Basic(-Billig/-Baby) Mono Wheel

[mausi_mick]

hi Klingon77,

mit den 360 ° schwenkbaren Gyro hab ich auch bereits experimentiert, indem ich ihn an einen Getriebemotor gehängt hatte .
Abgesehen von dem ungünstigen Masseverhältnis - der von mir verwandte Getriebemotor (Buehler) wog mehr als der Kreisel - bringt das wohl nichts, denn wenn man - z.B. von unten kommend=0° - aus dieser 90 ° Position wieder nach oben (Richtung 180°) rausgeht, dreht sich die Impulsrichtung. Ich denke das hängt mit der Schwerkraft (Vektor) zusammen und deren Richtung schnell zu ändern geht wohl nur im Erdmittelpunkt ?

Daher vermute ich, die einzige Möglichkeit, mehrere Impulse in die gleiche Richtung abzugeben, funktioniert nur durch Ändern der Drehrichtung des Kreisels, und das braucht leider viel Zeit (vermutlich > 5 s) , aber dann ist MW, falls ich seine Fahrgeschwindigkeit nicht reduziere,
schon knapp 10 m weiter.
Ich werd das aber mal testen (3. H-Brücke bzw. H-Brücke von Pendelantrieb benutzen.)

Entäuschend ist für mich auch der doch relativ kleine Drehimpuls bei dem Test auf dem Drehtisch.
Wenn man bedenkt, dass in Fahrt zusätzlich zu dem 600 g Innenteil auch noch 800 g Aussenrad mit seinem grossen Trägheitsmoment in Drehung gebracht werden müssen, sieht man, warum die durch die Kreiselschwenkung erzeugte Drehung des MW so gering ist.
Werd aber erst nochmal mit der Schwenk-Software experimentieren.

Gruß

mausi_mick

[mausi_mick]

hi MW-ler,

hab den Kreiselmotor an H-Brücke gelegt, sodass ich Geschwindigkeit und Drehrichtung per SW ändern kann.

hier eine kleine Kostprobe (Linkskurve) auf Drehtisch :

http://www.youtube.com/watch?v=0vcgO83oz_Q

Fahrversuche mit speed=+-80 heute Morgen auf Parkplatz waren enttäuschend:

- Camera braucht wohl SD-Karte (sollte man eigentlich vorher prüfen)
- Linkskurven-Einleitung in dem nicht ebenen Gelände wenig / bzw. eher nicht erkennbar

Aber MW scheint damit - wenn es mal Kurve (manuel) eingeschlagen hat
sehr stabil zu fahren mit Radius zwischen ca 2m und 1m (der Radius scheint sich - vermutlich durch die Schwenkerei - zu verringern).


Gruß

mausi_mick

[oberallgeier]

Murdoc_mm wird schon auf mich schimpfen. Klingon77 - die Schwungscheibe ist doch fertig und bei der Lieferung dabei, oder?

[Klingon77]

hi,

Schwungscheibe war nicht dabei; gewünscht waren zwei Pendel mit variabler Masse von jeweils bis zu 450 Gramm.
Ich habe Murdoc_mm damals aber eine Option für eine Schwungscheibe eingeräumt


Im Prinzip macht das "BMW" momentan nichts anderes als wir es beim "großen" auch geplant hatten.
Impulssteuerung

Ob nun die Impulse durch eine rotierende Scheibe oder zwei Pendel ausgelöst werden...
Die rotierende Scheibe stabilisiert das MW wohl noch zusätzlich.

Bei der Linksdrehung aus dem letzten Video sollte es aber eine Rechtskurve einleiten?

Wenn das Gewicht zu klein ist könnte man ggf. noch mit der Länge des Hebelarmes experimentieren?
Durch Verlängerung sollte sich auch der Impuls vergrößern lassen?

Selbst nach mehr als einem Jahr noch spannend und ungelöst.
Bin immer noch gespannt wie ein "Flitzebogen" \/

liebe Grüße,

Klingon77

[mausi_mick]

hi ,

die "statischen" Versuche auf dem Drehtisch - ohne Aussenrad - sahen zwar nicht so schlecht aus, aber mit rotierendem Aussenrad tut sich da eigentlich nichts.

Vermutlich sind die Trägheitsmomente doch etwas zu unterschiedlich:

Beim Aussenrad ergibt sich bei r = 13cm und m = 0,8 kg ein Trägheitsmoment von ca J(Aussenrad) = 135 kgxcmxcm , beim Kreisel (r = 1,5cm , m <=50g) J(Kreisel) <= 0,11 kgcmxcm.

Obwohl die Drehimpulse - falls ich mich nicht verrechnet habe -
etwa gleiche Grössenordnung haben:

Bei ca 1 U /s des Aussenrades komm ich auf einen Impuls L(Aussenrad) = 845 kgcmxcm/s bei einer - angenommenen - Drehzahl des Kreisels von 1000 U/min auf L(Kreisel) <= ca 105 kgcmxcm/s.

Anmerkung: am 31.05.09 hab ich die Drehzahl mal gemessen, lag mit 1500 U/min deutlich höher als die geschätzten 1000 U/min,
der Drehimpuls des Kreisels lag dann wohl bei 157 kg cmxcm/s.

Die Impulsänderung durch das Schwenken (in ca 0,5s) , die dann für die Drehbewegung des MW um die Hochachse sorgen sollte, ist vermutlich deutlich geringer.

Gruss

mausi_mick

[oberallgeier]

... "statischen" Versuche ... nicht so schlecht aus, aber ... tut sich da eigentlich nichts ...

Leider - als ich das Thema Gyro für Murdoc_mm´s MW zusammen mit einem Hochschulwissenschaftler für Rotorendynamik überlegte, hatten wir ähnliche Befürchtungen. Zum Kurvenfahren hatte ich ja eher diese Impulsidee, die ich beim Einrad der Kiddies abgeguckt hatte.

Die Stabilisierung bzw. Lenkung mittels Kreiselreaktionen habe ich auch mal gaaaanz grob getestet - und war enttäuscht. Diese groben Versuche mit dem pendelnd aufgehängten, um eine senkrechte Achse rotierenden Fahrrad-Rad bestärkten meinen Befürchtung, dass die erforderlichen Schwankungen der Antriebsplattform (vorwärts zum Beschleunigen, rückwärts zum Bremsen) sowie die Kurvenfahrt mit geneigtem MonoWheel den Kreisel bleibend auslenken, sodaß er für Stabilisierungs- oder Lenkzwecke kaum zu gebrauchen wäre. Daher - got to oben - die Impulsidee à la Einrad . . . .

[Christian H]

Hallo,


das Monowheel bleibt eine spannende Geschichte. Nach den Videos zu urteilen, hätte ich gedacht, dass kontrollierte Kurvenfahrten, wenn auch mit einem großen Kurvenradius, möglich sind. Die Kurvenfahrten waren doch gezielt durch die Auslenkung der Pendel bedingt? oder nicht?

Vielleicht läßt sich das Verhalten vom Monowheel auch folgendermaßen erklären:
Dadurch dass das Außenrad eine relativ große Trägheit besitzt, kann man den Einfluß der Pendel durch den Impuls bei Auslenkung oder auch Effekte des kleinen Steuerungskreisels erst einmal vernachläßigen.
D.h. im Falle des Pendels oder Auslegers: Ausleger wird ausgefahren und es passiert erst einmal gar nichts. Rad kippt nicht, da Drehimpuls des Aussenrades zu groß.

Jetzt hat man die Verhältnisse wie bei einem Kreisel an dem quer zur Rotationsachse eine Kraft, nämlich die Gewichtskraft des Auslegers ansetzt.
D.h. dies führt zu einer Präzession des Kreisels. Nach dem Drallsatz gilt:

mit Omege = Präzessionswinkelgeschwindigkeit
D= Drehmoment durch den Ausleger
T=Trägheitsmoment des Aussenrades
w=winkelgeschwindigkeit des Aussenrades

Omega = D / T / w

Durch die Präzession dreht sich das Rad und fährt einen großen Kreis mit Radius R
v= Geschwindigkeit
Omega = v / R

selbst dreht sich das Rad mit
r = Radius des Aussenrades
w= v / r

setzt man alle 3 Formel ineinander ein ergibt sich:

R=v/Omega= v * T * w / D=v^2 / r * T * D

Für v= 3m/sec, r=0,13 m, J= 0,8 kg * 0,13 m * 0,13 m *9 m/sec^2
und D = 0,1 Kg * 0,05 m (kann Pendel um 5 cm ausgefahren werden und wiegt es etwa 100g?)

ergibt sich ein Kurvenradius von etwa 13 m.

Damit kippt das Rad etwas nach innen und das Drehmoment auf das Rad wird größer, der Kurvenradius wird noch etwas kleiner. Der Ausleger kann jetzt zurückgefahren werden. Das Rad hat ja eine gewisse Schräglage. Verringert man die Geschwindigkeit wird der Kurvenradius noch kleiner. Natürlich ist dies eine deutliche Vereinfachung. Der Einfluss und die Bewegung des Innenteils sind ja nicht mitberücksichtigt.

Da R proportional zu v^2 ist, was ja verständlich ist, sollte die effektivste Steuerung letztlich über die Geschwindigkeit möglich sein.

zum Aufrichten des Rades: Gas geben. Ausleger auf die Gegenseite. Ist ja auch schon mehrfach, insb. den Bikern unter Euch, so gesagt worden.

Ist denn die Größenordnung 10 m Kurvenradius bei 3 m / sec realistisch ? Dreht das Rad auf die Seite des ausgefahrenen Auslegers ? Wenn ja, ist dies durch die Hebelwirkung des Auslegers bedingt. Der Impulseffekt sollte dagegen entgegengesetzt wirken. Ein Kreisel auf dem Innenteil würde natürlich ebenfalls zu einem Impulseffekt und kippen des MW führen und Einleiten einer Kurve führen. Im weiteren würde der Kurvenradius aber wieder über die Geschwindigkeit gesteuert werden müssen.
Konsequenz wäre also insb. eine gute Regelung der Geschwindigkeit, auch Abhängig vom Neigungswinkel einzubauen. Dazu müßte natürlich der Schwerpunkt vom Innenteil möglichst tief liegen.


Viele Grüße

Christian

[mausi_mick]

hi Christian H,

danke für Deine Erklärungen, ich werd nochmal versuchen, das nachzuvollziehen.

Aber Du hast schon recht: Mit den Gewichten komm ich - in ungestörter Umgebung (eben, flach, keiene Hindernisse : Turnhalle mt ca 30m x 30 m)
auf Kurvenradien von 8-15m.
Ich glaub, mit der Fahrgeschwindigkeit lieg ich etwas drunter, etaw 2m/s,
hoffe das aber demnächst noch genauer ermitteln zu können (hab jetzt Gabel-LS unter MW anbrigne können, mit deren Hilfe ich die Löcher in dem Aluring während der Fahrt zählen will).

Hab gestern auch erste Versuche gemacht mit Reduzieren der Geschwindigkeit und dann erst in die Gewichte in die Endposition bringen und dann wieder beschleunigen.

War aber nicht so doll:
Durch das Abbremsen gerät das Innenteil in eine
Rückwärtslage ( die Gewichte gehen dann nicht mehr sehr mittig raus und das führt erst mal zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen).

Hab dann auch mal die Fahrtrichtung auf 0 reduziert und dann rückwärts
beschleunigt (Eine H-Brücke am Fahrmotor bietet da doch mehr als ein Vorwiderstand). Das war aber - allerdings ohne Regelung - extrem instabil und führte reproduzierbar zum Umkippen.

Ich werd wohl mal den Kreisel erstmal wieder ausbauen und das Servo zusätzlich mit einem Zinn-Gewicht (<120 g) zum nach rechts-und links- Schwenken verwenden - ähnlich wie bei Murdocs / Klingons MW.

Damit kann ich dann vielleicht gezielt Störungen verursachen, die dann das Pendelgewicht an der Zahnstange auszugleichen hat (oder umgekehrt). Leider ist dieses Gewicht am Servo relativ hoch (ca 2 cm über innerem Fahrzeug) - ähnlich wie der Kreisel - untergebracht.

Gruss

Mausi_mick

[mausi_mick]

hi Christian H,

ich glaube, Dein Ansatz, dass die Kurveneinleitung auf die Präzession durch die Kraft bzw. das Drehmoment auf den Pendelarm herrührt und das Aussenrad als Kreisel zu betrachten, ist genial und richtig.
Meine Beobachtungen, dass das MW auf kurzfristige Aktionen des Pendels
kaum reagiert - stimmen damit recht gut überein.
Auch war der Fahrversuch im Winter interessant, als das MW gegen/über eine Eisplatte fuhr, kurzfristig die Richtung änderte, aber dann sich an die ursprüngliche Richtung "erinnerte" (Memory-Effekt durch Trägheit ?).

Nur hab ich bei Deinen Formeln noch Probleme:

In der 1. Gleichung : Omega = D / T / w ist - glaube ich - die Klammerung nicht ganz richtig:

sollte wohl heissen: Omega = D / ( T * w).

Ist dann aber dann richtig eingesetzt in

R=v / Omega= v * T * w / D

aber danach müsste es wohl mit = (v^2/r) * T / D

weitergehen.

Ich hab dann mal in diese Formel die Werte eingesetzt,

wobei ich den Aussenradius mit r = 0,15m eingetragen habe (gegenüber 0,13 m für den Radius des Aussenrad-Schwerpunktes für das Trägheitsmoment).

für T=m*r*r erhalte ich 0,8 kg * 0,13m * 0,13m = 0,0135 kg*m*m

für v= 2 m/s : v^2 / r = 2 * 2 / 0,15 = 26,6 m / s * s

Das Drehmoment ist vermutlich etwas höher:
als max. Verschiebung der Zahnstange aus der Mittenlage nehme ich nur 3 cm , als Masse aber die Gesamtmasse des Pendels:

4 x 20g für die Akkus
2 x 90 g (maximal) für die Gewichte (an den Akkus)
10 g für die Aluschiene/Zahnstange

also max. ca 250g

ergibt D = 0,03 * 0,25 * 9,81 m*kg * m /s*s= 0,0736 kg * m *m /s *s

ergibt insgesamt R = 0,0135 * 26,6 / 0,0736 = 4,9 m

Vermutlich hab ich die Tests mit IR-Fernbedienung in der Turnhalle aber mit weniger Masse (ca 120 g) durchgeführt, da die Radien dort wohl um die 10m lagen.

Wäre schön,

wenn Du das nochmal überprüfen könntest

Gruss

mausi_mick

[Christian H]

Hi mausi_mick,

Du hast recht bei der letzten Formel hatte ich *D statt /D geschrieben. In der Rechnung habe ich aber die richtige Formel verwendet.

Man kann sich noch überlegen wie stark die Schräglage des MW während der Kurvenfahrt sein wird.

Die Zentrifugalkraft ist Z= m * v^2 / R
Die Gewichtskraft ist F= m*g
Damit sollte für die Schräglage (alpha) gelten
sin (alpha) = Z/F = v^2 / (R*g)

Für alpha ergibt das nur 0,44 oder 2,5 Grad.

Die Frage ist ob durch das zusätzliche Drehmoment infolge der Neigung des Rades die Präzession wesentlich beeinflußen wird. Ich glaube nicht.

Zumindest wäre das zusätzliche Drehmoment mit

Gesamtgewicht (750g ?) * Hebelarm =
M * g * sin (alpha) * r =
0,75 * 9,81 * 0,044 * 0,15 Kg m^2/sec^2=
0,048 Kg m^2/sec^2

kleiner als das Drehmoment durch die Pendel und fällt wohl nicht sonderlich ins Gewicht. Bei niedrigerer Geschwindigkeit und engeren Kurvenradius siehts wohl anders aus. Es bleibt reichlich diffizil.

Viele Grüße

Christian