Mein Kunsttier (BEAM) mit Elektronik

[PICture]

Hallo!

Um meine "Forschung" mit konkretem Ergebnis zu beenden, habe ich mir auf die schnelle ein einfaches mit Streulicht in meiner Wohnung solarbetriebenes k.T. (momentan "noname", weil ich nicht weiss, ob es überhaupt "lebensfähig" wäre) mit doppelseitigen Klebeband zusammengebastellt (siehe Code und Foto). Gesamtgewicht beträgt fast 80 g.

Es funktioniert wie vermutet sehr gut, aber mit seiner Geschwindigkeit um 0,1 mm / s macht mir keinen gehofften Spass. Nebenbei habe ich gelernt, dass so eine Konstruktion den Vorteil hat, dass sie sich nach ein paar Stunden selber zerlegt, was in dem Fall mich sehr erfreut hat, da unnötige Arbeit gespart und nix beschädigt ist.

Sorry, wenn das Foto unscharf ist, aber es wurde während Bewegung (0,1 mm / s) gemacht, weil wegen Gesamtgewicht, kein Abschalter vorhanden ist.

Danach habe ich das Antriebsrad Ø25 mm direkt auf der Motorwelle (Ø2 mm) befestigt und die Geschwindigkeit hat sich ca. 12,5 mal erhöht und mit ca. 1,25 mm/s wäre schon annehmbar, da gut sichtbar.

Der kleine 15 mAh Ni-MH Akku 2 x 1,2 V = 2,4 V ist als Strompuffer (8 mA, 32 ms Impuls pro Sekunde) und grober Spannungsregler für die Solarzellen, welche bei direktem Sonnenlicht zerstörerische für den Getriebemotor Spannung bis ca. 17 V liefern können. Der Vorteil ist, dass keine überschüssige Energie (nur beim vollen Akku), wie bei einem Kondensator verloren geht.

Praktisch bei bedecktem Himmel in meinem Zimmer kann ich bei den drei "grossen" dünschicht Solarzellen mit einer Fläche von ca. 100 cm² nur mit Solarenergie um 1,8 mW rechnen. Mein Traum mit "solar perpetuum mobile" ist deshalb momentan nicht realisierbar, weil es noch 90 % der dazu nötiger Energie fehlen bzw. müsste ich dafür ca. 1 m² grossen Solarpanel verwenden.

Weil der originaler Controller aus Quarzuhren sich für variable Belastung nicht eignet, habe ich entgültig mein Traum vorübergehend auf Eis gelegt und möchte akkubetriebenen Artanel weiter basteln. Voraussichtig würde er bei 2,4 V (zwei Ni-MH Akkus) um 25 mA brauchen.

Als Fahrgestell möchte ich das beim Artan ausprobiertes verwenden, wobei das Gummipfaden durch zweiten Getriebemotor ersetzt wird.

     .-----------------------.
     |                       |     AR = Antriebsrad
     |  um 90°  .-.          |
     |  drehbar |A| .--.     |     FR = freilaufendes Rad
     |         -|o|-|GM|     |
     |          |R| '--'     |     GM = Getriebemotor
     |          '-'          |
     |                       |
     |                       |
     |                       |
     |                       |
     | .-.               .-. |
     | |F|               |F| |
     |-|-|-             -|-|-|
     | |R|               |R| |
     | '-'               '-' |
     '-----------------------'

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[PICture]

Hallo!

Momentan bastle ich das Fahrgestell für mein k.T. (Artanel), habe mir aber schon Gedanken über Steuerprogramm gemacht und Zustände von meinen "Mealy Automaten" skizziert. Ich bin Euch sehr dankbar fürs Finden meiner Denkfehler und alle "verückte" Ideen die es noch vereinfachen könnten. Ich werde mich auch gerne bemühen alles Unverständliches zu erklären.

     .-------------------------------------.
     |           _                         |
     |  F       / \                        |
     |         (B=0)  +----------------+   |
     |          \_<  /                 |   |
     |         .---.<        .---..    |   |
     |         |   |   B=1   |   |     |   |
     |   +---->| V |<--------| Z |     |   |
     |   |     |   |         |   |     |   |
     |   |     '---'    B=0 /'---'     |   | A or L=0  .---.
     | .---.     |    .---.<   A     .---. |---------->|   |
     | | T |     |B=1 | T |    |     | T | |           | S |
     | '---'     |    '---'    |B=1  '---' |<----------|   |
     |   A       V   /         |       A   | A and L=1 '---'
     |   |     .---.<        .---.     |   |
     |   | B=0 |   |   B=1   |   | B=0 |   |
     |   +-----| L |-------->| R |-----+   |
     |         |   |         |   |         |
     |         '---'         '---'         |
     '-------------------------------------'
     Zustände                   Änderungsbedingungen
     F = Fahren                 B = virt. Bumper  B = 0 freie Fahrt
         V = vorwärt                              B = 1 Hindernis
         Z = rückwärs (zurück)  A = Akku          A = 0 leer
         L = links                                A = 1 voll
         R = rechts             L = Aussenlicht   L = 0 dunkel
                                                  L = 1 hell
     S = Schlafen               T = Dauer (Zeit)

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Hallo!

Ich habe mir versuchsweise einen solarbetriebenen Artanel ( Gesamtgewicht um 45 g) aufgebaut und praktisch ausprobiert (siehe Skizze und Foto). Das Ergebnis ist zwar neutral, zeigt jedoch deutlich, dass der BEAM-er zu schwachen Getriebestepper (GS) hat um wie von mir gewünscht auf Teppichboden zu "fahren". Er bewegt sich eben nur beim Stromimpuls 1 mal pro Sekunde hin und danach rollt zurück, bleibt also "zuckend" im Sekundentakt auf gleicher Stelle stehen.

Als positiv könnte ich anerkennen, das breite glatte Räder und Lager aus Kunststoffrörchen von Wattestäbchen auf Stecknadel besser als dünne Räder mit stellenweise bremsenden Kugellager aus Metall sind (auch wegen Gewicht). Jetzt habe ich also zwei Getriebemotoren: aus Quarzuhr der durchschnittlich 0,25 mA (bei 2 V 0,5 mW) und BLDC mit 25 mA (bei 2 V 50 mW) braucht. Die optimale für mich Lösung liegt also irgendwo dazwischen und beim Artan für ca. 4 mW ermittelt wurde.

Deswegen bevor ich weitermache, muss ich noch viel Überlegen und Experimentieren, vor allem versuchen andere Steuerung erstellen, die mit max. 2-3 mA mein Spielzeug, wie gewünscht antreiben könnte.

                     R1 10k
                      ___
               DS  +-|___|->|-+
                   |       D1 |
       +-----+->S--+----------|---+---+
       |     |     |          V   |   |
      +|    +|    +|        D2-   |  /+\
     .---. .---.   - A1       | |/  ( M )
     |   | |   |  ---         +-| T1 \-/
     |S1 | |S2 |   |            |>    |
     |   | |   |  +|              |  /
     '---' '---'   - A2           +-| T2
      -|    -|    ---               |>,
       |     |     |                  |
       +-----+-----+------------------+

       SX = dünnschicht Solarzelle (37x66 mm)

       AX = Ni-MH Akku 15 mAh (Ø12x3 mm)

        M = Getriebemotor aus Quarzuhr

       DS = 1N5817 (Schottky Diode)

       DX = 1N4148

       TX = (2S)C945, weil sie zur Hand waren

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[Manf]

Daten: Motortyp: bipolar, 5V/Phase, 290 Ohm/Phase, 15 mA/Phase, Start/Stop Frequenz min. 200Hz, max. Betriebsfrequenz 600Hz, dyn Drehmoment (200Hz) typ. 1,3 mNm, stat. Drehmoment Mg (5V) typ 4mNm, Schrittwinkel Motor 60 grad, am Abtrieb 0,33 grad, Getriebe 1:180, Drehwinkel am Abtrieb auf 315 grad intern begrenzt.
Maße: Welle 0,5 x 8 mm, Gehäuse (BxHxD) ca. 31 x 28 x 9 mm

http://www.ebay.de/itm/SWITEC-R-Schr...#ht_500wt_1324

Ich will hier noch mal einen anderen Motorentyp ansprechen, den Instrumentenstepper.
Der Link ist spontan und zufällig gewählt weil eben gerade hier ein paar Daten dabei stehen.
Die 15mA sollten nicht abschrecken, die fließen nur wenn ein Schritt gemacht wird.
Interessant ist eben das Getriebe das für die Anwendung Zeigerbewegung vorgesehen ist und die erste Stufe bildet.
Man wird ein weiteres Getriebe nachschalten wenn man nicht den Zeiger sondern das Fahrzeug damit bewegen will.

[PICture]

Hallo!

Oh Man(f), warum findest du bisher immer etwas interessantes für mich.

Ich habe sie gekauft, mit PayPal bezahlt und der Verkäufer hat's schon als verschickt markiert. Jetzt brauche ich nur warten.

Ich weiss wirkich nicht, wie ich dir danken könnte !

Hurra, die gekaufte Motoren sind da ! Dabei sind Datenblatt und ansteckbare rote 20 mm lange Zeiger, die sehr hilfreich bei Erstellung einer Steuerung sind.

Als erstes habe ich einen davon auf die Waage gelegt und bin fast umgefallen: 6 g !!! Gemessener Spulenwiderstand beträgt 280 Ohm.

Danach habe ich ihn geöffnet und fotografiert, damit ich ihn später hoffentlich wieder zusammenbauen könnte (siehe Fotos). Erst jetzt kann ich nach Entfernen der Drehwinkelblokade versuchen ihn zu bewegen. Dabei ist aber grösster Vorsicht notwendig, weil bei mir ein Versuch mit Hand sie auszubrechen, hat zum Entfernen von drei Zähnen aus dem dünnem Zahnrad geführt.

Somit, wie schon erwartet, verlängert sich meine Spielerei mit schweizerischem Uhrwerk. Die übrige zwei Motoren werden so lange nicht geöffnet, bis ich eine sichere und von mir ausprobierte Lösung finde. Ich möchte die nicht existierende, aber wirksame wegen fehlenden Zähnen, Drehwinkelbegrenzung mit Industriekleber zurück ankleben. Und das ist mir gelungen.

Bis der Kleber hard wird, habe ich schon eine optimale Lösung gefunden und erfolgreich angewendet (siehe 3. Foto). Als Werkzeug habe ich einen 0,5 mm dicken Sägeblatt aus kleiner Metallsäge benutzt, weil er gerade zur Hand war.

Ich habe durch Drehen des mittleren Zahnrads folgene Überetzungen ermittelt:

Motorwelle : mittleres Zahnrad = 15 :1
Mitleres Zahnrad : Ausgangsachse = 12 :1

Das ergibt vom Verkäfer angegebene gesamte Untersetzung 180 : 1.

Ich habe für mich gewünschte Schrittfrequenz (laut Datenblatt: min 200 Hz, max 600 Hz) beim Getriebe (180 : 1) und von mir ermittelte durch Umschalten der Spulen bei 5 V per Hand auf 4 Schritte / Umdrehung (Schrittwinkel 90°) wie folgt geschätzt:

F = Antriebsrad mit 1 U / 2s = 0,5 Hz * 180 (Getriebe) = 90 Hz * 4 Schritte / U = 360 Hz

Ungefähr so werde ich es anfangs programmieren und eventuell später das praktische Optimum für mein k.T. suchen, weil Software am leichtestem zu ändern ist. Als steuernder µC ist schon vorhandener PIC16F648A mit internem RC Oszillator 48 kHz (CPU Taktfrequenz = 12 kHz) vorgesehen.

Der Getriebestepper wird so direkt aus µC (2 Pins) angesteuert:

                   C1 4µ7

                    +[/         S1M
            S1C >----[|-----------+
                     [\           |
     vom µC                       |
                    +[/  S2M      |
            S2C >----[|----+      |
                     [\  .-|------|-.
                         | C| / \ C||
                   C2 4µ7| C|(SoN)C|| Getriebestepper (GS)
                         | C| \_/ C||
                         | |      | |
                         | +------+ |
                         '-|--------'
                          ===
                          GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Bei C1 = C2 = 2,2 µF und zusätzlichem Getriebe 3,3 :1 (gesamt um 600 :1) dreht er genügend stark zum Bewegen vom ca.100 g wiegenden Sasim mit ca. 2mA bei um 4V.

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Hallo!

Meine bisherige für mich einfachste Steuerung für Artanel habe ich skizziert. Der HSC wird mit internem RC Oszillator 48 kHz (CPU Takt 12 kHz) und die beide SCX's mit externem Oszillator (aus HSC 12 kHz) und 3 kHz CPU Takt arbeiten.

Um Strom zu sparen habe ich beide SCX's mit MANX = 0 in Schlaf geschickt und nur beim Bedarf mit MANX = 1 aufgeweckt. Mein Messgerat mit Auflösung von 1 µA zeigt beim abgeschaltetem GS (MAN = 0) kein Stromverbrauch.

Für mich wichtigster Vorteil der Lösung mit mehr µC's ist, dass die Steppercontroller (SCX's) durch Unterbrechungen von HSC nicht gestört werden. Dazu kommen später noch bei HSC nötige Einheiten (z.B. Sensoren).

                                         HSC = Hauptcontroller

               VCC                       SCX = GS-Controller
                +
                | | | | | | | | |    1 = CLK = Takt für SC1 und SC2 (12 kHz)
               .-----------------.
               |                 |   2 = MAN1 = Motor1 an=1, aus=0
               |       HSC       |
               |                 |   3 = MLR1 = Motor1 Drehrichtung rechts=1, links=0
               '-----------------'
                | | | | | | | | |    4 = MAN2 = Motor2 an=1, aus=0
               ===  | | | | |
               GND  | | | | |        5 = MLR2 = Motor2 Drehrichtung rechts=1, links=0
                   1|2|3|4|5|
      GND       VCM | | | | |  GND       VCM  = Versorgungsspannung
      ===        +  | | | | |  ===        +
       | .-----. |  | | | | |   | .-----. |     der GSX = Getriebe-
       +-|     |-+  | | | | |   +-|     |-+               Stepper
        -|     |    | | | | |     |     |-
        -|     |<---+-|-|-|-|---->|     |-
        -| SC1 |<-----+ | | +---->| SC2 |-
        -|     |<-------+ +------>|     |-
     +---|     |---+          +---|     |---+
     | +-|     |-+ |          | +-|     |-+ |
     | | '-----' | |          | | '-----' | |
     | |S1P _ S2P| |          | |S1P _ S2P| |
     | +-->/ \<--+ |          | +-->/ \<--+ |
     |S1N (GS1) S2N|          |S1N (GS2) S2N|
     +---->\_/<----+          +---->\_/<----+

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Ich habe einen SCX (14-pinnigen PIC16F630) mit 12 kHz RC Oszillator programmiert und festgestellt, dass der instrumentaler GS bei VCC ab 2,5 V sich einwandfrei in beiden Richtungen, wie geschätzt, mit ca. 1U / 2s und Stromverbrauch um 2 mA dreht. Der Anlaufstrom ist kaum grösser. Bei einem LiPo Akku (3,7 V) nimmt er um 5 mA.

Weiter kann ich den GS erst in fertigem Fahrgestell prüfen, sieht aber unerwartet sehr gut aus, sogar für 2-zelligen (2,4 V) NiMH Akku. Falls es nötig wäre, würde ich noch zusätzliches Getriebe basteln und eventuell die Drehzahl softwaremässig erhöhen.

Der gebremste instrumentale GS nimmt leider kaum mehr Strom. Deshalb kann ich ihn nicht für vertuellen Bumper nutzen und muss Impulsgeber aus Magnet und Reedkontakt an seiner Ausgangsachse anwenden.

Der von mit gebastelter GS angeschlossen an den gleichen SCX bewegt sich gar nicht. So ist die Auswahl sofort getan und kann ich meinen gebastelten GS vergessen.