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Thema: Mein Kunsttier (BEAM) mit Elektronik

Hybrid-Darstellung

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  1. #1
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo goara!

    Für mich nicht...

    Ich möchte nur um die Mechanik ausprobieren zu können eine einfache Elektronik verwenden. Voraussichtlich werden es nur zwei IC's aus der Serie CMOS 4000: ein durch Impulsgeber retriggerbarer Monoflop und eine H-Brucke aus Invertern. Ich möchte natürlich kein TTL-Grab bauen...

    Später, wenn Artanel niergendwo in meiner Wohnung stehen bleibt, wird ein µC verwendet um momentan noch nicht vorsehbare Sesoren anwenden zu können.

    Damit es erweiterbar ist, wird anfangs als undehnbare "Haut" eine leichte 20x13x6,5 cm große Frustückdose genommen. Den Antrieb möchte ich als leicht übertragbares in anderes Gehäuse Modul mit leicht an "stärker" wechselnbaren Motor fertigen, falls der Artanel zukünftig dazu kommenden Sensoren bzw. Solarpanelen nicht mehr tragen können sollte.

    MfG

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

    Ich möchte zuerst mit eifachen, sich zufällig bewegendem Sasim ("Solar Artificial animal SIMple") anfangen und ihn langzeitig ausprobieren (siehe Skizze). Beim positiven Ergebnis brauche ich nix komplizierteres basteln.

    Er soll sich beim Starten geradeaus vorwärts bewegen und wenn er am Hindernis gestoppt wird, sollte sich die Drehrichtung des GS umkehren und er soll bis zum nächsten Hindernis rückwärts fahren, wo sich die Drehrichtung wieder umkehrt, usw..

    In welcher Richtung er bei Rückwärtsfahrt dreht, ist (fast) zufällig. Der Kurwenwinkel und somit der Kurvenradius ist durch beiseitige Begrenzung festgelegt, damit er nicht im Kreis fährt.

    Um Hindernisse zu erkennen wird der GS ein Imulsgeber haben und es werden ausserdem Akuspannung, Ladestrom und Umgebungshelligkeit überwacht. Er soll eben bei höherem Ladestrom als Stromverbrauch stehen bleiben und warten bis der Akku voll wird.
    Code:
              AT
    
               |
               |
         .-----V------------------------.
         | .-------.    .-------.--|--. |   FR = freilaufendes Rad
         | | .---. |-\  |       | FR  | |
         | | |GS | |  \ |       '--|--' |   SC = Solarzellen
         | | '---' |   ||             | |
         | |   |   |   V|             | |   AT = Antriebsteil
         | |.--|--.|    |             | |
         | || AR  |#-o  |     SC      | |        GS = Getriebestepper
         | |'--|--'|    |             | |
         | |       |   A|             | |        AR = Antriebsrad
         | |.-----.|   ||             | |
         | || BG  ||  / |       .--|--. |        BG = Balancegewicht
         | |'-----'|-/  |       | FR  | |
         | '-------'    '-------'--|--' |        o  = Kugellager
         '------------------------------'
    
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
    Die Steuerung scheint mir einfacher mit mehreren kleinen paralell arbeitenden spezialisierten µC's (da nur 0,1 g in SMD) als mit Multitasking zu sein. Der Takt 12 kHz für SC kommt von HC, der mit internem Takt 48 kHz arbeiten wird. Der Sasim bekommt noch zusätzliches Getriebe 3,3 : 1, dass die gesamte Untersetzung vom Rotor des GS zum Antriebsrad ca. 600 : 1 wird. Ich werde auch noch versuchen den Stromverbrauch zu senken und das Optimum für mich im praktischen Test zu ermitteln.
    Code:
                                   -----.
         REF Spannung ------- C ->|     | vom
         Akkuspannung ------- C ->| HSC | Impulsgeber
         Ladestrom    ------- C ->|     |<-------+
         Tag/Nacht    ----------->|     |        |
                                  '-----'        |
                                     |           |
                                     |           |
                                     / 3         |
          C = Komparatoreingang      |           |
                                     |           |
        HSS = Hauptcontroller      -----.  2     |
                                  |     |       / \
         SC = Steppercontroller   | SC  |--/-->(GS )
                                  |     |       \_/
         GS = Getriebestepper     '-----'        |
                                                ===
                                                GND
    
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
    Erste Messungen des Stromverbrauchs mit einfachem SC haben gezeigt, dass ein GS bei Versorgungsspannung 3 V ca. 3,5 mA beträgt, aber bei 4,2 V leider schon das doppelte.

    Ich habe 6 Solarzellen wie skizziert verbunden und Ladestrom beim angeschlossenem Li-Po Akku ohne Schutzschaltung gemessen. Beim Streulicht 0,3 mA und unter direkter Sonnenstrahlung durch ein Fenster 30 mA. Es sind nur Richtwerte die stark von Tages- und Jahreszeit abhängen, da die o.g. Solarzellen bei direkter senkrechter Sonnenstrahlung bis zum dreifaches davon liefern können (max. 7V und 90 mA).

    Als Akku möchte ich einen bereits dafür um 2 g wiegenden 30 mAh Li-Po Akku mit selbst gebastelter Schutzschaltung anwenden: https://www.roboternetz.de/community...f%C3%BCr-Li-Po .
    Code:
           SCX = Solarzelle Panasonic BP-376634
    
         .---------------------------.
         |.---.      .---.      .---.|
         ||   |      |   |      |   ||
         ||SC1|      |SC3|      |SC5||
         ||- +|      |- +|      |- +||
         |'---'      '---'      '---'|
         | | |        | |        | | |
         | | +--------|-+--------|-+-|---> +
         | | +--------|-+--------|-+-|---> -
         | | |        | |        | | |
         |.---.      .---.      .---.|
         ||+ -|      |+ -|      |+ -||
         ||SC2|      |SC4|      |SC6||
         ||   |      |   |      |   ||
         |'---'      '---'      '---'|
         '---------------------------'
    
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)
    Geändert von PICture (18.06.2013 um 16:03 Uhr)
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  3. #3
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    Ich habe mir den Sasim provisorisch aufgebaut und ein bisschen getestet. Das hat zu folgenen Feststellungen geführt:

    1. Die drehbare Verbindung zwischen AT und Fahrgestell hat gezeigt, dass er sich fast zufällig bewegt, was mir sehr gefällt.

    2. Der GS mit gesamter Untersetzung um 900:1 finde ich optimal, weil er mit fast 1 cm / s fährt.

    3. Das Überwachen von niedriger Akkuspannung ist nicht nötig, weil ein Impulsgeber vom Motor reicht völlig aus. Wenn die Akkuspannung auf etwa 3,5 V sinkt, dreht der Motor unter normaler Belastung nicht mehr, weil er min. 3 mA braucht, was ich akzeptiere. Wenn der Motor sich in keiner Richtung drehen kann (beim Hindernis kann er eben bei ausreichender Akkuspannung unbehindert rückwärts fahren) sollte Sasim "schlafen gehen" und warten bis er beim vollaufgeladenem Akku zum "Weiterleben" geweckt wird. Sollte er auf einer dunkler Stelle stehen bleiben, kann ich ihn per Hand unter direkte Sonnenstrahlung stellen.

    Übrigens, ich habe den Stromverbrauch beim vollem Akku noch auf ca. 2 mA reduzieren können: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post560395 .

    Bisher habe ich den Fahrgestell für Sasim fertig. Um die einfachste Version prüfen zu können, möchte ich sie zuerst mit simpler Steuerung und variabler Belastung testen, ob das Prinzip realistisch ist. Sonst kann ich gleich zweimotorigen Artanel mit abwechselnd arbeitenden GS's, also gleichem Stromverbrauch basteln. Deswegen möchte ich mein k.T. zuerst mit 900 mAh Li-Po (mit Schutzschaltung) über längere Zeit rund um die Uhr testen.

    Ich habe alle Zustände und Übergänge für Sasim skiziert:
    Code:
    
         .--------------------.                           .---.
         |   __          __   |                           |   |
         |  /  \    F   /  \  |                           |   |
         | (IV=1|      (IR=1) | IR=0 & IV=0 OR L=1 OR T=0 |   |
         |  \__<        \__<  |-------------------------->|   |
         | .----. IV=0 .----. |                           | S |
         | |    |----->|    | |         A=1 OR T=1        |   |
         | | V  |      | R  | |<--------------------------|   |
         | |    |<-----|    | |                           |   |
         | '----' IR=0 '----' |                           |   |
         |                    |                           |   |
         '--------------------'                           '---'
    
          F = Fahren          A = Akkuzustand 1 = voll, 0 = nicht voll
    
            V = vorwärts     IX = Impulse     1 = kommen, 0 = fehlen
    
            R = rückwärts     L = Ladestrom   1 = grösser als Verbrauch
                                              0 = kleiner als Verbrauch
          S = Schlafen
                              T = Umgebungshelligkeit 1 = Tag, 0 = Nacht
    
    (created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de
    Es gibt nur drei stabile Zustände V, R und S. Zum Überwachen sind nur 4 Parameter: A, IX, L und T. Deshalb scheint mir sowohl Hardware als auch Software für Sasim simpel zu werden. Jetzt kann ich meinen Sasim robust aufbauen und Steuerprogramm erstellen. Hoffentlich melde ich mich wieder, wenn Sasim in meiner Wohnung schon "wandern" würde.

    Zuerst möchte ich mich jedoch nur auf dem Fahrprogramm (F Teil der Steuerung) beschränken und den 900 mAh Li-Po Akku (mit Schutzschaltung) anfangs mit Ladegerät laden, um sicher zu sein, dass Sasim in meiner Wohnung nicht wegen zu niedriger Akkuspannung stehen bleibt.

    Die erste Prüfung des Fahrgestells will ich aber ganz ohne Steuerung mit nur im Kreis fahrendem Sasim durchführen, um nicht um sonst Fahrprogramm zu erstellen.
    Code:
         .--------------------.                 .---.
         |   __          __   |                 |   |
         |  /  \    F   /  \  |                 |   |
         | (IV=1|      (IR=1) | IR=0 & IV=0     |   |
         |  \__<        \__<  |---------------->|   |
         | .----. IV=0 .----. |                 | S |
         | |    |----->|    | | Akku wechseln   |   |
         | | V  |      | R  | |<----------------|   |
         | |    |<-----|    | |                 |   |
         | '----' IR=0 '----' |                 |   |
         |                    |                 |   |
         '--------------------'                 '---'
    
          F = Fahren         IX = Impulse
    
            V = vorwärts        1 = kommen  0 = fehlen
    
            R = rückwärts
    
          S = Schlafen
    
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    Geändert von PICture (12.01.2013 um 03:35 Uhr)
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  4. #4
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    Hallo!

    Neues Jahr hat mir neue, einfachere Idee für Steuerung des Sasims gebracht, die ich skizziert habe und um Eure Beurteilung und melden eventuellen Denfehler bieten möchte, bevor ich damit anfangen würde.
    Code:
    
                                          Uc .---.    SZ = Solarzelle
                    +----------------------->|   |
                    |                        | K |    GC = Goldcup
                    |           +----------->|   |
                    |   .---.   |         Ua '---'    SC = Stepper-
         +----+-----+---|SS |---+------+       |           controller
        +|    |+    |   '---'  +|      |       |
       .---. ===    |     |     - Akku |       |      GS = Getriebe-
       |   | /-\ GC |    ===   ---     |       |           Stepper
       |SZ |  |     |    GND   -|      |       |
       |   | ===    |          ===     |       |      SS = Schutzschaltung
       '---' GND    |          GND     |       |           fürs Akkuladen
        -|        .---.              .---.     |
        ===       |SC |<-------------|   | INT |     HSC = Hauptsteuerungs-
        GND       '---'              |HSC|<----+           controller
                    |           +--->|   |
                    V           |    '---'             K = Komparator (im µC)
                   / \  Impulse |      |
                  (GS )---------+     ===
                   \ /                GND
                    |
                   ===
                   GND
    
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    Kurze Beschreibung der gehoffter Funktionsweise:

    Der Goldkap wird aus der Solarzelle geladen und wenn Uc > Ua wird, sollte der HSC den GS (ca. 2 mA) einschalten und danach abschalten, wenn die Impulse vom Drehgeber des Motors nicht mehr kommen. Der Komparator wird auch den Akku vor Tiefendladung schützen. Ich hoffe, dass solche einfachere Steuerung öftere, aber kürzere Pausen im Fahren als beim Volladen des Li-Po Akkus (30 mAh) bringt. Die Bewegung wird "automatisch" nur am Tag möglich.

    Vielen Dank fürs Anschauen und evtl. Antworten !
    Geändert von PICture (12.01.2013 um 03:44 Uhr)
    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!

  5. #5
    RN-Premium User Roboter Genie Avatar von 5Volt-Junkie
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    Hi

    so wie Du es beschreibst, sollte es eigentlich funktionieren.
    Leider verstehe ich das Zusammenspiel einzelner Komponente nicht ganz.

    Verstehe ich das richtig, dass die Steuerungselektronik mit dem Akku versorgt wird und die Motoren vom GoldCap? Wann und wie wird der Akku geladen?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hi 5Volt-Junkie !

    Es ist nur vereinfacht skizziert um evtl. gravierende Fehler zu entdecken. Ja das mit der Spannungsversorgung hast du richtig verstanden. Der Akku sollte per SS immer wieder von SZ nachgeladen werden, wenn der HSC definierte als niedrigste Spannung feststellt. In dieser Zeit werden beide Controller (SC und HSC) "schlafen" und der GS stehen.
    Geändert von PICture (02.01.2013 um 09:40 Uhr)
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  7. #7
    RN-Premium User Roboter Genie Avatar von 5Volt-Junkie
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    D.h. wenn der Akku immer leerer wird, werden sich die Zeiten fürs (ent-)laden verkürzen da die Referenzspannung mit der Zeit kleiner wird
    Hast Du die Möglichkeit beide Spannungen über AD-Converter des Mikrocontrollers zu vergleichen?

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