Linienfolger ohne MP: Es sollte doch nur ein Herbie werden

**Searcher** · 15.08.2009, 15:25

... mutierte aber doch mehr in richtung new beetle.

Mein erster Linienfolger angeregt durch: "Mein allererster Roboter" https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=32371

und http://www.beam-wiki.org/wiki/Herbie

Das "Fahrwerk" hat mehrere morphologische Entwicklungstadien durchlaufen. Seine jetzige Form wurde haupsächlich bestimmt durch das Gummigetriebe und die Konzentration von Gewicht um die Drehachse damit bei Kurven die Trägheit nicht noch durch Hebelwirkung verstärkt wird. Der Abstand der Sensoren ist auf einer Führung manuell einstellbar.

Der Funktion der Elektronik mit LDR aus "Mein allererster Roboter" hat funktioniert, jedoch mit zu wenig Geschwindigkeit. Schärfere Kurven konnten nicht gefahren werden. Bin dann über einen Artikel von Herbie, einem beam bot, gestolpert. Die Einfachheit des Aufbaus - Klasse. Der Nachbau war dann wiederum ernüchternd und entsprach nicht meinen Erwartungen. Funktionierte zwar auch, war aber nicht flexibel genug, vor allem in der Geschwindigkeitsregelung Mit dem Gummigetriebe und den schnelllaufenden Motoren wären die Räder übergroß geworden.

Somit hab ich mich dann an einem eigenen Entwurf versucht. Herausgekommen ist eine Geschwindigkeitsregelung der beiden Antriebsräder mit PWM. Richtungssteuerung nach Herbie, IR Dioden als Sensoren, IR LED als Scheinwerfer.

Dreicksignalerzeugung, ca 8 KHz) mit LM358. Das Dreieck wird auf einen OpAmp Addierer geführt, mit dem man den Offset des Dreiecks gegenüber ground einstellen kann (Geschwindigkeitseinstellung). Außerdem ist die Verstärkung des Dreiecks im Addierer regelbar(Einstellbare Empfindlichkeit der Richtungssteuerung). Es geht weiter zu einem Inverter OpAmp, der das Dreieck auf den Kopf stellt. Nun wird das invertierte und das noch nicht invertierte Signal auf je einen weiteren OpAmp geführt deren anderen beiden Eingänge zusammengeschaltet sind und mit dem Ausgang des Herbie Chips LM386 gesteuert werden. Hier
findet die Dreieck - Rechteckwandlung statt. Pulsweite abhängig vom Ausgangspotential des LM386. Die Ausgänge der beiden OpAmps noch auf Transistoren (hatte keine passenderen als BD139) zum Motoren treiben. Die vier OpAmp für Addierer, Inverter und die Dreieck - Rechteckwandler auf LM324. Alles versorgt mit 6 Volt aus Batterien oder 5 Volt aus NiCd.

Was ich selbst machen konnte hab ich selbst gemacht. zB. Räder, Batteriehalter (etwas aufwändig, aber kein Geschäft in der Nähe und Bestellungen dauern mir in der Regel zu lange), auseinandergenommene Lüsterklemmen für Achsbefestigung, abgesägte Nägel als Achsen. Fast alle elektr. Bauteile stammen aus ausgeschlachtetem Elektronikschrott. Muß bei mir nicht unbedingt schön aussehen, Interessant wird es von allein

Funktion muß stimmen.

Hier noch ein auf die schnelle zusammengeschustertes Video. Bei Interesse werd ich noch eins machen in dem dann die Einstellmöglichkeiten der einfachen Steuerung besser zu beurteilen sind (aber erst nach Linienbahnoptimierung).

http://www.youtube.com/watch?v=RIpw5rPvO2A

**Searcher** · 15.08.2009, 15:33

Hatte noch Bilder vergessen

**021aet04** · 15.08.2009, 19:17

Nicht schlecht. Originelle Batteriehalterung

**vohopri** · 16.08.2009, 12:31

Hallo,

das ist wieder mal ein besonders schönes Projekt: Man sieht, wie weit man mit wenig Werkzeug und wenig Materialkosten kommen kann, wenn man beides intelligen einsetzt. Gratuliere! Und danke für den Bericht.

Die roten Haushaltsgummiringe halten nicht lang, die altern und lösen sich auf: Abhilfe schaffen dann Gummiringe aus einem ausgemusterten Fahrradschlauch geschnitten.

Ein kompletter Schaltplan wäre fein.

grüsse,
Hannes

**Searcher** · 16.08.2009, 15:40

Danke für die Anerkennung. Es macht Spaß mit möglichst einfachen Mitteln viel herauszuholen.

@vohopri, mir gefallen auch deine Projekte, vor allem die kleinen hilfreichen. Die anderen sind doch noch etwas anspruchsvoll.
Hatte mich auch nach Alternativen zum Haushaltsgummi umgesehen, aber immer Bedenken, einen nahtlosen Kreis hinzubekommen. Hab mir dann im 1 Euro shop eine ganze Tüte von Gummis in reichlicher Längenauswahl für, na, jaa, einen Euro besorgt.

Noch ein paar Erläuterungen zum Schaltplan:
Ich hab das meißte in LTSpice simuliert und daraus stammen die beiden Schaltpläne. Bei der Simulation der kompletten Schaltung (Dreieckgen. und Steuerung zusammen) gab es Fehler vom Spice, irgendwas mit Nullmatrix o.ä. Bei der Realisierung wichen die tatsächlichen Werte von den gemessenen natürlich ab. Beispiel Dreiecksignal: Spice zeigt ca. 11 kHz an. Tatsächlich hab ich etwas über 8 kHz. Mag auch an meinem Soundkartenoszi liegen oder Bauteilen ...

In den angefügten Plänen sind die eingebauten Werte eingetragen! Es fehlen noch die Freilaufdioden 1n4148 über den Motoren (Bin mir nicht sicher, ob man die wirklich braucht)

Symetrie Trimmer für den guten Dreieck sind 220kOhm, Speed Trimmer - 22kOhm, Sensitivity ein 50kOhm Trimmer

Wichtig ist, das am U4-minus und U1-plus Eingang das Signal möglichst gleich hoch ist. Wieder Einsatz von Soundkartenoszi.
EDIT Und die Verstärkung des Inverters mit U3 soll genau 1 betragen.

Hier nochmal der Link zur Herbie Schaltung:
http://www.beam-wiki.org/w/images/c/...biecircuit.jpg

Pin5 ist direkt mit den Eingängen von U4, U1 verbunden. Die Brücke von 1 nach 8 ist bei mir nicht drin. Damit wurde die Reaktion zu scharf. Dafür hab ich zwei IR LED eingesetzt (Stammen aus einer alten Fernbedienung und sind in Reihe mit 110 Ohm an der Betriebsspannung), die dann auch das ganze unempfindlicher gegen Umgebungslicht gemacht haben. Anstatt des 100k Trimmers ist einer mit 50k drin.

Wichtig ist, daß die Spannungen der beiden gegeneinander geschalteten Photodioden bei gleicher Beleuchtung sich von Haus aus möglichst schon aufheben. Wird der Trimmer zu stark zum Ausgleich eingesetzt, werden die Links- Rechtsbewegungen ungleichmäßig. Ich mußte einer der Dioden mit einem schwarzen Schlauch etwas Licht nehmen und den Rest Ungleichheit mit dem Trimmer nachregeln.

Zu guter letzt noch die Motoren. Hab Glück gehabt und zwei gleiche (mit unterschiedlich langen Achsen) in einer alten Minikompaktmusikanlage mit CD Player gefunden. Es sind rf310ta

http://www.mabuchi-motor.co.jp/cgi-b...AT_ID=rf_310ta

Noch 'ne Anmerkung: bin nur Hobbybastler und freu mich über jede Kritik an der Schaltung und hoffe das geht klar mit den zerhackten Schaltplänen, sonst müßt ihr noch etwas warten bis ich mal Zeit finde das alles zusammenzupacken.

**vohopri** · 16.08.2009, 15:57

Ah,

danke für die viele Info und für die Schaltpläne. Schon der elektronische Fliegenpracker hat mir gefallen und jetzt bin ich gespannt auf deine nächsten Projekte.

grüsse,
Hannes

**Searcher** · 17.09.2009, 10:10

Hallo zusammen,

mein "Herbie PLUS" soll windschnittiger und dafür flacher werden. Nach nächtelangen Machbarkeitsstudien und experimentellen Fehlschlägen habe ich nun einen ersten Schritt getan und den Antrieb umkonstruiert. Ich hoffe, daß ich die Einheit ohne große Umstände später in meinem geplanten Vierrad zusammen mit dem Gummidifferenzialgetriebe (zu finden im Mechanik Forum) weiterverwenden kann. Da das Differenzial vermutlich eine Menge Widerstand leistet, will ich dort nicht einen einzelnen Motor verwenden sondern die Power dieser beiden bündeln und parallel antreiben lassen.

Bevor ich meine Träume begraben muß - der Dynamiktest steht noch aus - hier ein paar Fotos. Das erste und das zweite Foto zeigen meine Vorstellungen. Die beiden anderen die Details. Die unrunden Löcher für die Durchführung der Motorachsen vorne entstanden durch geistige Abwesenheit beim Anreißen/Bohren, erwiesen sich aber praktisch dadurch, daß ich sie vergößern mußte und nun zum Einfädeln des Antriebsriemens genug Platz habe, ohne dafür gleich alles auseinaderschrauben zu müssen.

PS. Die Verwendung von Getriebemotoren wurde absichtlich nicht in Betracht gezogen (dies ist fast unschlagbar leise), dafür eher an die Verbesserung meines Werkzeugparks gedacht.

RN Album BildBild hier RN Album BildBild hier

Gruß
Searcher

**PICture** · 17.09.2009, 18:15

Hallo!

@ Searcher

Deiner Linienverfolger gefällt mir sehr, ist für mich aber zu kompliziert, wenn es um die Elektronik geht, um ihn nachzubauen...

Weil ich inzwischen bemerkt habe, dass du auch verrückte Ideen magst, möchte ich dir meine letzte vorstellen und bin auf deine Meinung gespannt...

Ich versuche mir momentan einen nutzlichen Bot zu bauen, vorher wollte ich aber ein künstliches Tier haben, das sich voll zufällig in meiner Wohnung bewegt. Das es auf keinem Hinderniss stehen bleibt, habe ich bereits sogar ohne Elektronik geschafft.

Weil er sich langsam, aber doch nicht ganz zufällig bewegen mag, habe ich eine verrückte Idee, dass es eine imaginäre Linie auf dem Teppichboden verfolgten würde, die wegen variabler Helligkeit mehr zufällig seien sollte. Wenn die Linie extra erzeugt würde, sollte es auch funktionieren. Ich möchte dazu ganz einfache analoge Schaltung bauen, die ich im Code vereinfacht skizziert habe.

Die T1 und T2 kompensieren den Spannungsabfall auf D1 und D2, auf dem C ist die aktuelle mittlere Helligkeit von den LDRs "gespeichert" und die Komparatoren mit Hysterese K1 und K2 steuern indirekt die Motoren M1 und M2.

Wahrscheinlich bleibe ich jedoch bei der Lösung mit drei Räder und würde ich den Antriebsrad mit gleich schnell laufendem Motor mit von Komparatoren gesteuertem Motor drehen.

Hat der Unsinn einen Sinn ?

MfG

Code:

                           VCC
                            +
                            |
          +-------+----+----+
          |       |    |    |
          |       |   .-.  .-.
          |       |   | |  | |
          |       |   | |  | |
         .-.     .-.  '-'  '-'
     LDR1| | LDR2| |   |    |          |\|       _
         | |     | |   +----|---+------|-\      / \
         '-'     '-'   |    |   |      |K1>--->( M1)
          |       |  |<     |   +->|-+-|+/      \_/
          +-------|--| T1   |     D1 | |/|
          |       |  |\     |        |
          |       |    |    |        | |\|       _
          |       |   ===   +---+----|-|-\      / \
          |       |   GND   |   |    | |K2>--->( M2)
          |       |       |<    +->|-+-|+/      \_/
          |       +-------| T2    D2 | |/|
          |       |       |\        ---
         .-.     .-.        |     C ---
         | |     | |       ===       |
         | |     | |       GND      ===
         '-'     '-'                GND
          |       |
         ===     ===
         GND     GND

**Searcher** · 17.09.2009, 23:10

Hallo,

@PICture: Freut mich sehr, das Dir mein Spielzeug gefällt. Mir ist meine Schaltung auch viel zu kompliziert geworden.

Ich bin doch nur Hobbybastler und muß sehr viel probieren um Ideen in eigenen Schaltungen zum Laufen zu bringen.

Deine Idee ist unheimlich interessant, vor allem weil sie so einfach aussieht. Mir fehlt der "Durchblick" um die Schaltung richtig zu beurteilen. Auf die Schnelle kann ich nicht sehen, wie C sich wieder ein bißchen entladen kann, wenn mittlere Helligkeit sinkt. Aber das wirst du sicherlich hinbekommen.

Andere Frage wird sein, wie wird Lichtlinie auf Teppich erzeugt/welchen Kontrast hat sie zum Boden und wenn der Artan darüber fährt, kann er sie dann noch sehen und nicht mit eigenem Schatten verdeckt. Da muß man sich Gedanken um die Anordnung/Ausrichtung der LDR machen und zusätzliche Aktion vorsehen bis er wieder eine Lichtlinie erkennt. Da sind sicherlich einige Experiment auf unerforschtem Terrain notwendig.

Ich werde mal drüber schlafen, vielleicht fällt mir dann noch was ein.

Zufälliges Verhalten in der Technik zu erzeugen ist anscheinend eines der schwierigsten Vorhaben.

Gruß
Searcher

**PICture** · 17.09.2009, 23:59

Es freut mich sehr, dass meine Idee zumindest, für dich, nicht sinnlos ist. Ich bin ein Anfänger im Robotik und du hast für mich sicher mehr Erfahrung damit.

Da ich es nur vereinfacht dargestellt habe, kann und muss man das ganze nicht in Details verstehen. Du hast mich mit dem Schatten überzeugt, dass es wirklich zufällig seien könnte, was ich haben will. Ich werde sogar nur Tageslicht nutzen um Energie zu sparen und wenn es dunkel wird, lasse ich mein Spielzeug bis Sonnenaufgang schlaffen.

Das Haken in meiner Idee ist, dass keine echte Linien verfolgt werden sollen und die aktuelle Richtung nur von Lichtmengen, die auf die zwei LDRs fallen, abhängig wird. Wenn aber eine konkrete Linie deutlich wird, sollte sie in deinem Fall natürlich verfolgt werden.

Durch vorläufiges Abspeichern der mittlerer Helligkeit sollte die Empfindlichkeit auf Helligkeitsänderugen an Ränder der Linie gleich bleiben. Es sollte als eifachste AGC wirken, dessen Zeitkonstanten am besten in praktischen Tests ermittelt werden.

Ich denke, dass wir irgendwann durch eine Diskussion (vielleicht woanders im Forum), gemeinsam eine gleiche und einfachste elektronische Lösung für uns beiden finden könnten. Der Steuerung/Elektronik ist doch egal, ob die zu verfolgende Linie echt oder imaginär ist und ob das Fahrwerk 3 oder 4 Räder hat.

MfG