Zweiradroboter als Schülerprojekt

[ANey]

Hallo liebe Roboterfreunde!
Meine Schüler haben unlängst ein instabiles System regelungstechnisch stabilisiert. Es handelte sich dabei um eine schwebende Kugel im Magnetfeld. Wir haben dies mit einem PD Regler (analog, mit OPs) realisiert.
Nun möchten wir einen weiteren Schritt wagen und einen Zweiradroboter für unsere Schule bauen. Die Art der Regelung (PD) wäre die gleiche wie bei der Kugel oder einem inversen Pendel. Nun meine Fragen, damit wir die kostbare Unterrichtszeit nicht mit Trial and Error vergeuden und komplizierte Simulationsverfahren mit Matcad (Differentialgleichungen können meine Schüler nicht lösen, sind keine FH, sondern ein Berufskolleg):
- Eignet sich ein Scheibenwischermotor (12V) als Antrieb, wenn der Roboter ca. 10kg wiegen und mit Schubkarrenrädern bestückt werden soll?
- Als Sensorik eignen sich möglicherweise ein Gyroskop und ein Beschleunigungssensor. Wie kombinieren wir diese Sensorsignale (analog, ohne Mikroprozessor)?
- Gehts auch ggf. nur mit einem der beiden Sensoren?
- Gibt es eine pfiffige Idee, den DC-Motor mit z.B. 0-5V (Reglerausgang) anzusteuern oder müssen wir einen Drehzahlsteller kaufen/basteln?

Im Namen meiner wissbegierigen und lernwilligen Schüler danke ich schonmal recht herzlich für die Hilfe!

[HannoHupmann]

@ANey erst mal würd ich den roboter deutlich kleiner bauen dann reichen vielleicht auch schon kleinere Motoren etc.
Motoren lassen sich am schönsten über Motorregler ansteuern (L298 z.B.) allerdings braucht man dafür ein PWM Signal und folglich einen µC. Wenn ich die Aufgabenstellung richtig verstanden hab soll der Roboter aber über analoge Bauelemente geregelt werden.
Statt der Beschleunigungsensoren würde ich inkrementalgeber an den Rädern vorsehen damit lässt sich schon recht gut ein Regler basteln.
Alternativ könntet ihr auch versuchen einen Asuro mit PD Regler zu betreiben, die Mechanik wäre hier schon so gut wie fertig.

Achja du könntest übrigens was über PD Regler hier schreiben oder in unsere Wiki, dann haben wir alle was davon, bisher Regeln die meisten hier ihre Motoren nicht sondern geben feste Geschwindigkeiten vor.

[s.o.]

Wenn ihr das ganze traditionell per OPV stabilisieren wollt, würde ich euch empfehlen als Motortreiber einen LeistungsOPV zu nehmen, der das ganze analog ansteuert. Dieses verfahren ist nicht ganz so effizient, weil viel Energie verpufft. Einen billigen OPV (TCA 0372 DP1) gibt es bei Reichelt, der kann 1A treiben, ich denke das sollte erstmal für einen mittelstarken Motor reichen. Im Datenblatt ist auch der Schaltplan zu sehen.

Wenn ich mir das recht überlege, ist diese Art von Regelung ("klassisch") sehr aufwendig und nicht sehr ausbaufähig. Denn für jedes neue Feature braucht man quasi neue Hardware. Deshalb würde ich euch ans Herz legen Controller zu verwenden. Dann muss man aber programmieren können.

Vom Gewicht her würde ich mal zynisch sagen, dass ihr nicht nur Schubkarrenräder habt, sondern einen ganzen Schubkarren. Ich würde schauen, dass ich auf 3 bis 4 Kg komme, dann könnt ihr die Motoren kleiner gestalten und der Roboter wird nicht so träge.

Von der Stromversorgung her hatte ich bei Pollin LiPos gesehen, die orgentlich stark waren, das könnte euch auch noch helfen Gewicht zu sparen.