Big Wheel - a two wheel (hybride) robot

[Drag0n]

Hallo liebe Roboter-Fans,

nachdem ich meine Ideen schon im Thread Antriebskonzept - Ein Motor, Differential, Bremse weitgehend erläutert habe möchte ich nun nochmal offiziell die Planung meines Bots bekanntgeben.
Es wird ein auf zwei Rädern balancierender Roboter der mit einem im Roboterbereich eher außergewöhnlichem Antrieb ausgestattet wird. Zuerst werde ich ihn in einer kleinen Version mit 20 cm Rädern und einer Rumpfbreite von 40 cm bauen, später folgt vielleicht eine Version mit Fahrrad-Reifen. Bei dem "später" wird es sich vermutlich um Jahre handeln, also Geduld
Ich kümmere mich zuerst um die Planung der mechanischen Komponenten, natürlich mit Beachtung der Vorraussetzungen die von der Steuerung vorgegeben werden. Nach dem fertigstellen des Chassis wird die nächste Phase der Entwicklung der Software (auf µC) und deren Algorithmen dienen.

Um mein Projekt zu verstehen zitiere ich auszugsweise einfach mal die bereits im Mechanik-Forum geschriebenen Beiträge.

Also folgendes:
Das unten abgebildete Modell ist dort noch mit zwei Schrittmotoren ausgerüstet. Ich dachte mir, dass ich in der Mitte der Welle das Differential einsetze und dann auf jeder Seite eine stufenlos regelbare Bremse mit der ich das Drehzahlverhältnis der Räder steuere. Wundert euch nicht über die durchgehende Welle. Ich war faul und habe die Lagerböcke noch nicht gezeichnet.

Zur Steuerung. Es ist ja klar, dass ist das über die Bremsen steuere. Die Gesamtdrehzahl, also die des Motores kann ich ja elektronisch regeln. Jetzt ist die Frage was für Bremsen ich nehme. Lassen sich Scheibenbremsen von Modellautos gut regeln?
Ich könnte auch drehmomentstarke Motoren (z.B. Schrittmotoren) dafür verwenden, sie als Generator laufen lassen und die anfallende Energie wieder auffangen -> Hybridautoprinzip.
Die Drehzahl kann ich dann über Inkrementscheiben dedektieren. Ich könnte es aber auch raffinierter machen und die Stromimpulse des als Bremse verwendeten Schrittmotores verwenden. Auch damit könnte ich Richtung und Drehfrequenz feststellen. Die Auflösung würde ja der eines Halbschrittes entsprechen, also wohl 0,9°.

Bild hier  

So, mal ein Modell vom Roboter mit Differential. Noch nicht viel drin, aber kommt noch. Ich werde die Grafik immer updaten, wird aber wohl erst morgen Nachmittag weitergehen können..

Bild hier  

Drehung auf der Stelle ist in gewissem Rahmen möglich. Zwar nicht ohne den Mittelpunkt zu verschieben. Aber 90° rechts herum und dann auf dem anderen Rad 90° links herum führt wenigstens dazu, dass man nicht aus der Spur herauskommt.

Ich werd emal sehen. Nur mich interessiert weniger der Sinn hinter einer Konstruktion, sondern das Prinzip dieser. Sonst würde ich auch keinen Roboter bauen der eh nur Dinge tut von denen die Welt nichts hat. Ich finde die Idee nicht schlecht.

Schon ganz am Anfang habe ich einen Augenblick an Benzin-Motor gedacht, weil die Differentiale vorwiegend bei Benzin-Modellen verwendet werden. Ich könnte tatsächlich einen Hybriden bauen (Das Hybridprinzip sollte die Bremsenergiegewinnung bezeichnen, die ja die eigentliche Revolution bei Hybridautos ist). Das wäre dann natürlich nichts für den Innenbereich. Aber für den Außenbereich wäre es tatsächlich denkbar mittels Kupplung Strecken mit Benzin zu fahren und Feinarbeit den Schrittmotoren zu überlassen.

Also wie gesagt mir geht es nicht um die logischste Lösung, sondern wie bei allen Robotern geht es um Problemlösungen und Erkenntnisse. Ich werde den Bot glaube ich so bauen,a ber nur mit Elektromotoren und die geplante größere Version mit Fahrrad-Reifen mit einem Benzinmotor ausstatten.
Die jetzige Version ist von mir geplant um die grundlegenden Algorithmen zu entwickeln, sprich Gleichgewicht halten, Energie sparen, Umgebung erfassen.

Grüße aus dem hohen Norden,
euer Angsthase

[honkitonk]

Sehr Interesantes Model (tolle Zeichnung) aber ich vestehe nicht warum du eine Achse durchziehen willst?

Dein Student

[RCO]

Ziemlich starkes Gerät, sowas wollte/will ich auchmal bauen. Man muss aber darauf achten, den Schwerpunkt sehr weit nach unten zu legen, damit er sich beim Bremsen nicht überschlägt, oder das alles mitberechnen. Ein erstes Lego-Modell war auf jeden Fall relativ wackelig.

[sulu]

Sieht sehr gut aus ! Gefällt mir. du solltest versuchen , dass der eigentliche Bot nicht größer wird als die Räder.
Mit dem überschlagen hat Manf recht. Du könntest vieleicht ein Gewicht beim bremsen nach hinten wandern lassen . (nur so eine Idee

[Blackbird]

Überschlagen: Nicht nur beim Bremsen - beim Anfahren auch

Es gab schon mal (versuchsweise) ein Motorad nach diesem Prinzip - nur mit einem einzigen Rad.

Blackbird

[Andun]

Diese einrad Motorräder kennt man auch aus viele futuristischen Filmen.

Ich find die Idee von deinem Bot aber ziemlich cool. Was ihc jetzt aber wegen der Achse noch für Probleme hab: Also die Achse, soll die jetzt druchgehen??? Auf dem anderne Bild, hast du doch auch in der Mitte ne Unterbrechung.

Könntest das ja mal etwas näher erklären.

So long

Andun

[michaelb]

Hi andun,
nee die Achse geht doch nicht durch das siehst du auf dem zeiten Bild! Da kommt ein Differenzial dazwischen!
Ne Frage an Dragon: Mit welchem CAD Programm machst du das ganze? Die Bilder in dem anderen Thread von dem Getriebe sehen schon sehr toll aus!!
Gruß Michi

[Drag0n]

Die Sache ging im anderen Thread schon weiter. Da bin ich inzwischen bei einem Antrieb mit einem Antriebsmotor und einem Lenkmotor angelangt. Außerdem habe ich noch etliche Ideen und werde dann später abwägen welche ich umsetze. Ich habe mir vorgenommen alles komplett durchzuplanen um keine Zeit und Geld zu verschwenden.

Für die 3d-Modelle und Zeichnungen verwende ich Pro/Desktop 8.0 von PTC (kleiner Bruder von Pro/Engineer).

[Mephisto19]

Ziemlich starkes Gerät, sowas wollte/will ich auchmal bauen. Man muss aber darauf achten, den Schwerpunkt sehr weit nach unten zu legen, damit er sich beim Bremsen nicht überschlägt, oder das alles mitberechnen. Ein erstes Lego-Modell war auf jeden Fall relativ wackelig.

@ RCO
Ich wuerde eher sagen, ganz im Gegenteil!!!!!!
Wenn man moechte, dass der Zweiradroboter balanciert, muss man zuerst die Abweichung von der Senkrechten erkennen. Haben wir zum Beispiel 2 Grad Abweichung erkannt (was bei einem "langen Hebel", also grossen/hohen Roboter sensortechnisch viel einfacher ist), dann müssen wir die Antriebsachse wieder genau unter den Schwerpunkt bekommen. Je hoeher jetzt der Schwerpunkt sitzt, um so unkritischer reagiert das System jetzt auf kleine Fehler (da die Winkelabweichung und damit das Kippmoment geringer ist)
Die Balancier-Regelschleife ist also umso unkritischer, je höher der Roboter ist.

Ein Grenzfall ist der Schwerpunkt genau in der Antriebsachse. Ein solches System lässt sich überhaupt nicht ohne Purzelbaeume antreiben, da kein Kippmoment entsteht, mit dem man das Antriebsgegenmoment ausgleichen kann.

Möglich waere dann wieder ein Schwerpunkt unter der Antriebsachse - aber das ist dann kein "balancierender Roboter" mehr und dass System hat kaum Regelaufgaben. Es ist beim Stehen zwar stabil, beim Beschleunigen und Bremsen (also beim Antreiben) aber "viel empfindlicher". Ich habe als maximales Gegenmoment zum Antriebsmoment das durch die Auslenkung (Anhebung) des Schwerpunktes erzeugte Drehmoment. Und das ist wegen des geringen Abstandes Antriebsachse-Schwerpunkt (< Radius der Räder) relativ klein.
Ein solcher ROboter könnte also nur viel langsamer beschleunigen und bremsen als ein "hoher". Er wäre viel träger. Ein hoher, balancierender Roboter kann sich wie ein Rennläufer nach vorne kippen lassen und richitg absausen. Der generelle Vorteil der "Balancierer".

Trotzdem, alles zusammen ein sehr interessanter Ansatz. Werde mit Interesse weiterlesen.

[Drag0n]

Mephisto19 sagt es. Mit einem hochgelegenem Schwerpunkt lässt sich besser balancieren. Ein gutes Beispiel dafür ist nBot (http://www.geology.smu.edu/~dpa-www/robo/nbot/). Ich versuche jedoch den Schwerpunkt tief zu legen und hoffe, dass das Gewicht der Akkus und Motoren eine ausreichende Trägheit hervorruft. Wenn das nicht klappt muss ich halt auch Gewicht nach oben verlagern, was ich aber eigentlich vermeiden will.

Im Moment quäle ich mich aber erstmal mit einer mehr oder weniger selbst verschuldeten Falschlieferung von robitikhardware herum. Ich ahbe Teile bekommen die ich im Januar bestellt, dann aber vergessen habe zu bezahlen. Nachdem ich jetzt wieder bestellt und bezahlt habe bekom ich heute die Bestellung vom Januar