Mono Wheel Bot

**recycle** · 01.10.2007, 22:15

@Lunarman

Regel: Ein rotierender Körper ist nur schwer auf seiner Drehachse zu bewegen.
Was schlussfolgert daraus? genau, dass nach der regel das monowheelteil nicht umkippen dürfte solange es schnell geradeaus fährt.

Richtig. Aber soweit ich weiss, ist die Beschleunigung die zum erreichen einer hohen Geschwindigkeit notwendig ist eine stetige Funktion und keine Sprungfunktion.
Die Steigung dieser Funktion dürfte bei einem Monowheel das aus eigener Kraft auf Geschwindigkeit kommen soll relativ stark eingeschränkt sein.

D.h. es wird erst mal langsam losrollen müssen um eine hohe Geschwindigkeit zu erreichen. Wenn es dabei schon umkippt wird das nix.

Soweit ich die Aufgabenstellung verstanden habe, geht es hier ja nicht darum eine Monowheel mit konstant hoher Geschwindigkeit immer geradeaus fahren zu lassen.
Das Ding soll doch auch Kurven fahren können, Hindernisses ausweichen können und irgendwann sogar mal einen Slalom-Parcour abfahren können.

Also wird man sich irgendwie auch mit den Problemen bei niedriger Geschwindigkeit auseinandersetzen müssen. Dass sich die Stabilität bei hoher Geschwindigkeit von alleine ergibt hilft da wenig

**Klingon77** · 01.10.2007, 22:45

hi,

viele gute Ideen!

Kette:
Da würde ich zustimmen, wenn es nicht den Schweißverzug geben würde (wie oben schon beschrieben - ein stabiles aber unrundes Rad).
Die Schweißarbeit traue ich mir nicht zu.
Möglich, daß es jemand anderes kann - mit der entsprechenden Ausbildung und Erfahrung.

Zahnkranz:
habe ich halt mal gesucht, weil es eine Option ist.
Ich finde Ihn aber auch zu schwer und recht teuer (es kommen ja noch
drei passende Zahnräder dazu)

Zahnstange(n):
Müßten in ihrer aneinandergereihten Länge mit dem Umfang des Rades auf 1/10mm bis evtl. 3/10mm genau übereinstimmen. Ansonsten würde es bei jeder Radumdrehung zu sehr hohen Spannungen zwischen antreibendem Zahnrad und Zahnstange kommen.
Die Zahnstangen müßten auch nach der Befestigung einen sehr guten Rundlauf bieten.
Beides ist (für mich) schwer zu realisieren.

Schwungmasse:
Die Wirkung einer Schwungmasse sehe ich eher in der kinetischen Energie, welche aus dem Produkt der Geschwindigkeit und der angetriebenen Masse des Schwungrades resultiert.
Eine geringe Masse kann bei höherer Drehzahl die gleiche kinetische Energie gespeichert haben, wie eine höhere Masse bei geringerer Drehzahl.

Diese stabilisiert beim Anfahren und ist beim Lenken zu überwiden.

Ich dachte da auch eher an ein seperates Schwungrad.
Also einen beispielsweise im Zentrum des Rades oder im unteren Bereich (wegen des Schwerpunktes) fest mit der Platform verankerten "Gyro´s".

Dieser würde vor dem Anfahren gestartet und stabilisiert.
Bei erreichen einer geeigneten ("selbststabilisierenden") Geschwindigkeit des Mono-Wheel´s könnte die Gyro-Drehzahl runtergenommen werden.
Dann wäre das Lenkproblem nicht mehr so groß und es würde Energie gespart.

Die Drehzahlsteuerung des Gyro´s müsste natürlich empirisch ermittelt werden. Berechnen kann ich das nicht.

Stützräder finde ich zumindest in der Testphase ein Muß!

Was haltet Ihr von einem solchen zusätzlichen Gyro?

Gruß, Klingon77

**Murdoc_mm** · 01.10.2007, 22:50

@recycle: Ja sehr niedrige Geschwindigkeiten sind schon ein Problem.

Das "sehr" kommt zustande da wenn ich mich an meine "Reifen"-zeiten zurückerinnere ich schon meine das die Geschwindigkeit sehr niedrig war bevor der Reifen umgefallen ist. Einen genauen Wert kann ich dir natürlich nicht liefern und meine Wahrnehmung ist ja auch subjektiv, schon klar, aber viel bewegung war da nicht mehr.

Hat jemand vielleicht ne Idee wie man da vorgehen kann?
Spontan fallen mir 2 Lösungen ein: Einmal mit dem Steuergewicht an dem Servo ausbalancieren (ist aber schwierig ich weiß) oder kurz vor Stillstand nen Ständer ausfahren (müssten sogar zwei sein da sich der Bot da er Rund ist über nur einen wegdrehen würde).
Ist da was praktisches dabei?

Hab grade gesehen "zusätzliches Schwungrad". Auch ne klasse Idee. Aber vielleicht mechanisch zu aufwendig oder?

Wie gesagt ich freue mich über jeden der sich mit einbringt und Probleme und/oder Lösungen aufzeigt.

**ähM_Key** · 01.10.2007, 23:52

Ein Gyro sollte schon gut sein. Klick

Achso..und wie ist das mit 'erster' gemeint?
Klick

**recycle** · 02.10.2007, 02:36

@Murdoc_mm

@recycle: Ja sehr niedrige Geschwindigkeiten sind schon ein Problem.

Das "sehr" kommt zustande da wenn ich mich an meine "Reifen"-zeiten zurückerinnere ich schon meine das die Geschwindigkeit sehr niedrig war bevor der Reifen umgefallen ist. Einen genauen Wert kann ich dir natürlich nicht liefern und meine Wahrnehmung ist ja auch subjektiv, schon klar, aber viel bewegung war da nicht mehr.

Ich weiss nicht, was für eine Reifen sich hinter "deiner Reifen-Zeit" verbirgt.
Für die Richtungs- und Kippstabilität spielen neben der Rotationsgeschwindigkeit auch die Masse und der Radius mit dem die Masse um den Drehpunkt rotiert eine Rolle. Wenn ich jetzt nicht ganz neben der Spur liege, geht der Radius sogar quadratisch ein.
D.h. Reifen oder Ring erfüllen hier die Optimalbedingung, weil sie nur aus rotierender Masse bestehen und diese Masse komplett auf dem äusseren Radius liegt.
Dein Mono-Wheel-Bot wird kaum an diese optimale Bedingung herankommen. Der wird auch einen nicht rotiernden Teil haben.

Damit sich der äussere und nicht der innere Teil dreht, muss der innere die grösserer Massenträgheit haben. Als innerer Teil liegt sein Schwerpunkt zwangsläufig auf dem kleineren Wirkungsradius, daher gehe ich davon aus, dass der innere Teil sogar erheblich mehr Masse haben muss. Der innererTeil wird vermulich auch breiter werden als der drehende Teil.

Damit erinnert mich die Massenverteilung eigentlich eher an eine massive Kugel als an einen Reifen oder Ring. Bei Kugeln ist die Richtungsstabilität glaube ich lange nicht mehr so hoch wie bei einem Reifen. Dass eine Kugel auch bei langsamer Geschwindigkeit nicht umkippt hilft hier glaube ich nicht weiter

Eine Kugel hat aber immer noch den Vorteil, dass die komplette Masse rotiert.
Bei deinem Mono-Wheel Bot wird der grösste Teil der Masse nicht rotieren.

Ich habe keinen Schimmer in welchem Umfang sich diese Unterschiede zu einem Reifen auf Kipp- und Richtungsstabilität auswirken. Besser als bei einem Ring wird es aber sicher nicht werden.

Spontan fallen mir 2 Lösungen ein: Einmal mit dem Steuergewicht an dem Servo ausbalancieren (ist aber schwierig ich weiß) oder kurz vor Stillstand nen Ständer ausfahren (müssten sogar zwei sein da sich der Bot da er Rund ist über nur einen wegdrehen würde).
Ist da was praktisches dabei?

Ob zusätzliche Stützräder ausfahrbar sein müssten, oder obe es reichen würde sie ein Stückchen höher zu montieren, damit sie den Boden erst bei einem bestimmten Kippwinkel könnte man noch ausdiskutieren.

Daran, dass 3 Räder für einen Mono-Wheeler eigentlich ein bischen viel sind, gibt es glaube ich nicht viel zu diskutieren

Zum Parken sind Stützräder völlig OK, für die Entwicklugsphase würde ich ganz sicher auch Stützräder vorsehen.

Die Stützräder gleich als für die Fortbewegung notwendige Elemente einzuplanen ist bei einem Mono-Wheeler aber schon ein bischen unsportlich

Naja, bei ganz langsamer Geschwindigkeit sind Stützräder sicher OK.
Für das Fahren von Kurven oder dem irgenwann maal geplanten Kurvenparcour werden sie aber wohl eher hinderlich als nützlich sein.

D.h. sie werden oder würden dich vermutlich auch nicht davor bewahren über die Bereiche nachzudenken, in denen der Bot nicht durch pure Geschwindigkeit aufrecht gehalten wird.

Dein Projekt ist sicher machbar, ich glaube wie gesagt nur, dass du nicht allzusehr auf Erfahrungen mit HullaHopp-Reifen bauen und sattdessen lieber rechtzeitig auf ein bischen Mathematik und Physik zurückgreifen solltest.

Ich habe selber schon so einige Euros und viel Zeit in den Sand gesetzt, weil ich gedacht habe ich könnte es mir ersparen mich mit Formeln und viel Rechnerei rumzuschlagen und stattdessen einfach drauf los gebastelt habe

**MadMage** · 02.10.2007, 08:44

beim durchlesen bin ich auch zuerst auf einen fahrradreifen gekommen, allerdings seh ich da wie Klingon77 des problem der fehlenden stabilität durch die speichen. ausserdem ist das ventil im weg (ok, lässt sich verlegen).

ich werf trotzdem einen ganz neuen vorschlag in den raum: ein Fahrad-Komplettrad, bei dem die ganzen Bot-bestandteilean der nabe aufgehängt sind und mittels gummirollen auf die flanken der Felge wirken (da, wo normal die bremsen sitzen)

die frage ist noch wie mann die beiden seiten verbindet, denn entweder hat man dann einen bügel ausserhalb des rades oder man müsste die verbindung durch die nabe legen. bei der Bügellösung würden sich diese aberzur aufnahme von stützrollen anbieten

zur steuerung könnte man versuchen die (zwecks balance vermutlich beidseitig montierten) von der Felge wegzudrücken

**toemchen** · 02.10.2007, 09:47

Ja sehr interessant... Muß auch meinen Senf dazugeben.

Also erstmal, ganz am Anfang war kurz die Idee zu lesen, ein breites flaches Rad zu nehmen. Das fällt nicht um, zumindest so lange, wie der Monowheel nicht auf zu schrägem Untergrund steht. Richtig ist auch , daß er dafür eigentlich nur geradeaus fährt bzw. zum Kurvenfahren gefährlich auf der Außenkante balancieren müßte. Da könnte ich mir nur noch ein auf der Stelle drehen durch ruckartiges Bewegen einer Schwungmasse vorstellen (durch Ausnutzen des Unterschieds zwischen Haft- und Gleitreibung, so wie man sich auch auf einem Drehstuhl ohne Bodenkontakt drehen kann.)

Als zweite Möglichkeit wird dann sofort ein schmales Rad, z.B. ein Rad von einem Kinderfahrrad genannt. Hier muß Gleichgewicht gehalten werden, mit Kreiseln, Stützrädern, Schwung oder ähnlichem. Bei Stillstand wirds auf jeden Fall schwierig.

Es gibt aber noch eine Möglichkeit dazwischen! Nämlich eine Kugel.

Die muß ja nicht vollständig sein, man kann links und rechts ne dicke Scheibe abschneiden, damit das dann wieder wie eine aufrecht stehendes Rad aussieht. Aber jedenfalls ist es so: Wenn die Querwölbung der Lauffläche in etwa dem Radius des Rades entspricht, und die Machanik so angebracht ist, daß der Schwerpunkt tief unten ist, sprich das Rad nicht davonrollen kann, dann müßte es auch von selbst aufrecht bleiben und geradeaus rollen. Nur bei den Kurven bin ich mir nicht ganz sicher. Wenn man den Schwerpunkt leicht seitlich verschiebt, dann neigt sich wohl das Rad zur Seite. Rollt es dann eine Kurve wie ein Kegel oder rollt es weiter geradeaus?

Nochwas zum Antrieb: Muß man wirklich an Zahnkränze und Ketten denken? Der Antrieb muß sich doch nur soweit aus der Mitte bewegen, daß das Rad ins Rollen kommt. Das geht doch mit der Reibung eines Gummirades auf einem Alu-Ring locker.

Gruß
Tom.

**ähM_Key** · 02.10.2007, 09:52

Eine Fahrradfelge ist auch ohne Speichen schon sehr stabil, denn das Laufrad ist für wesentlich höhere Belastungen ausgelegt. Ich sehe auch nicht die Stelle, wo großartige Kräfte auf das Rad wirken würden.

**Klingon77** · 02.10.2007, 12:16

Zitat von MadMage

ich werf trotzdem einen ganz neuen vorschlag in den raum: ein Fahrad-Komplettrad, bei dem die ganzen Bot-bestandteilean der nabe aufgehängt sind und mittels gummirollen auf die flanken der Felge wirken (da, wo normal die bremsen sitzen)

die frage ist noch wie mann die beiden seiten verbindet, denn entweder hat man dann einen bügel ausserhalb des rades oder man müsste die verbindung durch die nabe legen. bei der Bügellösung würden sich diese aber zur aufnahme von stützrollen anbieten

zur steuerung könnte man versuchen die (zwecks balance vermutlich beidseitig montierten) von der Felge wegzudrücken

hi,

die Mechanik an der Nabe aufzuhängen hatte ich auch schon gedacht.
Klar, kann jeder sagen - ich habe ja nicht darüber geschrieben.

Auf die Idee mit dem Bügel bin ich allerdings noch nicht gekommen! Die finde ich sehr gut!

Was mich von der Nabenbefestigung abgebracht hat, war die Vermutung, daß Lenkung durch axiales verschieben eines Gewichtes (Akku´s?) über einen großen Hebelarm von der Plattform auf die Nabe im Zentrum des Rades wirkt.

Dementsprechend grob wird die Lenkung ausfallen.

Oder habe ich da einen Denkfehler?

Durch den Bügel könnte man die Gummirollen, welche zum Vortrieb genutzt werden sollen auch gut in Richtung Felge andrücken.

Zitat von toemchen

Es gibt aber noch eine Möglichkeit dazwischen! Nämlich eine Kugel.

Die muß ja nicht vollständig sein, man kann links und rechts ne dicke Scheibe abschneiden, damit das dann wieder wie eine aufrecht stehendes Rad aussieht. Aber jedenfalls ist es so: Wenn die Querwölbung der Lauffläche in etwa dem Radius des Rades entspricht, und die Machanik so angebracht ist, daß der Schwerpunkt tief unten ist, sprich das Rad nicht davonrollen kann, dann müßte es auch von selbst aufrecht bleiben und geradeaus rollen. Nur bei den Kurven bin ich mir nicht ganz sicher. Wenn man den Schwerpunkt leicht seitlich verschiebt, dann neigt sich wohl das Rad zur Seite. Rollt es dann eine Kurve wie ein Kegel oder rollt es weiter geradeaus?

Nochwas zum Antrieb: Muß man wirklich an Zahnkränze und Ketten denken? Der Antrieb muß sich doch nur soweit aus der Mitte bewegen, daß das Rad ins Rollen kommt. Das geht doch mit der Reibung eines Gummirades auf einem Alu-Ring locker.

Gruß
Tom.

Die abgeschnittene Kugel wäre sicherlich optimal.
Auf einen "Schlag" hätte man, sofern der Schwerpunkt (wie beschrieben)
tief genug liegt, alle Stabilitätsprobleme gelöst.

Woher aber eine solche Kugel, die dann auch noch stabil ist bekommen?
Fertigen kann ich die nicht.

Ich denke, die Kugel sollte nicht zu schwer sein, einen Durchmesser von ca. 450mm haben und außen mit einem Gummi oder ähnlichem belegt sein (Metall auf Asphalt rumpelt fürchterlich).

Was den Antrieb betrifft, tendiere ich auch zu der Lösung mit dem Gummibelegten Rad an einer Alu-Scheibe.

Zitat von ähM_Key

Eine Fahrradfelge ist auch ohne Speichen schon sehr stabil, denn das Laufrad ist für wesentlich höhere Belastungen ausgelegt. Ich sehe auch nicht die Stelle, wo großartige Kräfte auf das Rad wirken würden.

Wenn in dem Reifen ein Alu-Kreisring montiert ist (so ca. alle 5-10 cm eine Schraube), dann sollte sich das Rad auch nicht mehr nach der Seite verziehen können.
Meine Befürchtung liegt darin, daß nach dem entfernen der Speichen das Rad "eiert".

Die Kräfte, welche direkt auf die Felge wirken sind sicherlich sehr gering und nicht mit den Kräften beim normalen Fahrradfahren zu vergleichen.

Gruß, Klingon77