Kletterroboter als Erstlingsprojekt einer Maschineningenieurin

[Richard]

Ich sehe das Prinzip Klettern mit Kleber eher etwas skeptisch zum versetzen der "Füße" muss der Kleber immer neu verflüssigt werden UND dabei an den Füßen nicht an dem "Untergrund" haften bleiben und das bei jedem Schritt. Wer schon einmal versucht hat mittels Heißkleber etwas auf Glas oder Fliesen zu befestigen weiß das sich auf diesen Flächen sofort ein Kondenswasser Film bildet der eine feste Verbindung entgegenwirkt. Schmutz und Staubpartikel auf dem zu überwindenden Objekt sind für Klebe Verbindungen auch suboptimal. So ein Kletter Roboter mit Unterdruck und Saugfüßen ist hier vor kurzen vorgestellt worden (sollte sich noch Finden lassen), der sich recht gut an einem Fenster hochgehangelt hat. Der Kleber muss auch bei Kühlem Untergrund so lange Heiß gehalten werden bis sich ein Temperatur Gleichgewicht für eine Oberflächen Verbindung eingestellt hat, erst dann darf gekühlt werden, sonst hält keine Verbindung richtig.....ich habe da leider schon alleine beim "Kleben" Zweifel. Lasse mich aber gerne belehren.

Gruß Richard

[ranke]

Die Kühlung könnte man durch Verdunstungskühlung (Kältespray oder CO2 Patrone) machen. Man bräuchte dann für jede Kühlstelle ein kleines Pneumatikventil, das eine kleine Menge Kältemittel dosiert. Das ist zwar etwas dirty (wegen des Kältemittelverbrauchs) aber vermutlich eine ziemlich leichtgewichtige Lösung.

[Getorix]

Hallo zusammen,

wow, ihr seid ja super. Soviele Tipps in so kurzer Ziet, ich bin hell begeistert.

Schau dich mal im Modellbauberei nach Lithium Polymer Akkus um (Kurz LiPos)

Mach ich, auch wenn ich noch immer etwas Respekt vor den Akkus habe. Bei dem Projekt (http://www.formula-hybrid.ethz.ch/fs...serialNumber=1 Hybrid mit 95kW/230 Nm-Elektromotor - bei dem Projekt hab ich allerdings rein mechanisch am Fahrwerk gearbeitet) durften wird sie z.B. nicht verwenden, weil unsere Betreuer die Akkus für zu gefährlich hielten.
Aber das ist auch schon einige Jahre her und ausserdem sitze ich ja nicht zwischen zwei Batterienpacks.

Ich hab keine Ahnung von Heissleim und wie das Funktionsprinzip davon ist. Vielleicht kannst du dazu etwas mehr schreiben. Temperatur bei der das Zeug schmilzt. Funktionsweise allgemein und im speziellen beim geplanten Roboter. Wieviel Gewicht hält der Heissleim?

Ja, klar.

Temperaturen:
Bei Temperaturen unter < 30 - 40 Grad ist das Zeug fest und der Roboter klebt an der Wand,
bei Temperaturen um die 70° - 80° ist der Leim noch quasi "Festkörper" aber schon so aufgeweicht, dass sich die Verbindung trennen lässt und wenn der Leim an der Kontaktfläche zur Wand wärmer ist als an der Kontaktfläche zum Fuss trennt er sich auch meist da.
und bei etwa 120° - 150 ° ist das ganze (dick)flüssig und lässt sich durch Düsen pressen, o.ä.

Mein Kollege hat auch Messungen zum Heizen und Kühlen gemacht (Figure 4 auf S. 9 und Figure 5 auf S. 10)
http://www.birl.ethz.ch/research/pub...swaldM2011.pdf

Festigkeit:
Ist wie bei allen Klebeflächen abhängig von der Form der Klebung und der Klebefläche.

Bei einer Fläche von etwa 30 mm², kam mein Kollege auf 50 N mögliche Scherkraft. Wenn man also in ganz grober Näherung alles geicht in die Wandebene approximiert gibt das bei idealen bedingunen 5 kg/30 mm², effektiv ist natürlich deutlich weniger, aber man darf die Klebeflächen ja auch ruhig grossflächiger bauen.
(Figure 8 auf S. 16)


Und der Vollständigkeit halber hier noch der andere Report:
http://www.birl.ethz.ch/research/pub...NRemoB2011.pdf


[QUOTE
Eine Blauzahn Verbindung sehe ich jetzt nicht als notwendig an, wenn man nicht on the fly die Telemetrie auslesen will / muss. ][/QUOTE]
Ja, vermutlich ist das übertrieben, ich kam nur drauf, weil der erste Roboter das hatte (der zweite dann nicht mehr).
Nachträglich auslesen von Daten reicht natürlich völlig.

Mir stellen sich bei dem Punkt zwei Fragen:
- Wie speichert man Daten? Der Microprozessor bietet ja 32 kB Flashspeicher, reicht das?
- Wie gebe ich dem Roboter Befehle, wie mehr nach links, mehr nach rechts, runterkommen, hochklettern, stehenbleiben. Welche kabellose Schnittstelle würd sich da anbieten?

Was vielleicht noch interessant wäre sind die so genannten Heatpipes. Dabei handelt es sich um verschlossene kleine Röhrchen, die mit einem Kühlmittel mit geringem Siedepunkt ( geschätzt 50°C) gefüllt sind

Sehr interessant und super Tipp . Hab noch nie so richtig realisiert, dass es sowas gibt.

Zum controller: Arduino ist eine gute Wahl, das ist gerade für einsteiger leicht zu programmieren, und es gibt auch viele Besipielscripte. Welcher ist eigentlich egal, da tut es auch ein kleiner Arduino Uno

Gut zu wissen . ja, die Vorgabe von Positionen für einen servo hab ich bereits gestern problemlos auf Anhieb geschafft, was mich schon mal sehr beruhigte.

mal bei reprap.org im Forum, da geht es eigentlich um 3d Drucker aber da kennen die sich aus mit kunststoff oder kleber heiß machen und es wurden auch shcon experimente mit induktionsheizung gemacht

Super Tipp! nun hab ich Stunden da im Wiki und im Forum verbracht und möchte natürlich nach dem Kletteroboter-Projekt und Studium unbedingt einen eigenen Prusa *seuftz*. Sehr cooles Projekt.

Ich sehe das Prinzip Klettern mit Kleber eher etwas skeptisch zum versetzen der "Füße" muss der Kleber immer neu verflüssigt werden UND dabei an den Füßen nicht an dem "Untergrund" haften bleiben und das bei jedem Schritt.

Das ist der eine Teil an dem Projekt, das ich nicht ändern darf. Es muss wirklich Heissleim sein. Andere Prinzipien sind natürlich einfacher und meist auch besser geeignet, gar keine Frage, aber es geht ja genau darum, etwas zu machen, was es noch nicht als ausgereiften Roboter gibt. Das ist halt der Nachteil, wenn man so ein Projekt als Abschlussarbeit macht. Klar sind die Projekte mal in erster Linie da um die Studenten zu beschäftigen und damit sie auch was lernen, aber die Erkenntnisse dienen dann auch wieder der Forschung. Und da möchte man halt auch neue "verrückte" Konzepte erproben, da halt die meisten Konzepte Vor- und Nachteile haben.
Magnete sind z.B. auf Eisenwände viel besser, Saugnäpfe an glatten Oberflächen besser, Klammern sind gut, wenn der Roboter etwas umgeifen kann. Und Heissleim hat halt das Potential, dass der Roboter auch auf groben Grund mit viel Nutzlast rauf klettern kann (jedenfalls solange der Untergrund nicht allzu stark abblättert). Ganz ohne Potential ist das auch nicht, für hohe Nutzlasten, wenn der Zeitbedarf unkritisch, die KletterwandOberfläche rau ist und man nicht fliegen kann, könnten sich durchaus Einsatzmöglichkeiten finden lassen.

Aber es klappt schon, die beiden Vorgänger hielten sich jedenfalls problemlos an der Wand.

Müssen Kurven gefahren werden oder nur gerade aus?

das darf ich wählen. Irgend eine Navigationsmöglichkeit soll es aber geben. Der Prof fände es schön, wenn der Roboter am Ende des Projekts selbstständig sein Ziel (ein Sender oder so) anklettert.Ist aber kein Muss, sondern nur ne Aufgabe für den Fall, dass die Zeit reicht. (woran ich nicht so glaube).

Wo ist der Unterschied zwischen deinem Projekt und dem das die Kollegen schon gebaut haben? Sonst einfach das System mit Akkus kopieren.

Die beiden roboter der Kollegen sind halt noch keine richtig funktionierenden Systeme. Nach maximal 3-4 Schritten geht nicht mehr, weil die Füsse nicht mehr parallel zur Wand stehen. Und ausserdem tragen die beiden Systeme nur ihr Eigengewicht und noch keine Nutzlast.
Aer klar, das wesentliche wird vermutlich kopiert. Nach zwei Projekten muss ich ja wirklich nicht wieder bei Null starten. (auch wenn beim gewählten Art des Klettern das Servodrehmoment sehr kritisch ist). Aber es gibt ja auch 135 "kg" Servos , da werde ich schon den passenden finden. (ich habs noch nicht gerechnet, aber ich tippe auf mindestens so 5 Nm = 50 "kg"). Roboter 2 hat nämlich 2 Nm Servos und ist schon ohne Zusatzgewicht durch Akku nahe an der Leistungsgrenze der Servos. Oder ich versuche halt eine kleinere Konstruktion.


Liebe Grüsse und vielen Dank für die Hilfe
Lina

[PICture]

Hallo!

Mir stellen sich bei dem Punkt zwei Fragen:
- Wie speichert man Daten? Der Microprozessor bietet ja 32 kB Flashspeicher, reicht das?

Sich im laufe eines Programms ändernde Daten speichert man in RAM ("random access memory") und das feste Programm im flash. Ob es reicht, könnte man man erst abschätzen, wenn der Microcontrollertyp, die Programmsprache und Aufgaben des Programms bekannt sind.

- Wie gebe ich dem Roboter Befehle, wie mehr nach links, mehr nach rechts, runterkommen, hochklettern, stehenbleiben. Welche kabellose Schnittstelle würd sich da anbieten?

Entsprechende Befehle schreibt man im Programm des steuernden den Roboter Microcontrollers. Für Auswahl optimaler kabelloser Schnitstelle sind bestimmte Daten nötig (z.B. Reichweite).

[HannoHupmann]

Viele Daten sind nicht zu speichern solange dein Roboter nur auf einen Punkt zuklettern soll. Soll er sich die Bahn die er dafür genommen hat merken und eine Karte der Umgebung erstellen, dann gibts Probleme. Diese Aufgabenstellung wäre aber eine Masterarbeit für sich. Ich denke du kannst das ganze Programm in den Arduino packen und zur Not nimmst du halt einen größeren.

Zu den Akkus ein paar Worte: Ja die Dinger sind gefährlich, bei falscher Handhabung! Gilt aber für alles was man in die Hand nimmt (außer rosa Wattebausch, solange man den nicht verschluckt). Kurz die Punkte die zu beachten sind im Umgang mit LiPos:
1) Keine spitzen Gegenstände hinein stecken. Darauf reagieren die Zellen mit Kurzschluss und das ist ungünstig
2) Nur mit speziellem LiPo Ladegerät laden. (Gibts bei den Händlern dazu).
3) Nicht kurzschliessen! Das tut keinem Akku gut
4) Nicht tiefentladen (unter 3V pro Zelle). Dann bläht sich der Akku auf.

Ansonsten vorsichtig und achtsam damit umgehen, dann passiert auch nix. Wer auf Nummer sicher geht, lagert die Dinger in einer Metallbox (vorsicht wegen Kurzschluss) oder einer speziellen Lagerbox. Das ist jetzt kein Brennstab der nur in Blei gelagert werden sollte.

[Manf]

Da es bei dem Gewicht sowieso immer etwas eng ist wollte ich noch einmal die Energie betrachten, mit einigen Zahlenwerten für die man dann ja auch etwas andere Werte einsetzen kann.
Wird der Fuß beim Ablösen gekühlt dann muss er wohl zum Ankleben wieder aufgeheizt werden. Damit ergeben sich für den Fuß zwei Heizvorgänge pro Schritt. Der Fuß und alles was pro Schritt erwärmt wird hat beispielsweise eine Wärmekapazität von 1g Wasser.
Bei einer Erwärmung um 170°C benötigt man dafür bei einer Spannung von 3,6V die Ladungsmenge von 0,1Ah. Das entspricht bei Li Ion (mit 170 Wh/kg) einem Akkugewicht von 2,3g pro Schritt. Für 100 Schritte wären das 230g alleine für den Akkuanteil und ohne weitere Verluste.

Für Butan als Energieträger ergeben sich vergleichsweise nur 3g. Mit 230g käme man auf 7500 Schritte. Ganz theoretisch ist das nicht, ein kleiner Gaslötkolben für 40€ mit 90 min Brenndauer wiegt 135g, (mit Gas 145g). Conrad hat auch recht kleine 10€ Gas-Lötkloben und ein kleiner offener Brenner für 3€ wiegt nur 35g.

Interessant anzusehen wäre hier eine Umsetzung bei der der Roboter mit seinem Arbeitsarm, mit dem Brenner in der Hand, seine Füße nacheinander jeweils ablöst und dann auch wieder anklebt.

Realistisch wäre wohl erst einmal eher ein Umschwenken eines Lötkolbens zwischen zwei Füßen, bis 90 min mit laufendem Gas-Lötkloben, es gibt aber auch Ausführungen mit größerem Tank, oder eben mit Betätigung des am Brenner vorhandenen Handventils durch ein Servo und mit elektronischer Zündung.

Man muss es vielleicht nicht schon in diesem Projekt einsetzen, die Gewichtsersparnis pro Schritt ist jedenfalls vielversprechend.