit zwischen der Maussensorplatine und dem zu wischenden Boden hilfreich.
    Meine Idee dazu ist, eine Kollimatorlinse einzusetzen. Eine solche Linse habe ich bei Reichelt gefunden. Ob es funktioniert, kann ich allerdings noch nicht sagen... Wenn es dazu Erfahrungen gibt wäre ich dankbar...

    zu c (Kollisionserkennung)
    Wie vorher bereits gesagt: Schalter werden entprellt und die Konstruktion wird angepasst.

    zu d (Programmierung)
    Ein einfaches Testprogramm ist implementiert. Allerdings noch OHNE jegliche Funktion zur Bildung einer Karte der zu säubernden Umgebung. Ob eine solche Routine in einen Arduino passt ist noch fraglich.

    Bisher übe ich noch und sammle Erfahrungen... der nächste Robbi wird daher wahrscheinlich 12V Getriebemotoren bekommen, eine deutlich größeren Akku aus dem Modellbaubereich und ein BeagleBoneBlack. Und eventuell sogar eine Einheit, um die Wischtücher auszutauschen. Das können die kommerziellen Wischrobbies die ich kenne heute noch nicht. Die nehmen ein Tuch und benutzen das bis sie meinen, den Raum fertig gewischt zu haben.

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