Basic(-Billig/-Baby) Mono Wheel

**mausi_mick** · 27.06.2008, 06:06

Hier möchte ich meine Vorarbeiten zu einem/r einfachen MonoWheel - Träger / Basis vorstellen.

Anders als bei dem hervorragenden und einzigartigen MonoWheel Projekt von Klingon77 und Murdoc_mm ist meine Zielsetzung wohl eine andere:

- Fahrwerk mit einfachen Werkzeugen (Säge, Feile etc.) und geringem handwerklichen Geschick erstellbar

- Materialkosten unter 60 €
- möglichst wenig Spezialbauteile

- Basis für verschiedene Antriebsarten / Gleichgewichtssteuerungen
- Antriebseinheit und Laufrad (für Änderungen) leicht trennbar

Um diese Ziele zu erreichen, habe ich mich für eine Leichtbauweise mit
geringen Abmessungen (Baby-Wheel) entschieden.
Gewicht / Masse : Gesamt: 620 g Aussenrad: 230 g.
Raddurchmesser (21,3 cm aussen, 14 cm innen)
Antriebseinheit: Länge: 14cm, Breite: 4,5 cm Motorkasten, 9cm Achslänge)

Mein erster Versuch ist mir doch etwas zu klein geraten (Baby-Wheel),
da hatte ich dann kaum noch Platz für Einbau Servo, Ausgleichgewichte etc
( siehe Foto Baby-Wheel).

Der Aufbau des Basic-Mono-Wheel ist sehr symmetrisch, zur Zeit experimentiere ich mit einem Schnurrollen/Riemenantrieb mit einem Motor, dessen Welle an beiden Seiten herausgeführt ist,
sodass der Antrieb auf beide Seiten verteilt wird.

Mein Traum wäre ein Direktantrieb durch einen asynchronen Kurzstatormotor (wie er in den Anfangszeiten des Transrapid bei Krauss-Maffei verwandt wurde, nur muss das MW nicht 250 km/h fahren muss und 8/14 t wiegt).
Meine bisherigen experimentellen Erfahrungen (Spulen wickeln) waren aber eher negativ (Drehfeld-Erzeugung ok( vielleicht zu wenig überlappend), Aluminium-Ring an/in Aussenrad als LIM (Kurzschlussläufer), Drehfeldwicklung links / rechts vom LIM mit geblechtem Eisenkern in Handarbeit problematisch). Hier müsste mal ein Experte ran (Ich glaube, an der UNI in Paderborn machen die sowas), der sich auch mit der Theorie auskennt (Wirkungsgrad, Polteilung, Abstand zum LIM, Normalkräfte).

Als Akku verwende ich 3 LiPos aus Handys, bei Ladung muss ich vorsichtig sein, da kein Platz für Balancer (habe aber Anschlüsse zugänglich gemacht). Aus ihm wird auch eine 5V (LM7805) für Steuerung erzeugt.

Gleichgewichtssteuerung:
- Experimente mit kardanisch aufgehängtem Pendel, das Servo für Ausgleichsgewichte über Asta/Mono ansteuert : Erfahrung negativ, da MiniPendel für mich nicht
mit meinen Werkzeugen/Erfahrung präzise zu fertigen (das wär was für Klingon77)
- Experimente mit Sharp-Abstandssensor GP2D120 und Linearantrieb für Ausgleichgewicht mit Motor/Ritzel/Zahnstange (angesteuert über Fensterkoparator): Erfahrung bisher noch nicht überzeugend, muss wohl Linearantrieb über H-Brücke ansteuern. Problem: Beim Anfahren / Fahren
ändert sich der Abstand Sensor - Boden auch bei Geradeausfahrt, da der Antrieb sich in dem Rad ja nach oben bewegt. Problem vermutlich mit zwei Sensoren lösbar.
- Experimente mit Neigungssensor: noch nicht in Arbeit.

- Steuerung Antrieb und Servo-/Linearantrieb über ATmega8 / 168 (wahrscheinlich mit ASURO-Entwicklungsumgebung) noch nicht in Arbeit

Durch die rotierenden "Massen" (Unterlegscheiben) an der 2. Welle
erhält das MW bereits eine recht gute Stabilität für Geradeausfahrten (Video bei YouTube: BasicMonoWheel), obwohl das Rad (Pollin) eine beschissene Lauffläche hat (Siehe Foto). Ich hab die zu glatte Oberfläche noch mit einem alten Fahrradschlauch beklebt, um ein Rutschen auf glatten Böden zu vermeiden.
Falls Interesse, kann ich noch ein paar (Konstruktions-) Skizzen ins Netz Stellen.

bisherige Materialkosten(ohne Porto) : (am 26.07.0

[am 26.03.09]

Antriebs Motor ca 3 € (Pollin ? / OPITEC ? ) 2mm Welle beidseitig
Motor für Linearantrieb ca 1 € (Pollin 37-310319) Braun PT
MiniServo ca 5 € (Conrad) [ entfällt, dafür LinAntrieb Motor 2 €]
Laufrad 210mm 1,50 (Pollin 37-440780)
Schnurlaufräder gross ca 10 € (Conrad)
Schnurlaufräder klein ca 2 € ( OPITEC)
Laufräder ca 2 € (OPITEC)
Wellen 4mm ca 1 € (OPITEC)
Kugellager 2x 1,20 (Pollin 37-440973) [ 6x ca 7€]
AluBlech 20cmx 20cm ca 5 €
Platinenmaterial ca 3 €
Akkus 3x alt aus diversen Handys (ca 1000mAh) 4x
Abstandssensor GP2D120 2x ca 11 € (CSD-Electronics) [ entfällt, dafür Neigungsensor 55€]
Gabellichtschranke 2x ca 3 € (aus Restbestand)
diverse Kleinteile ca 10 € [ ca 15€]

Gruß mausi_mick

PS: Anbei noch ein paar Bilder

**Klingon77** · 27.06.2008, 08:39

hi,

dann darf ich der erste sein, der Dir gratuliert!

Sieht wirklich sauber gearbeitet aus \

/

An der Felge scheinst Du einen recht hohen Abrieb zu haben.

Auf den Video´s:
http://de.youtube.com/results?search...rch_type=&aq=f
lauft es erstaunlich stabil.

Eine durchdachte Variante der Gewichts (Impulssteuerung) war es, diese auf einen Servohebel zu montieren und in die Basis liegend zu integrieren, so das sie nach links und rechts schwenken können.
Bei Deinem geringen Gewicht sollte ein doppelt gelagerter Servo da keine Probleme machen.

Weitere Detailaufnahmen würden mich freuen.

liebe Grüße,

Klingon77

**oberallgeier** · 27.06.2008, 08:53

KLASSE - da kommt ja allmählich Leben in die MW-Fanmeile

. Sehr schön! Das Ganze sieht ja schon mal recht ansprechend aus. Da wünsche ich Dir viel Erfolg bei dem Projekt und mir wünsche ich viel Informationen darüber (weil mich das interessiert) und bin gespannt wer dann der Erste ist, der über eine - sagen wir mal - 10-m-Fahrt mit seinem (autonomen) MW berichtet.

Ich glaube dass Dein Profilquerschnitt sehr gut ist - der hat eine schwache Krümmung, also einen grossen Radius, das trägt vermutlich zu der schön stabilen Fahrt in dem Video bei.

Denke bitte dran, dass das Teil entweder einen sehr tiefen oder einen sehr hohen Schwerpunkt braucht - der Schwerpunkt in der Nähe des Mittelpunktes des Laufrades macht das Ding ziemlich träge in den Eigenschwingungen und wird wegen des sehr geringen nutzbaren Antriebsmoments antriebstechnisch wohl etwas problematisch. Aus Deinem Bild CIMG0735-1.JPG meine ich einen Schwerpunkt eher in der Aussenrad-Mitte ableiten zu könnenmüssendürfen. Der Schwerpunkt weit oberhalb des Drehpunktes gibt dann ein inverses Pendel, das ein deutlich anderes Fahr- und Schwingungsverhalten hat. Einen ähnlichen Aufbau wie Du es grad machst hatte ja schon radbruch, siehe unten.

Sternthaler hatte im MW-Thread mal von einer Variante mit einer konventionellen (Fahr-) Radgabel und daran angehängten "Rucksäcken" gesprochen, dazu gibtes noch ne Skizze von lpw . . . . Radbruch hatte ja nach einen Versuch von mir zu Kreiselfragen auch so etwas Ähnliches wie Du aufgebaut und offenbar durch Versuche im Garten seine Nachbarn erfreut . . . . .

**mausi_mick** · 27.06.2008, 09:41

hi oberallgeier, Klingon77,

Danke für die Vorschusslorbeeren

das Baby-Wheel hab ich bereits aufgegeben (und z.T. demontiert), einerseits wegen des Schwerpunkts (ich hätte die Lipos noch etwas tiefer hängen können, aber dann hätte ich mir bei der Montage / Einbau noch was eifallen lassen müssen), andererseits wegen des begrenzten Einbauraumes für Pendelgewicht, Elektronik etc.
Begeistert hat mich eitgentlich das Aussenrad (vom Flohmarkt für 1 €):
Sehr leicht, guter Reibwert, gute runde Form, nur leider vom Durchmesser zu klein.

Das andere Rad von Pollin ist zwar grösser, aber wesentlich schlechter vom Reibwert und den Rundlaufeigenschaften. Vermutlich würde ich bei einem Neu-/Nachbau es mal mit einem Puppenwagenrad mit ca 25 cm Aussendurchmesser probieren (gibt's bei Ebay).

Das andere MW äuft recht stabil, werde aber noch etwas (Hebel/Riegel vorne(hinten) ) einbauen, sodass der Antrieb sich nicht mehr beim Umfallen aus dem MW lösen kann. Vielleicht kann ich da auch das Schleifen an der Alu-Felge reduzieren. Danach müsste ich dann eine Mimik für Kurvenfahrten testen , da meine Wohnung für Geradeausfahrt etwas begrenzt ist. Ich hab bereits mit Mini-Pendel und Servo getestet, war aber nicht beindruckt (vermutlich zu träge, Gewicht unpassend, Pendel verhakte sich ...) und auch einen Aufbau mit einem durch einen Linearantrieb (Zahnstange) bewegtes Gewicht, aber nur mit Zweipunktregler mit Hysterese (Fensterkomparator) und Abstandsensor zum Boden. Müsste wahrscheinlich 2. Sensor einbauen und Differenz links/rechts per Atmega auswerten und damit PWM-H-Brücke ansteuern.
Wird aber etwas dauern,
- da ich auch noch am Staubsaugerroboter (Robertina) weitermache(n sollte / wollte)
- und meine Frau sich eher über Silberschmuck freuen würde als solche
(für sie) eher unbrauchbaren Dinge

PS:
Eine andere Möglichkeit für Kurvenfahrten möchte ich auch mal testen,
und zwar getrennte Antriebsmotoren für die linke / rechte Seite.
Vielleicht kann man dann durch unterschiedliche Geschwindigkeiten links/rechts eine Neigung bewirken ??

**Klingon77** · 27.06.2008, 09:59

hi,

schau doch mal beim Fahradhändler Deines Vertrauens vorbei.

Murdoc_mm´s Felge ist eine 20".

Für Kinderräder gibt es die auch in kleiner.
Mit dem Vorteil, daß die Reifen oftmals sehr breit sind.

Alternativ mal auf dem Sperrmüll umschauen.
Wenn ich so mit meinem RTW über Land fahre finde ich immer wieder solche Kinderräder.

Die Speichen sind ja schnell entfernt.

Sag Deiner Frau einen schönen Gruß von uns (allen ?!).

Cerebrale Onanie (sehr frei übersetzt: "Geistige Selbstbefriedigung") ist seltenst Unnütz.
Wächst der Mensch doch auch an seinen Aufgaben...

\

/

Das mit den getrennten Antriebsmotoren (linke Seite; recht Seite) verstehe ich nun nicht ganz.
Dann müsstest Du den Antriebsträger in Laufrichtung teilen?

liebe Grüße,

Klingon77

**mausi_mick** · 27.06.2008, 12:45

hi Klingon77,

genau, ich würd eine getrennte Antriebswelle für links und rechts machen und dann die Drehbewegung über die Reibung machen (wird vermutlich furchtbar stinken).

Glaub auch nicht so ganz, ob das funktioniert bei den geringen Radabständen .

Auf dem Sperrmüll (bei uns Wertstoffhof) hab ich mir schon ein 12" Rad besorgt, mich nervt aber das Ventil (ca 4 cm hoch), das bei mir dann
in die Aluschiene reinreicht. Ich hab das Rad bereits entkernt (Speichen, Achse). Ich müsste dann den Alu-Ring entsprechend hoch machen (geht mir Nutzraum verloren und treibt den Schwerpunkt nach oben). Auch würde ich dann wohl 2 Alu-Ringe mit ca 1 cm Abstand verwenden.
Wäre vielleicht für den Kurzstator intersessant, wenn man dazwischen dann Eisenblechpakete legt (nur leider ist FE ziemlich schwer ...)
Daher versuch ich es jetzt erstmal mit Voll-Gummi?
Im Internet gibts so Puppenwagenräder für ca 5 € (+ 7€ Porto) , wenn ich
mich richtig erinnere, aber die Qualität sieht man erst, wenn mans in der Hand hält.

Gruß

mausi_mick

PS: bin gerade dabei , die Seilrollen mit den Rotationsscheiben "in Kugeln zu lagern".

**Murdoc_mm** · 27.06.2008, 14:52

Hi,

erstmal ein "Daumen hoch" auch von meiner Seite. Sieht sauber gearbeitet und gut durchdacht aus.

Ich möchte mal etwas auf die Videos eingehen. Dabei besonders auf dieses Schlingern (diese leichte hin- und herbewegung als obs gleich umfällt). Tritt das auch bei höheren Geschwindigkeiten auf? Wie sieht das Steuerverhalten allgemein bei höheren Geschwindigkeiten aus?

Weiter so (und nicht die Bilder ud Videos vergessen \

/ ).

Gruß

**Klingon77** · 27.06.2008, 16:11

hi,

das Ventil war bei uns auch ein Problem.
Wir haben es dann einfach mit Hilfe einer (oder zweier?) Hülsen im inneren weiter nach innen verlegt.

Kann auch sein, daß ich die Hülsen am Schluß raus genommen habe und diese durch eine Rändelmutter ersetzte. Bin da jetzt nicht mehr sicher.
Durch die Rändelmutter (gibt es bei jedem Fahrradhändler für ein paar Cent) wird das Ventil in der Höhe einstellbar.

liebe Grüße,

Klingon77

**mausi_mick** · 27.06.2008, 17:04

Hallo Murdoc_mm,

ich hab den Eindruck, dass kleinere Pendelbewegungen abgefangen werden, falls aber das MW eine gewisse Schräglage überschritten hat, kann es sich nicht mehr selbst stabilisieren.

Wodurch das genau ausgelöst wird , hab ich noch nicht rausbekommen, da das MW ja auch innerhalb des Rades hin-und herrutscht - die Reibwerte an den Rädern ( und an anderen Stellen ?) sind wohl nicht sehr homogen.

Mit höhren Geschwindigkeiten hab ich so meine Probleme, ich bekomme nur 3 LiPos unter , vielleicht kann ich an der Untersetzung noch was drehen.

Hab aber den Eindruck, dass die Geschwindigkeit und
auch die massebehafteten Räder sich positiv auf die Stabilität auswirken.

Mit nur 2 Lipos war das Ding wesentlich instabiler.
Die neuen (heute) Radsätze mit Kugellagern sind zwar von der Laufruhe recht gut, bringen aber hinsichtlich der Stabilität wenig - ich hab sie nicht ganz so schwer wie die anderen gemacht.

Gruß

mausi_mick

**mausi_mick** · 28.06.2008, 07:23

Nachdem ich gestern eher etwas pessimistisch war, was das Laufverhalten anging, wollte ich doch noch einen Versuch mit anderem Antriebsriemen machen.
Hab heut morgen den Akku voll geladen, anstelle der recht schlaffen Gummis ( es ist immer problematisch , wenn einem die Gummis ausgehen ) von der Welle mit den Gewichtsscheiben zu den Antriebsrädern aus 3mm/4mm breitem Gummiband (Zickzack?) aus der Nähkiste Antriebsriemen geknotet. Die liefen dann in den schmalen Schnurrollen eher senkrecht , aber sie sprangen auch an der Knotenstelle nicht direkt ab.

Fahrversuche waren erstaunlich gut, hab meistens so um die 3m - 5m geschafft, bevor das MW umkippte oder ein Gummi absprang.

Werd mal versuchen, die Gummis zu kleben oder zu nähen.
Oder gibt es andere / bessere Verbindungtechniken ? Vielleicht hat auch jemand damit bereits ( positive ) Erfahrung gemacht (meist hat man mit denen wohl eher negative. Normalerweise nutzt man das ja heutzutage nur eimmal ... )

Gruß

mausi_mick

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