Mein Kunsttier (BEAM) mit Elektronik

[PICture]

Hallo!

Ich möchte zuerst mit eifachen, sich zufällig bewegendem Sasim ("Solar Artificial animal SIMple") anfangen und ihn langzeitig ausprobieren (siehe Skizze). Beim positiven Ergebnis brauche ich nix komplizierteres basteln.

Er soll sich beim Starten geradeaus vorwärts bewegen und wenn er am Hindernis gestoppt wird, sollte sich die Drehrichtung des GS umkehren und er soll bis zum nächsten Hindernis rückwärts fahren, wo sich die Drehrichtung wieder umkehrt, usw..

In welcher Richtung er bei Rückwärtsfahrt dreht, ist (fast) zufällig. Der Kurwenwinkel und somit der Kurvenradius ist durch beiseitige Begrenzung festgelegt, damit er nicht im Kreis fährt.

Um Hindernisse zu erkennen wird der GS ein Imulsgeber haben und es werden ausserdem Akuspannung, Ladestrom und Umgebungshelligkeit überwacht. Er soll eben bei höherem Ladestrom als Stromverbrauch stehen bleiben und warten bis der Akku voll wird.

          AT

           |
           |
     .-----V------------------------.
     | .-------.    .-------.--|--. |   FR = freilaufendes Rad
     | | .---. |-\  |       | FR  | |
     | | |GS | |  \ |       '--|--' |   SC = Solarzellen
     | | '---' |   ||             | |
     | |   |   |   V|             | |   AT = Antriebsteil
     | |.--|--.|    |             | |
     | || AR  |#-o  |     SC      | |        GS = Getriebestepper
     | |'--|--'|    |             | |
     | |       |   A|             | |        AR = Antriebsrad
     | |.-----.|   ||             | |
     | || BG  ||  / |       .--|--. |        BG = Balancegewicht
     | |'-----'|-/  |       | FR  | |
     | '-------'    '-------'--|--' |        o  = Kugellager
     '------------------------------'

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Die Steuerung scheint mir einfacher mit mehreren kleinen paralell arbeitenden spezialisierten µC's (da nur 0,1 g in SMD) als mit Multitasking zu sein. Der Takt 12 kHz für SC kommt von HC, der mit internem Takt 48 kHz arbeiten wird. Der Sasim bekommt noch zusätzliches Getriebe 3,3 : 1, dass die gesamte Untersetzung vom Rotor des GS zum Antriebsrad ca. 600 : 1 wird. Ich werde auch noch versuchen den Stromverbrauch zu senken und das Optimum für mich im praktischen Test zu ermitteln.

                               -----.
     REF Spannung ------- C ->|     | vom
     Akkuspannung ------- C ->| HSC | Impulsgeber
     Ladestrom    ------- C ->|     |<-------+
     Tag/Nacht    ----------->|     |        |
                              '-----'        |
                                 |           |
                                 |           |
                                 / 3         |
      C = Komparatoreingang      |           |
                                 |           |
    HSS = Hauptcontroller      -----.  2     |
                              |     |       / \
     SC = Steppercontroller   | SC  |--/-->(GS )
                              |     |       \_/
     GS = Getriebestepper     '-----'        |
                                            ===
                                            GND

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Erste Messungen des Stromverbrauchs mit einfachem SC haben gezeigt, dass ein GS bei Versorgungsspannung 3 V ca. 3,5 mA beträgt, aber bei 4,2 V leider schon das doppelte.

Ich habe 6 Solarzellen wie skizziert verbunden und Ladestrom beim angeschlossenem Li-Po Akku ohne Schutzschaltung gemessen. Beim Streulicht 0,3 mA und unter direkter Sonnenstrahlung durch ein Fenster 30 mA. Es sind nur Richtwerte die stark von Tages- und Jahreszeit abhängen, da die o.g. Solarzellen bei direkter senkrechter Sonnenstrahlung bis zum dreifaches davon liefern können (max. 7V und 90 mA).

Als Akku möchte ich einen bereits dafür um 2 g wiegenden 30 mAh Li-Po Akku mit selbst gebastelter Schutzschaltung anwenden: https://www.roboternetz.de/community...f%C3%BCr-Li-Po .

       SCX = Solarzelle Panasonic BP-376634

     .---------------------------.
     |.---.      .---.      .---.|
     ||   |      |   |      |   ||
     ||SC1|      |SC3|      |SC5||
     ||- +|      |- +|      |- +||
     |'---'      '---'      '---'|
     | | |        | |        | | |
     | | +--------|-+--------|-+-|---> +
     | | +--------|-+--------|-+-|---> -
     | | |        | |        | | |
     |.---.      .---.      .---.|
     ||+ -|      |+ -|      |+ -||
     ||SC2|      |SC4|      |SC6||
     ||   |      |   |      |   ||
     |'---'      '---'      '---'|
     '---------------------------'

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[PICture]

Hallo!

Ich habe mir den Sasim provisorisch aufgebaut und ein bisschen getestet. Das hat zu folgenen Feststellungen geführt:

1. Die drehbare Verbindung zwischen AT und Fahrgestell hat gezeigt, dass er sich fast zufällig bewegt, was mir sehr gefällt.

2. Der GS mit gesamter Untersetzung um 900:1 finde ich optimal, weil er mit fast 1 cm / s fährt.

3. Das Überwachen von niedriger Akkuspannung ist nicht nötig, weil ein Impulsgeber vom Motor reicht völlig aus. Wenn die Akkuspannung auf etwa 3,5 V sinkt, dreht der Motor unter normaler Belastung nicht mehr, weil er min. 3 mA braucht, was ich akzeptiere. Wenn der Motor sich in keiner Richtung drehen kann (beim Hindernis kann er eben bei ausreichender Akkuspannung unbehindert rückwärts fahren) sollte Sasim "schlafen gehen" und warten bis er beim vollaufgeladenem Akku zum "Weiterleben" geweckt wird. Sollte er auf einer dunkler Stelle stehen bleiben, kann ich ihn per Hand unter direkte Sonnenstrahlung stellen.

Übrigens, ich habe den Stromverbrauch beim vollem Akku noch auf ca. 2 mA reduzieren können: https://www.roboternetz.de/community...l=1#post560395 .

Bisher habe ich den Fahrgestell für Sasim fertig. Um die einfachste Version prüfen zu können, möchte ich sie zuerst mit simpler Steuerung und variabler Belastung testen, ob das Prinzip realistisch ist. Sonst kann ich gleich zweimotorigen Artanel mit abwechselnd arbeitenden GS's, also gleichem Stromverbrauch basteln. Deswegen möchte ich mein k.T. zuerst mit 900 mAh Li-Po (mit Schutzschaltung) über längere Zeit rund um die Uhr testen.

Ich habe alle Zustände und Übergänge für Sasim skiziert:

     .--------------------.                           .---.
     |   __          __   |                           |   |
     |  /  \    F   /  \  |                           |   |
     | (IV=1|      (IR=1) | IR=0 & IV=0 OR L=1 OR T=0 |   |
     |  \__<        \__<  |-------------------------->|   |
     | .----. IV=0 .----. |                           | S |
     | |    |----->|    | |         A=1 OR T=1        |   |
     | | V  |      | R  | |<--------------------------|   |
     | |    |<-----|    | |                           |   |
     | '----' IR=0 '----' |                           |   |
     |                    |                           |   |
     '--------------------'                           '---'

      F = Fahren          A = Akkuzustand 1 = voll, 0 = nicht voll

        V = vorwärts     IX = Impulse     1 = kommen, 0 = fehlen

        R = rückwärts     L = Ladestrom   1 = grösser als Verbrauch
                                          0 = kleiner als Verbrauch
      S = Schlafen
                          T = Umgebungshelligkeit 1 = Tag, 0 = Nacht

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de

Es gibt nur drei stabile Zustände V, R und S. Zum Überwachen sind nur 4 Parameter: A, IX, L und T. Deshalb scheint mir sowohl Hardware als auch Software für Sasim simpel zu werden. Jetzt kann ich meinen Sasim robust aufbauen und Steuerprogramm erstellen. Hoffentlich melde ich mich wieder, wenn Sasim in meiner Wohnung schon "wandern" würde.

Zuerst möchte ich mich jedoch nur auf dem Fahrprogramm (F Teil der Steuerung) beschränken und den 900 mAh Li-Po Akku (mit Schutzschaltung) anfangs mit Ladegerät laden, um sicher zu sein, dass Sasim in meiner Wohnung nicht wegen zu niedriger Akkuspannung stehen bleibt.

Die erste Prüfung des Fahrgestells will ich aber ganz ohne Steuerung mit nur im Kreis fahrendem Sasim durchführen, um nicht um sonst Fahrprogramm zu erstellen.

     .--------------------.                 .---.
     |   __          __   |                 |   |
     |  /  \    F   /  \  |                 |   |
     | (IV=1|      (IR=1) | IR=0 & IV=0     |   |
     |  \__<        \__<  |---------------->|   |
     | .----. IV=0 .----. |                 | S |
     | |    |----->|    | | Akku wechseln   |   |
     | | V  |      | R  | |<----------------|   |
     | |    |<-----|    | |                 |   |
     | '----' IR=0 '----' |                 |   |
     |                    |                 |   |
     '--------------------'                 '---'

      F = Fahren         IX = Impulse

        V = vorwärts        1 = kommen  0 = fehlen

        R = rückwärts

      S = Schlafen

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[PICture]

Hallo!

Neues Jahr hat mir neue, einfachere Idee für Steuerung des Sasims gebracht, die ich skizziert habe und um Eure Beurteilung und melden eventuellen Denfehler bieten möchte, bevor ich damit anfangen würde.

                                      Uc .---.    SZ = Solarzelle
                +----------------------->|   |
                |                        | K |    GC = Goldcup
                |           +----------->|   |
                |   .---.   |         Ua '---'    SC = Stepper-
     +----+-----+---|SS |---+------+       |           controller
    +|    |+    |   '---'  +|      |       |
   .---. ===    |     |     - Akku |       |      GS = Getriebe-
   |   | /-\ GC |    ===   ---     |       |           Stepper
   |SZ |  |     |    GND   -|      |       |
   |   | ===    |          ===     |       |      SS = Schutzschaltung
   '---' GND    |          GND     |       |           fürs Akkuladen
    -|        .---.              .---.     |
    ===       |SC |<-------------|   | INT |     HSC = Hauptsteuerungs-
    GND       '---'              |HSC|<----+           controller
                |           +--->|   |
                V           |    '---'             K = Komparator (im µC)
               / \  Impulse |      |
              (GS )---------+     ===
               \ /                GND
                |
               ===
               GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Kurze Beschreibung der gehoffter Funktionsweise:

Der Goldkap wird aus der Solarzelle geladen und wenn Uc > Ua wird, sollte der HSC den GS (ca. 2 mA) einschalten und danach abschalten, wenn die Impulse vom Drehgeber des Motors nicht mehr kommen. Der Komparator wird auch den Akku vor Tiefendladung schützen. Ich hoffe, dass solche einfachere Steuerung öftere, aber kürzere Pausen im Fahren als beim Volladen des Li-Po Akkus (30 mAh) bringt. Die Bewegung wird "automatisch" nur am Tag möglich.

Vielen Dank fürs Anschauen und evtl. Antworten !

[5Volt-Junkie]

Hi

so wie Du es beschreibst, sollte es eigentlich funktionieren.
Leider verstehe ich das Zusammenspiel einzelner Komponente nicht ganz.

Verstehe ich das richtig, dass die Steuerungselektronik mit dem Akku versorgt wird und die Motoren vom GoldCap? Wann und wie wird der Akku geladen?

[PICture]

Hallo!

Ich habe mir auf die schnelle voraussichtlige Mechanik wie auf dem Foto aufgebaut und kurz getestet.

Der Motor mit ca. 300 U / Min mit einem Schnekengetriebe 44:1 kann das Gefäht erst bei 2,4 V und ca. 40 mA bewegen, was ich für ein BEAM-er zu energiefressend finde.

Das Konzept hat sich für mein Artanel, das sich möglichst zufällig bewegen sollte, besser als erwertet erwiesen. Weil das Rad mit Leerlauf nicht gebremst wird, fährt das ganze (in immer gleicher Zeit) rückwerts zufällige Drehung, was die Steuerung vereinfacht bis auf "virtueller" Bumper und Umpolung des Motors bei jedem Hindernis.

Der Freilauf mit auf dem Gummireifen befestigten federnden Blech muss ich noch verbessern, weil das elastisches Blech bei stärkerer Belastung rutcht ausserhalb des Zahnrades auf der drehender Achse und der Freilauf nicht mehr funktioniert.

Damit der Stromverbrauch um 10 mA beträgt, möchte ich höhere Untersetzung um 150 : 1 und kleineren Motor mit höherer Drehzahl nehmen (um 1200 U / Min. bei 1,2 V).

Jetzt muss ich warten, bis mir etwas, diesmal vernünftiges, einfällt und ich könnte weitermachen. Momentan beschäftige ich mich mehr mit Raumpfleger, der als nutzlich, selbstverständlich Priorität hat...

Wenn ich zukünftig wieder Zeit zum Spielen hätte, denke ich an Antrieb mit Gummiketten, was besser wäre für einen k.T. das sich überall bewegen können sollte, da die Räder auf glatten Flächen sehr oft rutschen.

MfG

[PICture]

Hallo!

Mir ist eine simple Idee eingefallen, wie ich den Widerstand bei Bewegung von Artan bei Hindernissen verringern kann (siehe Code).

Weil ich momentan keine Zeit für Experimente mit neuer Mechanik habe, möchte ich zuerst meinen Artan auf Artanel umtaufen und die gewünschte Elektronik zuerst in bereits vorhandene und bewährte Mechanik einbauen.

Der Artan vs. Artanel soll sich dank dem gelagerten grossen Rad/Teller (Durchmesser ca. 20 cm) mit sehr geringer Reibung anliegend an Hindernissen bewegen.

MfG

                o  o  o               o = Drehachse vom runden Teller
             o           o
          o +-------------+ o       SPX = Solarpanel
        o   |   Artanel   |   o
            | +---------+ |
      o     | |         | |     o
            | |         | |
     o      | |   SP1   | |      o
            | |         | |
     o      | +----o----+ |      o
            | |         | |
     o      | |   SP2   | |      o
            | |         | |
      o     | |         | |     o
            | +---------+ |
        o   |             |   o
          o +-------------+ o
             o           o
                o  o  o


               _________
              |_________|<- Solarpanele
      __________ _| |_ __________
     |__________|#| |#|__________|<- Drehteller
             _____| |_____
            |             |
            |   Artanel   |
            |_____________|    # = Kugellager
              |   |     |
              -   -     -     AR = Antriebsrad
             |F| |A|   |F|
             |R| |R|   |R|    FR = Freirad
              -   -     -

[Rabenauge]

Keine Schlechte Idee!
Wird aber nur dann wirklich funktionieren, wenn sich die Scheibe wirklich parallel zum Boden drehen kann.
Wenn da sichergestellt ist, würde ich die Kante ringsum noch abrunden, dann könnte das klappen.
Vielleicht kannst du gar die grössere Fläche für die Solarzellen nutzen? Reicht ja, wenn du zwei Kugellager konzentrisch anordnest um den Strom nach unten zu befördern.

[PICture]

Hallo Rabenauge!

Den sich drehender Teller sollte nur die bisherige Reibung bei Hindernissen fast eliminieren um energie zu sparen. Der Umfang des Kunstofftellers ist ziemlich glatt und nicht scharf, sondern abgerundet.

Die Solarpanelle müssen sich nicht drehen und die Drahtzuleitungen werden über Kunstoffrörchen durch Kugellager gehen. Wenn ich es zusammenbaue, werde ich ein Foto posten.

Von der Elektronik sind bisher nur "lebenswichtige" Funktionen Vorgesehen:

- Hauptschalter für Ab- und Einschalten des Motors (ca. 10 mA)
- Dämmerungsschalter fürs "Schlafen"
- Spannungskomperator mit Flip-Flop fürs Laden

Als Heligkeitsensor werden die zwei durch Schottky Dioden paralell geschaltete Solarpanele verwendet.

Da die Versorgungsspannung ca. 1,2 V beträgt, ist es sicher, dass nur ein paar "normalen" bipolaren Transistoren verwendet werden.

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich habe schon die Mechanik fertig (siehe Fotos) und jetzt werde ich über einfachste Elektronik nachdenken. Vielleicht muss ich noch die Solarpanele mit einem durchsichtigen Deckel(n) von oben rund machen, damit mein k.T. an z.B. Gardinen nicht hängen bleibt.

Momentan überlege ich, ob bei mir die Solarzellen überhaupt Sinn haben, da unbeweglich können sie nur um eine Stunde am sonnigen Tag die Akkus mit ca. 100 mA laden. Wenn Artanel dem Sonnenschein im Badezimmer folgen könnte, sind es um 4 Stunden.

Für mich bequemer wäre eine einfache Ladestation, aber ohne Testen ist es noch nicht klar ob ich die Solarpanele gegen Kontakte tausche. Zur Zeit weiss ich auch nicht, vieviel elektrischer Energie lässt sich dank dem "Drehteller" einsparen.

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich habe ein paar Varianten fürs Verringern der Reibung bei sich Verschieben anliegend an Hidernis mit negativen Ergebnis ausprobiert. Als einzige mich zufriedenstellende Lösung ist einfach kleine Kontanktfläche (nur ein Punkt) mit dem Hindernis (siehe Foto).

MfG