Vierrad m. Knicklenkung u. Selbstbaudiff. -abgeschlossen

[Thoralf]

sorry, Nachtrag

"Ll ....Länge vom Scharnierdrehpunkt bis zum Mittelpunkt der Lenkachse "

mit Lenkachse meine ich die, wo die gelenkten Räder drauf sitzen

[Searcher]

Hier das angekündigte Video. Leider verschmiert mir youtube das Bild. Ob die mit dem Kontrast nicht klarkommen? Hoffentlich kann man noch genug erkennen. Werd das bei Gelegenheit updaten.

http://www.youtube.com/watch?v=Fqwm_yNKxoM

Wie man sieht, ist es noch in der Prototypphase und es gibt noch genügend Abstimmungsbedarf um eine ruhigere Fahrt zu erreichen.

Ein paar Daten
Gesamtlänge: 20cm
Spurbreite: 8cm
Achsabstand: 12cm
Abstand Voderachse bis Lenkachse: 4,5cm
Durchmesser Räder vorne: 4,5cm, Räder hinten: 7cm
Gewicht ca. 550g (Haupsächlich Batterien und das Verbindungskabel zwischen Vorder- und Hinterteil )

Ich hätte die Lenkachse gern in die Mitte gelegt; das hätte allerdings zu einem kompletten Redesign geführt oder aber zu einem überlangen Fahrzeug. Verwendung des Diff.Getriebes war ein Muß. Mal sehen wie das nächste wird.

Thoralf, danke für Deine Ausführung. Das muß ich erst mal sacken lassen. Im Grunde hab ich nach dem Try und Error Prinzip drauflosgebaut und und mir keine großen Gedanken über die Kraft- und Hebelverhältnisse gemacht.

Eins ist jedoch klar: 90 Grad Lenkeinschlag ist nicht sinnvoll. Er liegt jetzt bei etwa 45 Grad und da kann man schon die Mühe erkennen, die es hat um voran zu kommen. Die rechte äußere Kurve im Video hat einen Durchmesser von 27cm (Mitte Linie bis Mitte Linie) und es scheint da auf den maximalen Einschlag geregelt zu haben - werd ich nochmal genauer unter die Lupe nehmen. Das Ding läuft erst seit gestern Abend.

Die mal von mir geschätzt mechanisch erreichbaren 90 Grad war bei dieser Konstruktion wohl doch etwas sehr überoptimistisch. An Zahnräder hab ich bisher noch nicht gedacht. Muß mal sehen ob sich das mit Low Tech verträgt. Werd da aber früher oder später wohl nicht dran vorbeikommen

Gruß
Searcher

[Searcher]

hab ein paar Modifikationen vorgenommen und das Teil fährt die Strecke nun mit doppelter Geschwindigkeit recht gut?

Am meisten hat die Verlagerung der Sensoren nach weiter vorne gebracht. Um Schlingerbewegungen zu vermeiden, dämpft am CV Eingang des NE555 ein relativ großen Kondensator die Spannungsschwankungen. Das hat aber negativen Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Hier gibt es ein Balanceakt zwischen Geschwindigkeit und engstem Kurvenradius und ist noch ein Riesenfeld zum Experimentieren.

Neues Video: http://www.youtube.com/watch?v=ZuuBcwR_nTw

Gruß
Searcher

[Searcher]

Hallo zusammen,

weil ich noch ein bißchen mehr aus dem SgGD herausholen möchte, bin ich an der Komplettüberarbeitung desselben. Hier der neue Schaltplan der microcontrollerlosen Lenkungselektronik.

Neue Schaltung, da die alte Schaltung gewisse Macken hatte, zB war die Pulsweitensteuerung für den Servo über den CV Eingang des NE555 nicht symmetrisch genug. Da hatte ich noch 'ne Weile rumexperimentiert, bin aber auf keinen grünen Zweig gekommen.

Die neue Schaltung ist sicher auch noch nicht ideal, aber die ersten Fahrtests zeigten, daß sich der Aufwand gelohnt hat.

Der NE555 wird jetzt nur noch als Taktgenerator mit ca. 330Hz eingesetzt und liefert sein Ausgangssignal an einen CD4017B. Durch die Verbindung von O6 mit Reset beginnt der 4017 nach jedem 6. Takt neu zu zählen und somit wird O4 (oder O0, O1 ..) etwa alle 18ms HIGH (1/330Hz * 6) - etwa die Zeit, in der der Servo sein Steuersignal braucht.

Das Steuersignal wird mit OpAmps (LM324) aus einem Dreiecksignal gewonnen. Das Dreiecksignal stammt auch vom NE555 und wird am Timingkondensator C1 abgegriffen und U4 zugeführt. Es ist zwar kein ideales Dreieck, reicht aber hier vollkommen aus. Es wurde bei Bauteildimenionierung darauf geachtet, daß ansteigende und abfallende Flanke möglichst gleichlang sind. Bei 6 Volt Versorgungsspannung hat es eine Höhe von 2 Volt Spitze Spitze und bewegt sich zwischen 2 und 4 Volt.

An U1 kommt die Spannung von der Linienfolgesensorschaltung mit LM386 an, die von der alten Schaltung übernommen wurde. Die ist zusammen mit den IR-LEDs so eingestellt, daß sie um die Mittenspannung des LM386 etwa +-0,5Volt schwanken kann. Mit Balance_Trimmer_1 kann man den OpAmp auf die Mittenspannung justieren und das Servo in Geradeausstellung bringen (PW=1,5ms). R6 und C3 dienen der Unterdrückung von zu heftigen Lenkausschlägen/Schlingern des Vehikels.

Der Ausgang von U1 liegt an U4, der dort dann mit der Dreieckspannung die Servopulsweite erzeugt. Bei 330Hz ist die Periodendauer ca 3ms. Ist alles richtig eingestellt, wird bei Geradeausstellung das Dreieck in der Mitte abgetastet und erzeugt somit am Ausgang von U4 Pulse von 1,5ms Dauer.

D1, D2 und U5 bilden ein UND-Gatter, das alle 18ms - Timing vom 4017 - die Pulse von U4 zum Servo durchläßt.

Warum CD4017? -Den hatte ich gerade hier. Irgendwas mit Enable Eingang wär bestimmt einfacher gewesen.


Fragen, Verbesserungen, Zweifel und Kommentare immer willkommen.

Gruß
Searcher

[Richard]

Eifach genial was Du da so baust. Obwohl Dein "Gummidifferezial"
schlägt einfach alles und das auch noch mit "Haushaltsmitteln". Du
hast dir echt Respekt verdient!

Gruß Richard

[Searcher]

Das geht runter wie Öl. Danke Richard!

Weil die Elektronik jetzt gut funktioniert und noch einige Ansatzpunkte für Regelungsbeeinflussung bietet, experimentiere ich jetzt mit den Liniensensoren.

Insgesamt läuft der überarbeitete SgGD auf meiner Teststrecke wiederum etwas schneller (mehr als 30 cm/s). Aber wie schon im alten SgGD, schließen sich bei schnellerer Fahrt ein schnelles Einlenken bzw. ineinanderübergehende Kurvenrichtungswechsel und ein ruhiges Fahrverhalten ohne Hin- und Her- Zittern (das sich bei zu scharfen Einstellungen zu unkontrolliertem Schlingern aufschaukelt) aus.

Um da noch zu optimieren experimentiere ich jetzt mit den Liniensensoren.
- Abstand zum Boden
- Abstand nach vorne
- Abstand der beiden Photodioden voneinander (Abtastung der Linie, des Randes, ...)
- Helligkeit der IR-LEDs, die die Strecke beleuchten
- Photodioden mit verschiedenen Öffnungswinkeln
- ...

Optimal wär eine sofortige Umsetzung der Sensorwerte in den Lenkeinschlag zu erreichen. Das Haupthindernis ist da der Servo, der, nachdem er nur alle 20 ms seinen Steuerimpuls bekommt, auch noch eine Zeit benötigt, bis er das Steuersignal entsprechend in Bewegung umgesetzt hat.


Gruß
Searcher

[Searcher]

Ein Gedanke, der meine Linienfolgebasisuntersuchungen in einem für mich ganz neuem Licht erscheinen läst, überfällt mich gerade.

Das einfache Linienfolgesystem scheint ja darauf ausgerichtet zu sein, daß mit Hilfe der Lichtsensoren ein Vehikel solange ausgerichtet wird, bis die Sensoren wieder ihre Sollposition über der Linie erreicht haben.

Bei einer geraden Linie ist das einfach; Ungenauigkeiten des Fahrwerk beim Geradeauslauf lassen sich relativ einfach kompensieren.

Interessant wird es in der Kurve.
1. Sensoren melden Ungleichheit
2. Steuerung regelt, bis Ungleichheit verschwindet.

Und hier gibt es sicher noch Optimierungspotential. In dem Augenblick wo die Ungleichheit verschwindet, ist das der gleiche Fall, wie bei einer Geradeausfahrt obwohl die Kurve noch nicht zu Ende ist. Die Sensoren melden im nächsten Augenblick wieder Ungleichheit und es muß praktisch wieder von Geradeauslauf bis Kurvenkrümmung nachgeregelt werden.

Auch wenn das bei Lenkung über einzeln getriebene Räder fast Übergangslos geht, macht sich das bei meiner Servolenkung sehr stark bemerkbar.

Idee ist also, noch irgendwie durch weitere Sensoren festzustellen, ob sich das Gerät noch in der Kurve befindet und, noch besser, welche Krümmung diese hat und den Lenkeinschlag dementsprechend hält.

Falls ich das richtig beurteilt habe, hoffe ich damit der Verbesserung des Fahrverhaltens meines SgGDs näherzukommen. Fehlt "nur" noch die Umsetzung

Wenn ich bei Linienfolgeprofis damit offene Türen einrenne, mag es für andere bestimmt überlegenswert sein.


Gruß
Searcher

[uwegw]

Damit kommst du jetzt langsam in den Bereich, wo eine digitale Regelung deutliche Vorteile bietet. In der "Königsklasse" der Linenfolger, wo die erreichte Geschwindigkeit praktisch nur noch durch die Bodenhaftung in den Kurven bestimmt wird, sind ja mittlerweile Sensoren mit 16 Kanälen üblich. Damit kann man die Lage der Linie schon mal sehr exakt feststellen, und muss sie nicht immer genau in der Mitte des Sensors halten. Das dürfte deinem Aufbau sehr entgegenkommen, da du ja längst nicht so gut reagieren kannst wie beim klassischen Zweiradaufbau, der sich ja durchgesetzt hat. Es reicht, wenn die Linie gerade noch so vom Sensor erfasst wird.
Als weitere Aufbaustufe könnte man im Mikrocontroller die Lage der Linie bei den letzten Messungen abspeichern, um daraus dann eine Art Vorhersage für die Zukunft treffen zu können.
Als weitere Sensorlösung käme auch noch eine Kamera in Frage, mit der man dann wirklich vorausschauend auf kommende Kurven reagieren könnte..

[raggy]

Hallo Searcher
Zuerst einmal finde ich die Idee,Prima und sieht auch gut aus.Mit der Lenkung finde ich ,ist überlegenswert.
Ich habe einen Roboter gebaut mit Zwei RB35 Motoren und von Maerklin 90mm
Traktorraeder die setzen soviel Kraft um das der Roboter notfalls die Wand hoch geht.Das vordere Stützrad 50mm Doppeltrolle von einem Bürostuhl dreht sich selbststaendig,lenkt mir aber nicht schnell genug.
Da hab ich meine Probleme mit.
Schau mal bei den Modellbau nach Ackemann Lenkung bzw. Trapetzlenkung nach,eventuell hilft es Dir weiter

Gruß raggy

[Searcher]

Damit kommst du jetzt langsam in den Bereich, wo eine digitale Regelung deutliche Vorteile bietet

Das seh ich auch so und es wird wahrscheinlich nicht mehr so lange dauern bis ich mich da versuche.

Mittlerweile is der HW Aufwand für die Elektronik seit den Anfängen doch um einiges gestiegen und ich komme immer weiter weg von der minimalistischen Lösung.

Auf der anderen Seite hat mich irgendwie der Ehrgeiz gepackt, da noch was rauszuholen. Je weiter ich da rumtüftle, desto mehr Abgründe tun sich auf Wegen der nicht so üblichen Knicklenkung und der Anordnung der Sensoren (ca. ein Achsabstand vor dem Knickpunkt) ergeben sich auch noch bei verschiedenen Kurvenradien verschiedene Lagen der Sensoren über der Linie.

Angenommen in einer langgestreckten Rechtskurve nimmt Sensor die Linie auf - Zeit vergeht bis Lenkung eingestellt ist - Fahrzeug hat sich fortbewegt - Sensor befindet sich wieder über Linie - "alles gut"

Ist die Rechtskurve eng, ist der Lenkeinschlag größer und die Sensoren befinden sich aufgrund der Fahrzeuggeometrie zu weit rechts der Linie und es muß etwas gegengelenkt werden - der Anfang vom Schlingern.

Da bin ich grad noch am überlegen, ob man das nicht vielleicht kompensieren könnte, durch zwei weitere Sensoren, die irgendwo zwischen Knickpunkt und Vorderachse den vorderen Sensoren entgegenwirken. Auch der Gedanke an mit Schrittmotor verstellbare Sensoren oder Lenkeinschlag abhängige Geschwindigkeitsregelung kam auf.

Ich find das alles so spannend, daß ich den MC Einsatz immer weiter rausschieb, obwohl damit Abstimmungen sicher viel bequemer durchgeführt werden könnten. Aber auch der Entwurf der analogen Schaltungen macht mir noch Riesenspaß. Mal sehn wie es weitergeht...

@raggy: Danke für das Lob. Wegen der Lenkung: Die Wahl fiel auf Knicklenkung, da mechanisch am einfachsten zu realisieren (ich versuch alles mit einfachen Mitteln selbst zu bauen) und weil ich glaube damit engere Kurven zu fahren zu können als mit anderen Lenkungsarten. So ein Dreirad hab ich auch schon mal gebaut aber nicht sehr weit optimiert. Damals war ich zufrieden, daß es ohne besondere Ansprüche funktionierte. Hier, mit der Servoknicklenkung kommt es mir vor, daß wohl alle Schwierigkeiten, die bei anderen Konzepten auf ein Minimum eingeschränkt werden, verstärkt werden

Warum lenkt Deiner zu langsam? Liegts an der Gesamtgeschwindigkeit oder an der Steuerung?

Gruß
Searcher