Segway per RC

[Rabenauge]

Hallöle.
Bin auch mal wieder hier- ich tummele mich derzeit eher im Arduino-Forum.
Das aber passt eher hier her...

Folgendes hab ich vor:

Ich möchte einen Segway als RC-Modell bauen.
Nicht zu gross, aber auch nicht klein: "Masstab" 1:4.
Dafür gibts Gründe- dazu später mehr.

Zur Erklärung: ich will _kein_ masstabsgerechtes Modell eines originalen Segway bauen, sondern nur nen Karren, der so funktioniert, wie diese Dinger das eben tun.
Gesteuert werden soll er vorerst (vielleicht lasse ich mir dazu später noch was handlicheres einfallen) mit meiner ganz normalen RC-Anlage: MX-12, 40MHz.
Natürlich will ich nen Standard-Empfänger einbauen, die liegen hier in gewissen Stückzahlen herum.
Gesteuert werden soll die ganze Fuhre praktisch wie ein RC-Auto: ein Kanal fürs Fahren (Geschwindigkeitsregelung, evtl. vor-und rückwärts), ein zweiter Kanal übernimmt die Lenkung.
Balancieren, und die Steuerkommandos entsprechend interpretieren soll ein Arduino.
Warum der?
Weil ich mit den Dingern nun schon ein Weilchen herumspiele, weil sie praktisch "plug&play" sind, weil sie mich billiger kommen als was selber zu braten.
Ich weiss, dass es effektiver, "günstiger" und so weiter geht- wenn man die entsprechende Ausrüstung schon _hat_. Ich hab sie nicht, aber zwei Arduino Mega 2560-Clones, Stückpreis nen 15er...dafür löt ich nix selber.
Der eine der beiden wird in nen Modellschiff wandern, und dort gewisse Zauber auslösen, das ist anderswo schon beschrieben, so weit ich bin.
Der zweite liegt hier herum, und wird zum herummurksen benutzt.
In den Segway wird wahrscheinlich "nur" ein R3-Nachbau kommen, denn der ist locker ausreichend- spart aber Platz!
Gibts für nen Zehner- dafür krieg ich nicht mal ne Platine geätzt...

Was soll konkret in die Maschine: Zwei Motoren, logisch. Keine Bürstenlosen, auch logisch (ich denke, da bräuchte man welche mit Sensoren, da die anderen kaum ausreichend feinfühlig anlaufen, und _das_ würde mein Können einfach überfordern).
Dafür aber wohl mit Getriebe- das macht mich nicht so ganz glücklich (Spiel etc.), wird sich aber nicht vermeiden lassen.
Dazu der Bordrechner.
Dazu ein Sensor, der das Balancieren sicherstellt- ein MPU 6050 ist auf dem Weg zu mir.
Der RC-Empfänger natürlich.
Wahrscheinlich eine bequem, quasi im vorbeifahren, ablesbare Akku-Füllstands-Anzeige. Nein: keine Telemetrie, die brauch ich nicht. Vielleicht ne LED-Anzeige, oder gar ein kleines, hübsches Display, was auch noch nen Kilometerzähler (oder andere, unnötige Spielereien) beinhaltet.
Ein Akku. Da würde ich gerne entweder sechszellige Racingpacks benutzen, oder LiPo`s, die idealerweise als 3s- beides liegt ausreichend hier herum. Insgesamt aber wärs schön, so viel Betriebszeit hinzubekommen, wie eben geht (ohne nen extra Anhänger für weitere Akkus, versteht sich).
Der Pilot: Tom*
Weitere Spielereien wie Licht, Hupe (hätte Tom gerne, am liebste natürlich ne Polizeisirene- Kinder halt) usw. nach Lust, Laune und Geldbeutel.
Die Bordspannung könnte ich mittels Spannungswandlern anpassen, die Dinger gibts inzwischen ja spottbillig, und liefern bei Eingangsspannungen von bis zu 35V beliebig einstellbare Ausgangsspannungen bei 2A...

Ich peile ganz grob ein Kampfgewicht der kompletten Fuhre zwischen 2 und 2.5 Kilo an, das dürfte halbwegs realistisch sein.
Wichtig ist: das Gerät soll outdoorfähig sein, und es wäre schön, wenn wenigstens gemütliches Schrittempo erreicht würde.

Wahrscheinlich werde ich erst einen, weniger aufs Aussehen angelegten, Prototypen bauen, und wenn der anständig läuft, machen wir das Ganze vorzeigbar.

Eine, ziemlich wichtige Frage ist noch nicht geklärt, und hier wärs schön, wenn ihr bisschen mitredet:
Welche Antriebe sollte ich einbauen?

Richtig toll wären umgebaute Servos, aber reichen die wirklich für so ein Ding noch??
Ich meine: hier gehts, wenn es nicht bergab geht, immer bergauf- also bisschen Leistung muss da schon dasein.
Für die Ansteuerung der Antriebe hätte ich noch was in der Kramkiste:
Ein Motorshield für den Arduino. Das könnte zwei Servos direkt ansteuern..oder auch zwei andere Motoren (ich glaub, sogar vier, aber so viele kommen ja gar nicht rein), auch zwei Schrittmotoren wären damit möglich- nur denke ich, auch die laufen nicht weich genug an.
Ausserdem: soll ja nix kosten, wie üblich...Allerdings liefert das Motorshield, nur 600mA bei max 10 Volt- das gibt gerade mal 6W pro Motor.
Wovon ich keine Ahnung habe ist, die benötigte Ausgangsleistung so leidlich zu überschlagen. Meint ihr, das reicht?
Fürs Balancieren bestimmt, aber um dann noch, mit, sagen wir, 4km/h auch bergauf fahren zu können?

Räder werd ich wohl aus dem RC-Car-Bereich benutzen, wüsste einfach nix gescheiteres- Durchmesser irgendwo um die 10cm.



*Tom ist mein Universalpilot. Den habe ich vor Jahren angeheuert für meine Crackerbox, er ist im "Masstab" 1:4, rund 45cm gross.
Mit vollem Namen heisst er übrigens Tom Sawyer. Hat vielleicht jemand schon mal gehört...
Tom ist ein nettes Kerlchen, aber er langweilt sich, da er nur selten raus kommt. als er von diesen Segways hörte, meinte er, sowas braucht er auch.
Schliesslich kann er- da er im Grunde ne schnöde Puppe ist (er hört das nicht gern) nicht laufen- aber fahren wohl!
Der Bursche wiegt nen knappes Kilo- ist also, für seine Grösse, nicht übergewichtig. Er schwimmt sogar- das wurde bei einer Gelegenheit, auf die ich nicht näher eingehen möchte, schon getestet.

Sodele. Was haltet ihr davon, und welche Antriebe würdet ihr einbauen, wenn (bei mir üblich...) Ebbe in der Kasse ist?
Wobei: das, was es nun eben kosten muss, werd ich ausgeben, da gibts keine Frage, ich hab keine Lust, an dem Ding später andauernd herumzureparieren, weil ich am falschen Ende gespart hab. Es soll ein praxistaugliches Spielzeug werden.

[Manf]

Eine so nette ausführliche Geschichte zum Einstieg ist schön.
Trotzdem erst einmal eine kurze Antwort. Die Leistung ist Kraft mal Weg pro Zeit.
Da wären einmal die 2,5kg mal 9.81 m/s² in Newton. Üblicherweise nimmt man 30% davon wenn es leicht beschleunigt bergauf geht.
Dazu kommt die Geschwindigkeit von 1m/s.
Das wären dann 10W (mechanisch am Rad).
Elektrisch sind das mit Getriebe mindestens doppelt so viel und vielleicht noch einen Aufschlag für das Balancieren mit seinen schnellen Bewegungen.

[Rabenauge]

hm, danke schon mal.
Ich denke, das wird mit Servos nix.

Wie wären die: http://www.pollin.de/shop/dt/ODE1OTg...37DC12_77.html ?
Ist das einzige, was ich bisher- zu erträglichen Preisen- gefunden habe, wo Spannung und Drehzahl grob passen würden.
So wie ich das sehe, sind das Motoren der "400er" Baugrösse, da wäre man etwas flexibel...

[RoboHolIC]

Die Abtriebsdrehzahl von etwa 1U/sec erscheint mir zu träge und langsam für einen Ballanceakt. Aber das ist nur ein Bauchgefühl. Vielleicht macht dein Pilot mit seinem "Körpergewicht" ja, dass es schnell genug ist.

[Rabenauge]

Kennst du dich mit inversen Pendeln aus?
Man braucht umso weniger Energie, je schneller man reagiert.
Idealerweise sollte die Regelung so schnell sein, dass das Gaze scheinbar völlig ruhig steht. Entsprechend kleine Kräfte brauchts dann auch.
Was diese Getriebe angeht, hatte ich gehofft, jemand kennt die und kann mir sagen, ob da beispielsweise stärkere Motoren anbaubar sind- ich dachte da eventuell an Motoren der 400er Baugrösse- die sollten definitiv ausreichen.
Gestern ist übrigens der MPU 6050 eingetroffen, werd heute mal gucken, was der so macht..

[Rabenauge]

Sodele.
Da ich heute meine Ruhe hab, hab ich nen bissken gebastelt: nen Prototyp. Inspiriert von jemandem aus dem Arduino-Forum, aus LEGO-Teilen.Ist im Grunde ein leicht modifizierter Roverbot aus dem Mindstorms-RCX-Set.
War erstaunlich einfach, die Arduinoteile ins Lego zu integrieren-ob das Absicht war??
Der hat den riesigen Vorteil, dass ich schonmal an der Software bauen kann, denn das Arduino-Motorshield kann die beiden LEGO-Motoren (ausm RCX-Set, schon fast Raritäten) ganz problemlos ansteuern-die ziehen max. 500mA.
Da es Getriebemotoren sind, sind die nun keine Präzisionswunder, aber ich hab schon mal nen seeeehr simplen LegWay gebaut gehabt- und der funktionierte auch so leidlich.
Praktisch ist der LegUinoWay einsatzfertig- wenn er denn schon Software hätte, die ihm balancieren erlaubt (RC-Empfänger hab ich auch noch keinen dran, aber der passt immer noch rauf).

Wie man Motoren mit dem Ding ansteuert, ist mir auch schon klar (ich hab das Motorshield bisher nie wirklich benutzt gehabt, mangels Einsatzideen, ist aber wirklich easy), und der MPU6050 läuft- dank Kalman-Filtern gibt er sehr hübsch die absoluten Winkel in der X- und Y-Achse aus.
Der nächste Part wird für mich etwas schwieriger: ich muss da irgendwie PWM-Regler einbauen.
Die hab ich, wie ich zugeben muss, bis _heute_ nicht kapiert...glaube, das wird mal Zeit..

Achja: an ner RC-Version hab ich die Tage auch schonmal gebastelt, mir sind da zwei Getriebe aus nem 1:16er Modellpanzer eingefallen, die nutzlos herumliegen. Sollten stark genug sein, aber obs gehn wird....abwarten.
Allerdings brauche ich für die stärkere Treiber, ich hab da was mit runden 5A bei 7.2V in Erinnerung...das wird dieses Jahr wohl nix mehr.

[Rabenauge]

Und weiter, das wird der Abschluss für heute, fürchte ich...

Die PID-Regler sind eingebaut.
Und: sie laufen auch.
Praktische Tests haben ergeben: naja.
Da muss noch reichlich getunt werden, von alleine balanciert das Teil noch lange nicht.
Dafür aber kann man ihn, indem man ihn in die entsprechende Richtung kippt, schon auch dorthin fahren lassen-> das Prinzip funktioniert also schonmal.
Leider komm ich jetzt nicht mehr weiter: die "Wunderbatterien" (hatte ich eigentlich auch für was völlig anderes, weniger stromfressendes gekauft) streichen die Segel. Hängt das Board noch zusätzlich am USB, reicht der Saft, aber _das_ möcht ich meinem Rechner dann doch nicht antun. Und Segway am Netzteil ist...naja, auch nicht das Wahre.
Ja: ich _könnt_ da jetzt umbauen, und einen meiner Racingpacks benutzen, das würd schon gehn, aber ich hab das Batteriefach so schön eingebaut- ich mags nicht rausrupfen.
Ausserdem haben die LEGO-Motoren 9V lieber. Der Unterschied ist deutlich, ich musste ganz schön an der PWM-Ausgabe spielen, ehe die Regelung überhaupt genug Kraft rausgegeben hat.

Ein Problem hab ich noch gar nicht in Angriff genommen: das Ding muss sich irgendwie selber kalibrieren.
Das tut es nicht, im Grunde schaut der Sensor lediglich, ob er waagerecht liegt-und wenn nicht, wird was unternommen.
Das ist allerdings praktisch unbrauchbar, da das so nur funktionieren kann, wenn der SegDuinoWasauchimmer gleichmässig beladen ist, also der Schwerpunkt genau über der Achse- anderenfalls wird er _immer_ davonlaufen- in die Richtung, in der er schwerer ist.
Das geht so mal nicht, das Ding muss sich automatisch _unter_ seinen Schwerpunkt fahren, nur dann wirds endgültig funktionieren.

[Rabenauge]

So. Wieder einige Tage gespielt-mich zwischendurch nen paarmal im eigenen Code verfangen- und inzwischen klappt es sehr gut.
Ich behaupte mal, dass ich inzwischen nen PID-Regler zu 80% verstehe.
Das Balancieren funktioniert inzwischen so weit, dass ich dem Teil neue Software einspielen kann, während er- per USB-Kabel am Rechner hängend- balanciert. Auf nem kleinen Kuchenbrett- mehr Platz hab ich hier am Tisch nicht.
Allerdings hats noch ne kleine Nachrüstung gegeben: ich hab ihm ein Brettchen engebaut, was mehrere Potis trägt, damit ich den Regler mehr oder weniger im Betrieb justieren kann- das vereinfacht die Sache wesentlich.

Es ist noch keineswegs so, dass er nun immer völlig ruhig steht, ich benutze momentan zwei Sätze Regelparameter, bei Abweichungen von bis zu nem halben Winkelgrad (der Mpu gibt Resultate im Hundertstel Gradbereich) wird ein Satz Parameter benutzt, die die Regelung sanfter arbeiten lassen-wird die Abweichung grösser, wird nen Regel-Gang hochgeschalten.
Den Tip habe ich im Arduino-Forum bekommen, ich meine, wenn der PID _perfekt_ justiert ist, braucht man es nicht, aber es macht die Geschichte halt robuster.

Das Batteriefach ist auch rausgeflogen- ich betreibe den XYZ-Way nun mit nem Racingpack aus meinen RC-Modellen, dass reicht bei den LEGO-Motörchen nen halben Tag, und ist in ner halben Stunde wieder voll.
Ich deke, in ein, zwei Tagen hab ich das Bürschlein so weit, dass er brav stillsteht, auf Befehl. Dann kann ich mich weiteren Dingen widmen, bin am überlegen, ob ich dem kleinen nicht einfach mal einen Infrarot-Sensor anstöpsele, dann kann ich ihn per Fernbedienung herumfahren lassen später.
Die RC-Anlage würd ich ihm ungerne anbauen, meine Empfänger tun gerade Dienst in anderen Modellen und die wirkliche RC-Version soll ja sowieso grösser werden.

[Rabenauge]

So. Der LEGO-Kram ist raus aus der Geschichte nun.
Hab in der letzten Zeit ein bisschen gesägt, geschliffen, geklebt, gelötet und ...so weiter eben.
Inzwischen ist der Prototyp-ich sage mal, rohbaufertig.
Und: er fällt schon selten um- allerdings ist die Regelung noch nicht Top- das geht noch besser, da bin ich sicher (mal ehrlich: ich hab das Programm, was ich für diese Version ja umschreiben musste, kaum ne Stunde bearbeitet bisher).
Angetrieben wird das Ungetüm derzeit von zwei Getriebemotoren aus nem HL-Panzer- die lagen da so rum, sind zwar etwas grösser als ichs gut finde (und noch viel lauter als ichs gut finde), aber kräftig genug und schnell genug.
Als Rechenknecht ist ein kleiner Uno an Bord- den Mega brauchts laaange nicht, so viel ist zu dem Ding ja nicht zu.
Angesteuert werden die Motoren über eine Treiberplatine, die es so um nen Zwanziger in China gibt- kann bis zu 40V und 15A- das genügt.
Ansonsten ist da noch ein RC-Racingpack (ich hab noch die richtig tollen, wirklich robusten NC-Akkus) an Bord-sechs Zellen, 7.2V- klappt auch gut.
Fehlen noch der RC-Empfänger (der wäre schon da aber erstmal will ich, dass die Kiste alleine ruhig steht, dann kümmern wir uns ums fahren), ein kleines Display und ein paar Spielereien, wie ein Spannungsteiler um den Akku zu überwachen-wär blöd wenn das Ding mangels Strom unterwegs umfällt.
Und anständige Räder: momentan schaukelt das Teil auf Modellmotorrad-Rädchen umher, die mir aber ein bisschen zu klein sind. Power haben die Motoren allemal genug-und besser aussehen würds auch.
Tom hat auch schon mal probebalanciert vorhin: sein Urteil: Coole Kiste aber bisschen besser kriegst das ja wohl hin??
Recht hatter- hoffe ich doch.

In diesem Sinne....

[Rabenauge]

Aktueller Stand der Dinge...
Tom übt schon mal- wie man sieht, noch mit Stütze..
Aber der Bursche ist schon recht stolz auf sein Vehikel und nervt andauernd, wanns denn nun endlich fertig wird.
Naja- bisschen wird es noch dauern, zum einen weil noch gar kein Rc-Empfänger an Bord ist, zum anderen, weil die Regelung zwar gut, aber noch lange nicht _richtig_ gut arbeitet- ich will, dass das Ding, im Stillstand, auch wirklich still steht.

Eigentlich war_dieses_ Vehikel nur zum Testen gedacht, aber inzwischen hab ich so das Gefühl, dass es mit kleineren Abwandlungen schon nahe an der Endfassung ist. Vielleicht zum Schluss noch hübsch mit Edelholzfurnier verkleiden, würde zu Toms Outfit passen.
Natürlich wird auch die Motorsteuerung noch abgedeckt, aber im Moment hab ich kein Sperrholz da, und oben auf die Säule soll noch ein kleines Display- richtig toll wären da Mini-Nixies (also richtige Röhren) aber die sind mir dann doch zu schade für. Ein winziges OLED-Display ist auf dem Weg zu mir, wenn das da reinpasst, kommts drauf und fertig.
Ja- und andere Räder. Etwas grösser (der Outdoor-Fähigkeit wegen, so in etwa 1:10er Monstertruck wahrscheinlich) und auch breiter- sieht einfach besser aus. Vielleicht dann noch unnützes wie Schutzbleche oder so, mal gucken. Erstmal musses funktionieren.