Schneller Line Follower

[GoZu]

Naja, an der Programmierung wirds nicht scheitern (bin Informatik Student), bin eher in der Mechanik/Elektronik schlechter, da muss ich mich immer einlesen

Ehrlich gesagt finde ich keinen einzigen der Roboter von den Links "wirklich schnell". Na klar, schnell sind sie sicherlich, aber sind das wirklich die "schnellsten Roboter die es gibt"? Wenn man sich anschaut haben die alle imm die Bewerbe gewonnen, aber ich finde, das sollte doch viel schneller auch gehen...
Bzw. die Roboter von deinen Links hab ich auch schon gefunden und wollte mir durchlesen

Warum würdest du die Reifen weit auseinander bauen? In meiner Vorstellung wären Reifen die nahe sind viel besser, ich überlege sogar schon, ob ich die Motoren hintereinander baue (so das auch die Reifen versetzt sind), damit sie näher zusammen kommen. Dann wäre zwar ein Reifen weiter vorne als der andere, aber sie wären näher beisammen. Dadurch könnte ich schneller Kurven fahren (aber dafür wäre das Programmieren aufwändig und in eine richtung könnte ich schnellere Kurven fahren...).
So ganz verstehe ich nicht, warum die Reifen weit auseinander sein sollen.

[ranke]

So ganz verstehe ich nicht, warum die Reifen weit auseinander sein sollen

Bei Kurvenfahrt tritt eine Beschleunigungskraft zur Seite auf (Fliehkraft), die auf Höhe des Schwerpunkts des Gefährts angreift. Diese Kraft wird über resultierende Kräfte an den Radaufstandspunkten kompensiert. Diese resultierenden Kräfte entlasten das kurveninnere Rad, so dass weniger Antriebsmoment übertragen werden kann. Im Extremfall kann das kurveninnere Rad abheben und des Fahrzeug kippt zur Seite. Die resulierenden Kräfte werden gering wenn die Spurweite groß und der Abstand des Schwerpunkts zum Boden gering ist. Darauf sollte man bei der Konstruktion achten.
Der Gedanke, dass bei einem gegebenen Antrieb die Beschleunigung um die Hochachse bei engstehenden Rädern höher ist ist allerdings auch richtig. Für verschiedene Szenarien könnte man wohl eine optimale Spurweite rechnen. Bei der Schwerpunktlage gibt es nur ein Optimum: so tief wie möglich und in Längsachse des Fahrzeugs gesehen etwa auf Höhe der Achse.

[Besserwessi]

Die Motoren müssen gar nicht so besonders stark sein. Vor allem wenn die Bahn relativ enge Kurven hat, kommt man auch schon mit relativ moderater Motorisierung an die Grenze, dass die Reibung der Räder das Limit ist. Schon wegen der möglichst flachen Lage des Schwerpunktes hat man eher nicht die Gefahr das der Bot umkippt - das Problem ist eher das die Räder einfach rutschen - in den Kurven nach außen oder beim Beschleunigen/Bremsen einfach durchdrehen. Eine Aufgabe ist es da relativ dicht an die Grenze der Reibung zu kommen, aber nicht drüber. Einfach mal die Fahrphysik durchzurechnen zeigt dann schon auf welche Parameter (Gewicht, Trägheitsmoment (um die Vertikale), Drehmoment der Motoren, Schwerpunktlage, Achsweite, Reibkoeffizient man beim Fahrzeug achten sollte, und wo man nicht weiter optimieren muss. Wenn das noch nicht reicht, kann man auch den Drehimpuls in den Motoren berücksichtigen - das gibt ggf. auch noch ein paar Überraschungen, wenn die Motoren relativ schwer und überdimensioniert (mit hoher Übersetzung) sind. Eine Frage ist auch für wie enge Kurven der Bot ausgelegt ist: je enger die Kurven, desto kleiner sollte der Bot im Idealfall sein - einer großer ist dann nur damit beschäftige das Fahrzeug quasi auf der Stelle zu Drehen, und das geht prinzipiell mit dem kleinen schneller. Die Vorgeschlagenen Motoren / Akkus sind da schon mehr was für eine große Bahn, ohne enge Kurven.

In Grenzen wäre ein verschiebbares Gewicht ggf. sinnvoll, aber eher von vorne nach hinten, damit die Kraft auf das nicht angetriebene Stützrad kleiner wird. Das ist aber eher ein experimenteller Schritt, wenn man wirklich ans Limit gehen will - mehr Einfluss hat da eher die Wahl die Reifen (Gummi-mischung).

Wenn der Motor für 5-15 V ist, wäre eine Spannung von z.B. 12-16 V (also etwa 10 Zellen NiMH oder 4 Zellen LiIon) OK. Da das Limit der Motoren eher nicht braucht, geht ggf. auch noch etwas weniger. Bei einigen alten Motortreiben (z.B: L293) verliert man auch noch da etwa 2-3 V, um die sie Spannung höher sein kann bzw. sollte.

Ein weiterer relativ schneller Line Follower - allerdings in klein, und nicht ganz neu:
http://elm-chan.org/works/ltc/report.html

[Manf]

Für schnelle Kurven gibt es hier eine prinzipielle Lösung:

("outside the box" und schon etwas "over-sophisticated")

UC Berkeley's Little Legged Robots Grow Wings and Tails​





hier vorgestellt:
https://www.roboternetz.de/community...Ieee-icra-2013

[GoZu]

Ja das mit dem Umkippen hätte ich berücksichtigt, indem ich die Räder weit innen gemacht hätte und dann weiter außen wieder so stützkugeln angebracht hätte. Damit "fliegt er nicht um" und ich kann mich schneller in der Kurve drehen.

Reifen hätte ich jetzt besonders breite (für die Straße) genommen, die haben anscheinend eine sehr sehr starke Rutschfestigkeit. (Gibts online Händler mit speziellen rutschfesten rädern? Meine sind irgendwelche vom Conrad).

Andere Idee: Ich baue einen weiteren Motor ein, aber der steht auf dem Kopf (also Motorwelle schaut gerade nach oben). An der Motorwelle befestige ich ein seel und am anderen Ände kleine gewichte. Wenn ich in die Kurve fahre, steuere ich ganz kurz den Motor an, sodass das Gewicht genau in die andere Richtugn der Kurve geschleudert wird. Das Gewicht baut ebenfalls eine Fliehkraft auf, allerdings genau in die andere Richtung.
Könnte das funktionieren, dass ich so schneller in die Kurve fahren kann?

edit: Noch eine Frage.
Ich habe gestern den CNY70 das erste mal getestet. Zuerst habe ich auf einem Weißen Papier mit Edding ein schwarzes Viereck gemalt und habe alles dort getestet und Spannungen gemessen. Da war überhaupt kein Unterschied (weißes Blatt vs schwarzes Viereck). Als ich aber z.b. meine schwarzen Räder darunter gehalten habe oder etwas anderes schwarzes, hatt eich sofort statt 0,2V dan 4,8V. Warum erkennt man mit dem CNY70 nicht "schwarz aufgemalte Vierecke auf weißen Papier"? Die sollten doch genausowenig reflektieren oder?

edit2:
Achja wegen der Dimensionierung, maximal 30x30 und 3kg (da will ich mitmachen http://www.robotchallenge.org/de , ws eh auch mehrere von euch ).

[ranke]

Ja das mit dem Umkippen hätte ich berücksichtigt, indem ich die Räder weit innen gemacht hätte und dann weiter außen wieder so stützkugeln angebracht hätte. Damit "fliegt er nicht um" und ich kann mich schneller in der Kurve drehen.

Senkrechte Kräfte stützt man möglichst vollständig über die angetriebenen Räder ab. Damit erreicht man maximale Bodenhaftung und Übertragung der Antriebskräfte.

Wenn ich in die Kurve fahre, steuere ich ganz kurz den Motor an, sodass das Gewicht genau in die andere Richtugn der Kurve geschleudert wird. Das Gewicht baut ebenfalls eine Fliehkraft auf, allerdings genau in die andere Richtung.

Wenn Du das Gewicht (und famit den Schwerpunkt des gesamten Fahrzeugs) Richtung Kurveninnen beschleunigst, vergrößert sich dadurch die Fliehkraft und die Tendenz zum Umkippen. Wenn das Gewicht schon vor der Kurve nach innen bewegt wurde wäre das eher hilfreich. Dann müßte man aber schon wissen, wann welche Kurve kommt. Eine andere Überlegung wäre ein Motor mit senkrechter Welle und Schwungmasse. der bewegt zwar den Schwerpunkt des Fahrzeugs nicht, beim Beschleunigen in die eine oder andere Richtung bringt er ein zusätzliches Drehmoment auf, welches die Kurvenfahrt erleichtern könnte. Nachteilig ist das zusätzliche Gewicht und Energiebedarf. Satelliten werden mit solchen Tricks stabilisiert.

Warum erkennt man mit dem CNY70 nicht "schwarz aufgemalte Vierecke auf weißen Papier"? Die sollten doch genausowenig reflektieren oder?

Schwarze Filzstifte enthalten meist Farbstoffe, deren Lichtabsorption sehr selektiv auf das sichtbare Licht abgestimmt ist. Schon im nahen Infrarot wird das Licht nicht mehr absorbiert. Schwarze Druckfarben (auch Toner für Laserdrucker) sind auf Basis Kohlenstoffschwarz (Ruß). Das funktioniert auch im Infrarot. Inkjet Ausdrucke sind meistens wieder Farbstoff, also gehen also wahrscheinlich nicht.

[Besserwessi]

Wenn der Boden hart ist, sind eher schmale Reifen im Vorteil. Breite Reifen haben einen zusätzlichen Widerstand gegen lenken, weil Innen- und Außen-seite unterschiedlich schnell sein müssten. Für die Haftung beim gerade Fahren macht es in 1. Näherung auch keinen Unterschied wie breit der Reifen ist - das Limit ist halt Reibungskoeffizient mal Auflagekraft. Die Frage ist da eher die Suche nach einem guten Material - Räder für Modellautos sind da sicher keine schlechte Idee, es kommt aber auch auf den Untergrund an, und man muss ggf. etwas probieren was am besten geht.

Bei der Breite ist es halt gut wenn die Reifen außen sind, aber das Gewicht (Motor) mehr in der Mitte. Der größere Unterschied im Weg für innen und außen hilft beim Drehen des Bots und zusätzlich gegen das Kippen, bzw. ein zu starkes verlagern der Andruckkraft, was ein Abbremsen in der Kurve behindern würde.

Der Ausleger in dem Video mit dem Laufroboter, dass Manf verlinkt hat, hat nicht so sehr die Funktion als zusätzliches Gewicht, sondern als Träge Masse bzw. Trägkeitsmoment. Die Kraft zum bewegen des Auslegers wird zum Drehen genutzt, nicht das verlagerte Gewicht. Gerade wenn man bei der Mechanik / Elektronik nicht so fit ist, ist das ein eher aufwendiger Weg um ein paar 1/10 s zu gewinnen.