RING-O I -- first moves

[sigo]

27.6.07
*** Thread umbenannt: von "Omnibot (zunächst Komponenten) ***
Sigo


Hier möchte ich die Entwicklung meines Omnibots dokumentieren.
(erstes Foto der Motoransteuerung unten)

Nach einigem Überlegen habe ich mich für den Bau eines Omnibot entschieden, da ich das Konzept des Omnibots, trotz einiger Systemschwächen (nicht geländegängig, selbst eine Teppichkante ist ein Hindernis) einfach cool finde.

Folgende Komponenten sind vorgesehen:

3 x 60mm Soft-PU-Omniwheels

3 x 4er-Pack AA-Akkus für insgesamt ca. 14,4V 2,0Ah
Optional 3x 5er Pack Racing Accus (C-Cells)

3 x Maxon RFmax 22mm - Getriebe-Servomotor mit Inkrementalgeber
,je 12V, 6 oder 11W Nennleistung bei nur 22mm x ca. 90 bzw. 110mm

2 x L6205 als Leistungstreiber für max. 4 Vollbrücken zu je 8..48V, 2,8A
(1 zunächst Reserve)

3 x ATtiny2313 für je 1-Achs-Servoregler zur Regelung der Antriebe
(wahlweise als PWM-Steller, Drehzahl-, Drehmoment- oder Lageregler)

1 x Motioncontroller auf MegaAVR-Basis Modell noch offen
Zur Koordination der 3 Antriebe, setzt Bewegungsvektor in
Kommandos für die Antriebsregler um

1x Botcontroller als übergeordnete Steuerung

div. Subsysteme (modular auf AVR-BASIS, mit I²C-Kommunikation)
für

- Raumorientierung (z.B. Kompassmodul, Neigungsmesser, Peilung zu Baken etc..)
- Kollisionsvermeidung
- Messtechnik, Plotter etc

Das Teil soll ca. 300mm Durchmesser bekommen, bei einer Höhe von ca. 70-80mm. In der Mitte werde ich eine Öffnung (ca. 40-50mm) vorsehen, sodass man z.B. einen Stift absenken kann (Plotteranwendung) o.ä.

Auf der Plattform können später Aufbauten montiert werden.
Der recht große Durchmesser sollte trotz 3-Punktauflage für einen halbwegs guten Stand sorgen.

Zweck: Just for Fun.

Stand der Realisierung:

Ich habe nun die Antriebselektronik für 3 Achsen am Laufen.
Die Servo-Regler arbeiten dynamisch zuverlässig
Die Stromregelung arbeitet nur per Software unter Verwendung der Motoreigenschaften. Die Endstufen schützen sich selbst thermisch und gegen Überstrom.

Auf dem Motioncontroller (aktuell ATmega läuft aktuell nur ein Testprogramm in BASCOM, welches die Servoregler via Software - RS-232 anspricht. Leider klappt der Rückkanal aktuell nicht. Ich kann mit dem Motioncontroller keine RS-232 Signale empfangen. Das muss als nächstes geklärt werden. Wenn das steht, soll der Motioncontroller als I²C - Slave Positionsvektoren (mit Drehwinkel) bekommen und diese selbst in eine Bewegung umsetzen.

Oder aber, die Servoregler müssen auf I²C (mein Wunsch) oder auf SPI (evtl. noch effizienter) umgestellt werden.

Bevor es aber damit weiter geht, muss nun erstmal die Mechanik her.
Ich möchte was Laufen sehn..

Anbei ein Foto der 3 Servoregler mit den beiden L6205 auf Lochraster, sowie die Antriebe.

Bild hier  

Evtl. werde ich für die Servoverstärker noch Plantine machen lassen.
Vielleicht wäre das auch ein interessantes RN-Projekt?

Das myAVR-Board (oben rechts) nutze ich hier nur für den Motioncontroller, solange es hierfür noch keine Platine gibt, bzw. solange dieser nicht mit auf dem Controller-Board ist. Auf dem bild nutze ich nur die RS-232-Treiber zum PC, die 5V-Versrogung und die Reset-Taste. Ansteuerung erfolgt noch über PC oder o. erwähnten ATmega8 mit Testprogramm, den ich alternativ stecken kann

Hier nochmal die Elektronik aus der Nähe:

http://silbergold.de/fotos/Ring-o/3-...regler-nah.jpg " rel="nofollow" target='_blank'>Bild hier  

Jetzt geht es erstmal an die Mechanik...
Wenn ich die Maße kenne, werde ich evtl. Platine layouten...
dann gehts weiter..

sigo



[/img]

[sigo]

So, Kugellager für die Radlager sind bestellt, eine Bodenplatte aus 5mm - Hartschaum, sowie die Omni-Wheels sind schon da. Dann werd ich mich mal an die Mechanik machen....

Eine Lösung für die Radachsen muss noch her; ein Rohr 8mm außen, 4mm innen wär jetzt klasse....oder ne Drehbank...
Tja, mal sehn, evtl. ein 8x1 und ein 6x1 Rohr ineinander kleben..

Wenn die Motoren montiert sind, melde ich mich wieder..

Sigo

[HannoHupmann]

@Sigo da ich selber L6205N verbauen will und noch keine rechte Ahnung habe wollte ich dir Fragen ob du mir den Schaltplan deiner Lösung schicken kannst. Per PN oder Mail.

[sigo]

Hier ist der Schaltplan für einen 1-Achsverstärker. In dieser Schaltung sind beide Brücken des L6205 parallel geschaltet. Durch Stecken des Jumpers JP1 wird eine Brücke disabled, sodass dann auch nur noch der halbe Strom möglich ist.

Die 2. Brücke kannst du natürlich separat nutzen.

Übrigens muss man die Ladungspumpe für die High-Side-MOSFETs nicht unbedingt 2x bauen, wenn man 2 L6205 auf einer Plantine benutzt.
Ich habe festgestellt, wenn man die 1N4148 durch Schottky-Dioden ersetzt, und den Ladekondensator ein wenig größer auslegt, kann man beiden Bausteine versorgen. Das spart eine Menge Leiterplattenfläche..

Den Schaltplan für die 4-Achslösung habe ich noch nicht gezeichnet. Im Prinzip sind es aber 4x der ATtiny2313 und 2x L6205, sowie ein noch zu wählender Controller zur Koordination, wohl ein ATmega168 oder Mega32. Damit werde ich dann auch die Statusausgänge erfassen.., sowie EIngänge für Referenzschalter vorsehen.

Sigo

Die abgebildete Schaltung des L6205 entspricht dem Beispiel aus dem Hardware-Handbuch.

EDIT: Auf besonderen Wunsch eines Einzelnen hier jetzt ein kleineres Bild
Bild hier  

[techboy]

Schaut ja nett aus was du da machst!
Mich haben solche omnibots schon immer interressiert..

Aber: könntest du vlt. die Bilder kleiner machen und Schaltplan verlinken damit man nicht immer nur die Hälfte vom Fenster sieht? Weiß ja net was fürne Auflösung du hast aber bei 1280*800 nervt das ganzschön (war jetzt net bös gemeint)

[sigo]

Update:
Beim erneuten Betrachten des aktuellen Schaltplans kam mir gerade noch die Idee, dass ich die beiden Enable-Eingänge des L6205, also EN_A und EN_B auf die beiden freien Portbits des Controllers; PD2 und PD3; legen werde.. Damit erübrigt sich die Steckbrücke.
Man dann dann mit den Ports sowohl den Status der beiden EN Pins abfragen (und das sogar mit Interrupteingängen), als auch die EN-Eingänge auf Masse ziehen und damit die Endstufe disablen.
Durch Verwendung der internen Pull-Up-Widerstände erübrigen sich die 100kOhm Widerstände. Die Kondensatoren werde ich dann etwas größer wählen, so 47nF-100nF, dann passt die Zeitkonstante wieder. Aber das ist ohnehin unkritisch..

Insofern, danke Hanno - für die Nachfrage.

Sigo

[sigo]

Inzwischen steht die mechanische Konstruktion. Sobald ich meine Bleistiftskizze im CAD hab, poste ich sie hier. (Dank an Klingon77, der mir wertvolle Tipps gegeben hat und mir ein guter Diskussionspartner bei der Findung der besten Anordnung war).

Zahnräder und Zahnriemen habe ich nun auch. (Dank Slotte, für den Tipp das Material bei Mädler zu bestellen).

Heute habe ich die Motorritzel aus Acetalharz mit M3 - Gewindebohrungen versehen, passende Madenschrauben aus normalen Schrauben angefertigt und die Räder ca. 5-6mm schmaler gemacht.

Morgen werde ich dann die größeren Zahnräder, ebenfalls aus Acetalharz, mit M4-Gewindebohrungen versehen und die Abtriebswellen aus 8mm - Silberstahl anderfertigen.

Auch die Omniwheels müssen noch mit Klemmschrauben versehen werden.

Wenn das geschafft ist, gibts wieder ein Foto.

Die Maße stehen jetzt auch: 300mm Durchmesser ca. 70 mm hoch, mit 60mm Innenbohrung in der Mitte des Bots, die mit einem Flansch mit r=40mm Teilkreis versehen wird...

Alle 3 Antriebe werden als Modul ausgeführt auf einer 100x100mm Grundplatte, wahrscheinlich aus Alublech. Wenn es geht, wird auch die jeweilige Motorendstufe inkl. Controller in das Modul integriert, mal sehn.

Soweit erstmal der Zwischenstand.

Sigo

[sigo]

(der vorherige Eintrag ist von gestern, ich habe nur einen alten leeren Eintrag editiert, daher das falsche Datum)

OK, heute habe ich folgende Arbeiten erledigt:

* die größeren Zahnriemenräder schmaler gesägt, mit M4 - Gewindebohrungen versehen, passende Schrauben angefertigt.

* Aus den abgesägten Zahnradteilen konnte ich prima Stellringe angefertigt, die ich später zur axialen Befestigung der Achsen benötige.

Ja, und einen Namen hat das Teil jetzt auch:

RING.O I

Ring (weil in der Mitte ein Loch) - O für Omni

Hier ein paar Fotos:

Bild hier  
Zahnriemenrad abgesägt

Bild hier  
Fertige Zahnriemenscheiben und Stellringe

Bild hier  
Die zukünftige Grundplatte (5mm PVC-Hartschaum), 3 Alubleche für die Antriebsmodule, die Antriebe und Zahnriemenscheiben

Als nächstes werd ich dann mal mit dem Lagerblock für die Abtriebswelle beginnen und die Bleche für die Antriebsmodule zuschneiden.

Sigo

[sigo]

Das erste von 3 Radmodulen ist (im Rohbau) fertig!

Ich habe bei der Konstruktion auf einfache Realisierbarkeit ohne spezielle Werkzeuge ala Drehbank oder Fräse geachtet.

Bild hier  


BESCHREIBUNG:

Auf einer 100x100mm Grundplatte sind 2 Winkel montiert, an deren Enden sich die Kugellager befinden. Diese sitzen in einem Stück PVC-Hartschaum und werden mit einem 20x2mm Aluprofilstreifen gehalten.

In den Lagern läuft eine 105mm Silberstahlwelle. Auf diese sind das Omniwheel und das Zahnriemenrad montiert und mittels Wurmschrauben geklemmt. (ggf. werde ich die Welle an den entsprechenden Stellen noch mit einer Fläche versehen). Mit Hilfe von 3 Distanzhülsen aus 10x1mm Alu-Rohr verhindere ich ein hin-und-her-rutschen der Welle in den Lagern.

Der Motor ist mit seinem Montagewinkel auf ein Stückchen item-Profil 10x20 montiert. Durch Verschieben des Profils kann der Zahnriemen gespannt werden. Mit den zahnriebenrädern wird eine 2:1 Untersetzung realisiert, eine Anpassung ist recht leicht möglich.

Auf die Fläche unter Motor und Inkrementalgeber möchte ich nun die Antriebselektronik (Thread weiter oben) bauen, wenn ich eine Platine gemacht habe. Aktuell arbeite ich mit meiner 3-Achs Lochrasterplatine.
Modularer ist es aber, wenn die Einheit ihre eigene Steuerung hat und nur noch über 5-6 Adern angesprochen wird.

3 Dieser Einheiten werden, wenn sie fertig sind, unter eine d=300mm PVC-Hartschaumplatte montiert.

Es fehlen noch die 4 Befestigungsbohrungen zum Anflanshcen des Moduls an die Grundplatte des Bot.


UNIVERSELLER ANSATZ:

Das Radmodul kann so wie es ist für Räder bis ca. 95mm eingesetzt werden, wenn der Zahnriemen angepasst wird. Das Montageprinzip für die Lager erlaubt auch das Montieren der Lager auf verschiedenen Höhen (größere Räder etwas tiefer). Weiterhin kann man bei größeren Rädern auch mit einem größeren Zahnriemenrad arbeiten und so den größeren Raddurchmesser kompensieren, ohne dass der Motor ein anderes Getriebe braucht.

Die Größe des Antriebs kann ebenfalls in weiten Bereichen variieren. Durchmesser bis ca. 48mm sind kein Problem. Die Länge inkl. Welle kann bis 96mm betragen, ohne überzustehen. Aber auch längere Antriebe sind kein Problem, der Motor würde dann außen überstehen.

Man kann natürlich auch normale Räder, z.B. Skaterrollen montieren und so die beiden Antriebsräder eines Bots ala Asuro bauen. Dazu müsste ein Modul spiegelbildlich aufgebaut werden.


MATERIAL:

1 Alublech 100x100x2mm (ich hab leider nur 1mm)
2 Aluwinkel ca. 35 x 65 x 2, Länge 40mm
2 Alubleche 40x20x2mm
2 Stücke 40x20x5mm aus PVC-Hartschaum, Acryl, Macrolon, Sperrholz o.ä.
2 Kugellager 688ZZ (16x5x [oder so ähnlich]
Alurohr 10x1 je einmal 5mm - 7mm - 30,5 mm
1 Aluprofil 20x10x80mm (item)
1 Silberstahlwelle 8mm, Länge = 105mm
2 Nutensteine M4 (item)
4 Senkkopfschrauben M4x8mm (ggf. Messing)
4 Schrauben M3x9 bzw, M3x12, wenn eine Mutter verwendet wird, statt Gewinde, dann 4 Muttern
2 Schrauben M4x10 zur Motorbefestigung (individuell anpassen).
1 Rad nach Wahl (ca. 40mm bis 96mm)

Sowie Zahnriemenräder, Zahnriemen, Wurmschrauben dazu und natürlich der Motor mit Inkrementalgeber.

Die Wurmschrauben kann man sich selbst aus normalen Schrauben oder Gewindestangen fertigen. Eine Zange mit Einrichtung zum Schraubenkürzen ist da sehr praktisch, es geht aber auch mit einer Puksäge..

WERKZEUGE:

Ich habe darauf geachtet, dass man mit normalen Schlosserwerkzeugen auskommt. Daher auch die recht kleinen Lager, da man 16mm so gerade noch mit Haushaltsmitteln bohren kann.

Es wurden benötigt:

Körner, Reißnadel, Winkel, Lineal, [Schieblehre]
Bohrer: 2,5 - 3 - [3,2] - 4 - 7 - 10 - 12 - 16mm
(16mm kann auch Holzbohrer sein, da nur für Hart-PVC)
Senker: klein, groß
Säge, Feile, mittlerer und feiner Schmirgel
Gewindebohrer: M3 - M4 (Alternativ auch Durchgangsbohrung und Mutter)
Schraubendreher
Bohrmaschine

Die Silberstahlwelle ist zwar schon recht fest, da sie aber nicht gehörtet ist, kann man sie noch sägen und auch feilen.

Bild hier  

[Klingon77]

hi sigo,

einfach klasse, wie Du das mit sehr einfachen Mitteln aufgebaut hast! \/

Was ich nicht ganz verstanden habe:

Auf einer 100x100mm Grundplatte sind 2 Winkel montiert, an deren Enden sich die Kugellager befinden. Diese sitzen in einem Stück PVC-Hartschaum und werden mit einem 20x2mm Aluprofilstreifen gehalten.

Sitzen die Lager mit Ihrer Außenfläche in dem Hartschaum oder im Alu?

Ich habe Bedenken, daß der Hartschaum mit der Zeit nachgiebt und die Lager nicht mehr sauber geführt werden.

Wenn Du 13mm bohren kannst, könntest Du den äußeren Alu-Haltewinkel durchbohren, flach auflegen und das Lager in die Bohrung legen. Dann von der Innenseite zwischen Alu und Lager eine schöne, saubere Klebenaht ziehen. Das sollte auch halten.

Evtl. könnte man noch von innen ein zweites Blech mit 13mm Bohrung (2 oder 3mm dick) anschrauben. Dann hätte man das Lager nahezu ganz geführt.

Dies kann man aber auch noch nacharbeiten, wenn der Hartschaum nachgeben sollte.

Ein wirklich gutes Beispiel, wie man mit etwas Arbeit selbst mit einfachsten Mitteln zu exzellenten Lösungen kommen kann!

Weiter so!!

Gruß, Klingon77