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Thema: Projektvorstellung: autoCut - a robot lawn mower on steroids

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von -schumi-
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    Projektvorstellung: autoCut - a robot lawn mower on steroids

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    Hallo zusammen,

    ich möchte euch gern meinen Rasenmähroboter vorstellen: autoCut
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	autoCut.jpg
Hits:	47
Größe:	134,4 KB
ID:	28562

    Noch ist er mitten in der Entwicklung und es wird viel fleissig gebaut. Aber inzwischen kann er schon mähen, wenn auch noch manuell gesteuert:


    Wie man im Video sieht gibt es noch einige Macken. Zudem fehlt noch viel wie
    • Mähwerkhöhenverstellung geht noch nicht elektronisch
    • Bumper und andere Schutzvorrichtungen
    • Gehäuse ist noch fertigzustellen


    Ziele sind:
    • Station die automatisch den Akku tauscht anstatt ihn aufzuladen (elektronisch geht das schon ohne Absturz des Systems)
    • Soll vollautomatisch mähen
    • Fernziel: Soll nicht nach Chaosprinzip mähen, sondern mit einer Karte o.ä.


    Momentaner Status:

    • Der Fahrcontroller funktioniert relativ problemlos, es gibt nur einen kleinen (vermutlich) Overflowbug (siehe Video). Zudem hat er tatsächlich verdammt viel Kraft, denn wenn man ihn festhält gibt er Gas bis die Reifen mit der vorgegebenen Geschwindigkeit durchdrehen. Bin froh dass das ganze jetzt einigermaßen funktioniert, denn die Berechnung der Geschwindigkeit der Einzelräder (Allrad) war nicht ohne..
    • Die Stromversorgung funktioniert tadellos und meldet sich akustisch wenn der Hauptakku nicht richtig angeschlossen oder leer ist. (Geplant ist hier noch Messung der Gesammtspannung und des aktuellen Strombedafs)
    • Fernsteuerung über WLAN geht sehr gut, wenn die Verbindung abbricht bleibt er automatisch stehen.
    • Das Mähwerk stellt mich noch nicht so ganz zufrieden, weil es noch etwas laut ist (Vibration) und manchmal die einklappbaren Klingen festhängen


    Was mich ärgert:
    • Der I²C-Bus des Raspberry Pis is bezüglich des Clock stretchings verbuggt, deswegen fungiert ein Atmega8 als USB auf I²C umsetzer. Das ist allerdings vergleichsweise langsam.. Ich glaub da muss ein anderer Einplatinencomputer her



    Eventuell habt ihr schon mitbekommen, dass momentan ein Wettbewerb mit dem Titel "The Hackaday Prize" läuft. -> http://hackaday.io/prize
    Als ich davon erfuhr war ich mitten im Bau und hab mir gedacht "das passt ja verdammt gut" Also habe ich mich mit dem Roboter angemeldet: http://hackaday.io/project/1797-auto...er-on-steroids Das ist jetzt die Projektseite und dort könnt ihr weitere Details nachsehen (ich werde hier auch weiter posten). Und ich würde mich natürlich über einen "Skull" freuen wenn euch das Projekt gefällt

    Des Weiteren gibt es noch ein GitHub-Repo, auf dem ich versuche alles was an Code und Plänen machbar ist zu veröffentlichen: https://github.com/schuhumi/autocut

    Kritik und Verbesserungsvorschläge allerhöchst erwünscht!

    Viele Grüße
    Simon

  2. #2
    Benutzer Stammmitglied Avatar von robi2mow
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    Tolles Ding!
    Gratuliere, hoffe du gewinnst den Bewerb!
    So einen Knicklenker wollte ich auch schon mal angehen.
    Die Sicherheit ist hier halt ein Problem.
    Du könntest den Vorbau auch als schwingende Version (Mähdeck) wie bei den Traktoren bauen.
    Halt uns am Laufenden!
    Besucher auf meiner Website http://www.robi2mow.at sind herzlich willkommen!
    Ein Kommentar in meinem Blog wäre auch toll!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von -schumi-
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    Zitat Zitat von robi2mow Beitrag anzeigen
    Tolles Ding!
    Gratuliere, hoffe du gewinnst den Bewerb!
    Danke! Solch Glückwünsche von deiner Seite ehren mich schon besonders, da ich mich viel auf deiner Seite rumgetrieben und eingelesen habe, z.B. wegen des Mähmotors. Allerdings habe ich mich da für einen DC-Motor entschieden. Bei einem Preis von 2.45€ pro Stück kann da viel verschleissen bis ich da bei zwei BLCDs sammt Treiber bin ( http://www.pollin.de/shop/dt/NzQ0OTg...N_HC685LG.html ). Und soweit funktionieren die Motoren auch hervorragend, nur anständige Mähteller muss ich mal bauen..

    So einen Knicklenker wollte ich auch schon mal angehen.
    Ja, mechanisch ist wirklich nicht viel dabei. Die Software zum Berechnen der Radgeschwindigkeiten ist auf Github - Wiederverwendung erwünscht

    Die Sicherheit ist hier halt ein Problem.
    Du könntest den Vorbau auch als schwingende Version (Mähdeck) wie bei den Traktoren bauen.
    Also ich habe jetzt mal einen beweglichen Bumper drangebaut, an dem Taster angeschraubt sind. Wie gut das in der Praxis funktioniert weis ich noch nicht, da der Robo bis jetzt noch nicht autonom fährt.

    Kleines update-Video:

  4. #4
    Benutzer Stammmitglied Avatar von robi2mow
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    Wird ja immer besser!
    Ganz toll finde ich die Höhenverstellung.

    Du wirst wahrscheinlich auch automatisch die Höhe einstellen.
    Mein Ansatz war bei hohem Gras (gleichmässig hohe Mählast) den Mähteller höher zu stellen.
    Erst wenn länger wenig Kraft notwendig ist, wieder langsam nach unten gehen.
    Damit kann man den Roboter auch z.B. nach längerer Pause in hohes Gras stellen und er kommt trotzdem zurecht.
    Bis jetzt konnte ich leider mein Vorhaben nicht umsetzen.



    Die Gleitflächen werden dir im Echtbetrieb Probleme bereiten, denn die Reibung wird immer größer (Schmutz und aufrauhen durch Sand)
    Würde dir empfehlen auf Gummiaufhängungen umzustellen (ähnlich wie bei den Aussengehäuse Aufhängungen).
    Im Test mit sauberen Flächen klappt es natürlich sehr gut, aber wenn das alles verklebt ist und die Wirkkraft eventuell auch noch schräg ist (z.B. Ast von oben) wird er nicht mehr richtig auslösen.


    Noch ein Tipp gegen das Gewicht am Deck:
    Würde die Schutz-Schrauben um das Deck durch Kohleröhrchen ersetzen. Die halten genau so viel aus und haben sicher nicht mal 1/10 Gewicht.
    An den Ecken würde ich noch kleinere Gleitflächen machen, die etwas tiefer als die restlichen Röhrchen sind.
    Dann sollte er nicht so schnell einhacken, falls das Deck durch Kippen oder Hügel zu tief wird.


    Weiterhin viel Erfolg beim Bau!
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    Hallo Simon,

    hübsche Lösung. Und schön, dass Du das so "mittendrin" vorstellst.

    Zitat Zitat von -schumi- Beitrag anzeigen
    ... die Berechnung der Geschwindigkeit der Einzelräder (Allrad) war nicht ohne ...
    ... Die Software zum Berechnen der Radgeschwindigkeiten ist auf Github - Wiederverwendung erwünscht ...
    Vermutlich muss man sich da irgendwie durch Github durchhangeln (ohne rechten Wegweiser :-/ ) - mir war das zuuu unübersichtlich. Aber ich verstehe sowieso nicht, wieso die Geschwindigkeit der Einzelräder ein Problem sein soll.

    Man misst irgendwo im Antriebsstrang die Bewegungen einer Welle als Sektorzeit oder ganze Umdrehung. Sprich: ein Encoder auf der Welle mit mindestens einem schwarzen und einem weißen Sektor (bzw. Loch und Nicht-Loch) löst einen Interrupt am Controller aus. Anm.: zwei versetzt angebrachte Sensoren (oder zwei Spuren am Encoder mit versetzten Sektoren) sind sinnvoll, dann gibts gleich ne Drehrichtungserkennung dazu. Näheres hier.

    Ein festen Timer mit ausreichend feiner Zeitauflösung kann dann den Zeitbedarf für eine solchen Sektordurchlauf liefern. Und die Größe Zeit pro (Teil-)Umdrehung ist dann der Kehrwert der Drehgeschwindigkeit.

    Nach diesem Schema messe ich seit "Urzeit" die Geschwindigkeit meiner Motoren und Motörchen . . . und die Regelung läuft dadurch mit bester Genauigkeit (z.B. hier). Zwar "nur" mit zwei Rädern plus Gleiter, aber bei mir ist das auch ein Allrad- (weil Einzelrad-) Antrieb.
    Ciao sagt der JoeamBerg

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von -schumi-
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    Zitat Zitat von robi2mow Beitrag anzeigen
    Wird ja immer besser!
    Ganz toll finde ich die Höhenverstellung.
    [...]
    Weiterhin viel Erfolg beim Bau!
    Danke; und auch vielen Dank für den Skull

    Du wirst wahrscheinlich auch automatisch die Höhe einstellen.
    Mein Ansatz war bei hohem Gras (gleichmässig hohe Mählast) den Mähteller höher zu stellen.
    Erst wenn länger wenig Kraft notwendig ist, wieder langsam nach unten gehen.
    Damit kann man den Roboter auch z.B. nach längerer Pause in hohes Gras stellen und er kommt trotzdem zurecht.
    Bis jetzt konnte ich leider mein Vorhaben nicht umsetzen.
    Ja genau, vor allem mit dem Bumper und der Gefahr des Gras-Verhakens sollte das das Mähen deutlich vereinfachen.

    Die Gleitflächen werden dir im Echtbetrieb Probleme bereiten, denn die Reibung wird immer größer (Schmutz und aufrauhen durch Sand)
    Würde dir empfehlen auf Gummiaufhängungen umzustellen (ähnlich wie bei den Aussengehäuse Aufhängungen).
    Im Test mit sauberen Flächen klappt es natürlich sehr gut, aber wenn das alles verklebt ist und die Wirkkraft eventuell auch noch schräg ist (z.B. Ast von oben) wird er nicht mehr richtig auslösen.
    Ja, da habe ich auch schon überlegt. Dass der Bumper nach vorne zurückfedert wird vermutlich recht problemlos gehen, aber zu den Seiten hin macht mir die Konstruktion etwas sorgen.. Gummiaufhängungen sind eine sehr sehr gute Idee! Wenn ich nach Bildern für "gummiaufhängung" google, sind deine selbstgebauten Aufhängungen gleich das erste Ergebnis! ( http://www.robi2mow.at/technik/gehae...mmiaufhaengung ). Habe ich davon inspirieren lassen und mal schnell etwas zusammengeschustert:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	spring.jpg
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Größe:	122,6 KB
ID:	28710
    Vom Gefühl in der Hand her auch nicht schlecht, allerdings lässt das natürlich auch eine Auslenkung längs der Feder zu. Da wäre so ein Gummi wohl doch besser. Hast du da ein passendes Schlagwort für den Kauf?

    Noch ein Tipp gegen das Gewicht am Deck:
    Würde die Schutz-Schrauben um das Deck durch Kohleröhrchen ersetzen. Die halten genau so viel aus und haben sicher nicht mal 1/10 Gewicht.
    An den Ecken würde ich noch kleinere Gleitflächen machen, die etwas tiefer als die restlichen Röhrchen sind.
    Dann sollte er nicht so schnell einhacken, falls das Deck durch Kippen oder Hügel zu tief wird.
    Das mit den Carbon-Röhrchen und dein seitlichen Gleitflächen ist eine sehr gut Idee! Um bringt mich auf einen weiteren Gedanken: Ich will die Hobbyglasplatte sowieso durch etwas anderes ersetzen, weil die nicht stabil genug ist - und durchsehen kann man nach ein paar mal mähen auch nicht mehr. Aber eine Carbon-Platte 1mm x 200mm x 400mm ist mit 20€ auch noch erschwinglich ( http://www.ebay.de/itm/1mm-CFK-Carbo...item3f2c2e989d ). Kann jemand beurteilen, ob 1mm Dicke ausreichend ist? Habe gelesen, dass es ca. 4x so stabil wie Aluminium ist - also im Prinzip sollte es gehen, oder?


    Zitat Zitat von oberallgeier Beitrag anzeigen
    hübsche Lösung. Und schön, dass Du das so "mittendrin" vorstellst.
    Danke!

    Vermutlich muss man sich da irgendwie durch Github durchhangeln (ohne rechten Wegweiser :-/ ) - mir war das zuuu unübersichtlich.
    Hier ist der Code: https://github.com/schuhumi/autocut/...0Module/main.c
    Der betreffende Code ist ab Zeile 144 (das Unterprogramm "calculateBackMotors")

    Aber ich verstehe sowieso nicht, wieso die Geschwindigkeit der Einzelräder ein Problem sein soll.

    Man misst irgendwo im Antriebsstrang die Bewegungen einer Welle als Sektorzeit oder ganze Umdrehung. Sprich: ein Encoder auf der Welle mit mindestens einem schwarzen und einem weißen Sektor (bzw. Loch und Nicht-Loch) löst einen Interrupt am Controller aus. Anm.: zwei versetzt angebrachte Sensoren (oder zwei Spuren am Encoder mit versetzten Sektoren) sind sinnvoll, dann gibts gleich ne Drehrichtungserkennung dazu. Näheres hier.

    Ein festen Timer mit ausreichend feiner Zeitauflösung kann dann den Zeitbedarf für eine solchen Sektordurchlauf liefern. Und die Größe Zeit pro (Teil-)Umdrehung ist dann der Kehrwert der Drehgeschwindigkeit.

    Nach diesem Schema messe ich seit "Urzeit" die Geschwindigkeit meiner Motoren und Motörchen . . . und die Regelung läuft dadurch mit bester Genauigkeit (z.B. hier). Zwar "nur" mit zwei Rädern plus Gleiter, aber bei mir ist das auch ein Allrad- (weil Einzelrad-) Antrieb.
    Also die Geschwindigkeitsregelung der einzelnen Motoren ist nicht das Problem. Ich benutze allerdings keine Encoder, weil die Motor-Getriebe-Einheit nicht geöffnet werden kann und ich desshalb keine Encoder anbauen kann. Dafür wird zum Messen der Geschwindigkeit die Spannung vom Motor weggenommen, 2ms gewartet und dann über den ADC die vom Motor (der jetzt als Generator läuft) erzeugte Spannung gemessen. Das ist zwar nicht ganz so genau, aber es funktioniert doch erstaunlich gut.

    Das eigentliche Problem ist das: der Mikrocontroller der für das Fahrwerk zuständig ist bekommt via I²C die Geschwindigkeiten für die beiden Vorderräder vorgeschrieben, um alles andere muss er sich selbst kümmern. Das heist, dass er die Geschwindigkeit mit der sich die Hinterräder drehen müssen selbst errechnet. Und das ist deshalb schwierig, weil weil die Geschwindigkeiten aller Räder ganz unterschiedlich sind, sobald der Roboter nicht einfach nur geradeaus fährt. In die Rechnung müssen also die Geschwindikgeiten der Vorderräder, der Knickwinkel, die Breite der Achsen und der Radstand sowie die Position des Knickgelenks miteinbezogen werden. Im Code spiegelt sich das so wieder, dass ein Modell des Roboters aus lauter Vektoren gebaut wird. Die Geschwindigkeit der Vorderräder wird dann als kleine Verschiebung und Drehung der Vektoren abgebildet. Zum Schluss wird geschaut, wo sich die Hinterräder befinden würden und daraus wieder die Vorgabegeschwindigkeit für die Hinterräder hergeleitet.

    Vorteil der ganzen Rechnerei (anstatt die hinteren Räder einfach frei drehen zu lassen) ist, dass der Roboter selbst wenn ein Rad den Grip oder gar Bodenkontakt verliert sich wie vorgegeben weiterbewegen kann.

  7. #7
    Benutzer Stammmitglied Avatar von robi2mow
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    Zitat Zitat von -schumi- Beitrag anzeigen

    Vom Gefühl in der Hand her auch nicht schlecht, allerdings lässt das natürlich auch eine Auslenkung längs der Feder zu. Da wäre so ein Gummi wohl doch besser. Hast du da ein passendes Schlagwort für den Kauf?
    Entweder noch ein kleines Seil in die Mitte (dann kann es nicht mehr in die Länge gezogen werden) oder echte Gummiaufhängungen (O-Ring oder Gummi Rundschnur)

    Zitat Zitat von -schumi- Beitrag anzeigen
    Kann jemand beurteilen, ob 1mm Dicke ausreichend ist? Habe gelesen, dass es ca. 4x so stabil wie Aluminium ist - also im Prinzip sollte es gehen, oder?
    Vom Zug her hält es leicht, aber ohne Formgebung (also flache Platte) biegt sie sich wie ein Karton.
    Dein Mähdeck müsste eigens laminiert werden (wie mein Aussengehäuse )

    Der Forum Editor nervt extrem, verschluckt Zeichen, Links will er nur am Textbeginn einfügen usw. gibt's da nichts besseres?
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  8. #8
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    Zitat Zitat von -schumi- Beitrag anzeigen
    Hast du da ein passendes Schlagwort für den Kauf?
    Schwingmetall
    z.B.
    http://www.rc-force.de/Gummipuffer-Silentblock-M5-Typ-B
    mfG
    Willi

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von -schumi-
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    Sorry für die späte Antwort, habe etwas Urlaub gemacht

    Zitat Zitat von robi2mow Beitrag anzeigen
    Entweder noch ein kleines Seil in die Mitte (dann kann es nicht mehr in die Länge gezogen werden) oder echte Gummiaufhängungen (O-Ring oder Gummi Rundschnur)
    Inzwischen habe ich auch eine bessere Feder gefunden, die lässt sich der Länge nach kaum auseinanderziehen (und auch nicht zusammenschieben). Und sie lässt sich perfekt auf eine M3 Gewindestange "aufdrehen", hält bombenfest. Ansonsten:
    Vielen Dank! Perfekt!


    Vom Zug her hält es leicht, aber ohne Formgebung (also flache Platte) biegt sie sich wie ein Karton.
    Dein Mähdeck müsste eigens laminiert werden (wie mein Aussengehäuse )
    Ja, inwischen habe ich eine ca. 0,7mm (geschätzt) Aluplatte erschnorrt (vom alten Arbeitgeber ), die erstaunlich stabil ist und das leicht mitmacht.


    Jetzt brauche ich nochmal eueren Rat:
    Meine Mähmotoren haben folgende Dimensionen: http://www.pollin.de/shop/downloads/D310552B.PDF
    Wie man entnehmen kann ist die Welle 3,175mm (ungeriffelt) bis 3,33mm (geriffelt, ganz vorne) im Durchmesser. Und ich habe erhebliche Schwierigkeiten, eine stabile und Symmetrische Verbindung zu schaffen. Das meiste haben die Motoren bisher nach ein paar mal Anlaufen einfach zerfetzt, aber jetzt habe ich folgenden Plan:
    • Man nehme eine hohle Gewindestange mit einem Lochdurchmesser von 3mm (So wie hier im Bild: http://de.hollandbikeshop.com/fahrra...adbremse-6269/ )
    • Der Länge nach ca. 15mm lang einschneiden (quasi spalten)
    • Das gespannte Ende etwas auseinanderbiegen, so dass die 3,33mm Welle reingeschoben werden kann
    • Von der anderen Seite eine Mutter draufschrauben (Die das Rohr wieder zusammendrückt und so die Welle fixiert)


    Mein Problem: Wo bekomme ich ein stabiles Rohr mit 3mm Innendurchmesser und Außengewinde her? Normale Gewindestange bohren funktioniert garnicht (mit meinen Werkzeugen, aka Akkuschrauber)... Es gibt so Zeug für Lampen, aber mit so großen Innendurchmessern, dass ganze Leitungen drin verlaufen können. Kabelstellschrauben finde ich nur in kurz oder ohne Angabe des Innendurchmessers.

    Schon mal Danke im Voraus für Tipps woher sowas zu kriegen ist

    - - - Aktualisiert - - -

    Doppelpost

    Mir ist eingefallen, dass ich ja noch Gewindeschneider für Außengewinde rumfliegen hab. Also mal badass-mäßig eins in einen Sechskant-Abstandsbolzen geschnitten . Das Gewinde mit 3mm herausgebohrt und daraus entstand der erste Prototyp:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Wellenbefestigung_Prototyp.jpg
Hits:	31
Größe:	57,5 KB
ID:	28842
    Hier kann man sehen, wie ich das meine. Es hält auch bombenfest, allerdings ist es nicht 100% gerade. Eine fertige hohle Gewindestange (hier M6) wäre mir immer noch am liebsten. Ansonsten muss ich das Gewinde selbst schneiden...

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist Avatar von -schumi-
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    Inzwischen habe ich eine recht gute Verbindung hinbekommen:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	newMounting.jpg
Hits:	22
Größe:	55,5 KB
ID:	28970
    Habe dafür ein Messingrohr mit 3mm Innen- und 6mm Außendurchmesser genommen und ein M6 Gewinde reingeschnitten. (Windeisen in den Schraubstock, Rohr in den Akkuschrauber, Getriebe auf Langsam und los! (Geschmiert mit Allround-Schmierspray) Nein, ich würde das nicht nochmal machen Das Gewinde ist zwar erstaunlich gut (man kann gleichzeitig gleichmäßig Druck in Längsrichtung ausüben), aber der Akkuschrauber wäre wohl bald abgeraucht...)


    Ich habe auf den Vorschlag eines Kommentarschreibers hin auch mal eine Fadenmähervariante ausprobiert
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	stringtrimmer.jpg
Hits:	21
Größe:	33,8 KB
ID:	28971
    Funktioniert im Prinzip auch, frisst aber leider sehr viel Energie (und ist durch die hohe Drehzahl auch lauter)


    Um die Vibrationen zu minimieren werde ich wohl Mähteller aus Alu lasern lassen (Und weil die Versandkosten so hoch sind die Abdeckung auch gleich noch dazu).
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	lasern.jpg
Hits:	16
Größe:	41,0 KB
ID:	28972


    Zudem arbeite ich im Moment an den Akkupacks (bzw. am ersten Prototyp). Das werden die Platinen im Akkupack um zwei Akkus (mit je 4 Zellen) mit Lade- und Endladesteckern (MPX) zu verbinden:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	akkuplatinen.jpg
Hits:	14
Größe:	53,8 KB
ID:	28973
    Garnicht so einfach das sammt Balanceranschlüssen auf 1*10.5cm hinzubekommen, aber die neuen Routerfunktionen in KiCAD sind verdammt genial.

    Ansonsten kann ich noch stolz berichten, dass ich in den Top 50 bin http://hackaday.com/2014/08/25/50-se...ackaday-prize/ (Allerdings gibt es keinerlei Infos zur Bewertung und die Liste ist auch nur alphabetisch)

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