Hexabot "Scorpion"

[Scarabol]

Hi,

ich möchte euch hier mein aktuelles Roboter Projekt vorstellen.

Mein Ziel ist es einen Hexabot zu bauen der zusätzlich einen Schwanz mit einer Kamera hat und vorne zwei Greifarme, wie ein Skorpion.

Der Bot soll über den Browser eines beliebigen Computer ferngesteuert werden. Außerdem soll ein Bild und Ton live als Webcam übertragen werden.

In erster Linie handelt es sich um ein Fun Projekt mit der Absicht das der Roboter später vielleicht auch einige nützliche Aufgaben erfüllen kann.
Dazu soll er mit verschiedenen Werkzeugen ausgerüstet werden.

Weitere Details:
Das Skelett des Bots soll aus verschraubtem oder vernieteten Aluminium bestehen. Der ganze Bot mit allen Teilen soll nicht mehr als 3Kg wiegen.

Um die Verbindung zu einem Computer zu realisieren plane ich meinen alten Router (Fritz Box Fon WLAN 7050) auf dem Bot zu montieren. Der Router bildet dann die Schnittstelle nach außen und verfügt über WLAN, LAN, USB, ISDN und Telefonschnittstelle.
Da der Router zur Zeit mit 341g noch relativ schwer ist entferne ich das Gehäuse sowie weitere nicht benötigte Teile. Das Gewicht ohne Gehäuse beträgt nur noch 160g.

Die Verbindung zu dem Router habe ich bereits über die serielle Schnittstelle an dem Router selbst realisiert. Man kann nun durch senden einfacher Strings an einen bestimmten Port die Strings direkt an das Minicontrol weiterleiten.

Um die Servos des Bots zu steuern benutze ich das RN-Minicontrol als Master und setze weitere 3 Microcontroller (ATMega4 für je 2 Beine ein. Diese berechnen dann ebenfalls die Positionen der Servos selbst.

Insgesamt soll der Bot über 6 Beine mit je 3 Servos, einem Schwanz mit nochmals 4 Servos und zwei Greifarmen mit je 2 Servos verfügen.

Als Servos benutze ich das TOP-LINE STANDARD SERVO RS 2 JR (233751 - 62) von conrad.de.
Für die Zukunft sind stärkere Servos von hitec geplant.

Die Spannungsversorgung des Robots läuft über 6 x 1.2V Akkus die ich in einem 6fach Batteriehalter am Bauch unter dem Bot bündele.

Als Vorbild für das "Fahrgestell" hab ich mir das Bild aus dem RN Wiki genommen:
Bild hier  

Als Konstruktionssoftware benutze ich Inventor 10.

Kommunikation & Fernsteuerung:
Computer -> WLAN -> Router -> serielle Konsole -> RN Minicontrol -> I2C -> ATMEGA48-20PU -> je 2 Beine
Um den Roboter zu steuern werden die Befehle als String (Bsp: "[uC]PB1H" von einem Computer über LAN oder WLAN auf den Router am Roboter übertragen. Der Router schreibt den String direkt mit Hilfe von ser2net in seine serielle Konsole. Dort liest der uC den String aus und erkennt den Befehl an dem Prefix "[uC]". Dann wird der Befehl vom Microcontroller ausgeführt. (Status: fertig & getestet)


Technische Daten:
Gewicht:
26 x Servo a 40g gesamt 1040g
6 x Akku a 25g gesamt 150g
6 x Bein a 40g gesamt 240g
1 x Schwanz a 120g
2 x Greifarm a 40g gesamt 80g
1 x RN-Minicontrol a 41g
1 x Router a 160g
Gesamtgewicht: 1831g

Engergieversorgung:
6 x 1.2V Akkus mit je 2300mAh in Reihe geschaltet, gesamt 7,2V und 2500mAh
1 x 8.4V Akku mit 250mAh auschließlich für die Logikspannung gedacht.

Fritzbox Fon WLAN 7050:
Stromverbrauch: 4 - 9Watt
Gewicht: 341g
Gewicht ohne Gehäuse: 160g

TOP-LINE STANDARD SERVO RS 2 JR:
Gewicht: 40g
Stellmoment: 35Ncm
Spannung: 6V
Strom: ???

RN-Minicontrol:
Gewicht: 41g
Spannung: 12V
Strom: 30mA
Spannungsregler mit Kühlkörper

Freue mich über alle Anregungen, Kritik, Tipps und Vorschläge!

MfG
Scarabol

[TobiKa]

Hi

Mit den Billigservos von Conrad kannst du das mal voll vergessen!
Da wirst du Servos jenseits der 30Euro Grenze nehmen müssen und da wirds bei 22 Servos natürlich Interessant...
Ein Hexabot ist so ziemlich die teuerste Möglichkeit nen Roboter zu bauen!

Engergieversorgung:
10 x 1.2V Akkus mit je 2300mAh in Reihe geschaltet, gesamt 12V und 23Ah

Falsch, die Spannung verzehnfacht sich zwar, aber der Strom nicht!
Wenn man bedenkt das Servos (welche die stark genug für nen Hexabot sind) Strom im zweistelligen Bereich ziehen können, dann saugen die dir deine "kleinen" Akkus sofort leer.
Du dürftest um nen anständigen LiPo nicht herumkommen.

Ich weiss ja nicht was du an Kosten eingeplant hast, aber es dürften nicht unter 1000Euro werden.

[Chaosmann]

Zu den Servos ein Zitat aus rn-wissen:

Ein Rechenbeispiel

Des weiteren ist es wichtig zu erwähnen, dass je nach Bauart des Beines, also z.B. denjenigen, die sich weiter an der Seite des Bots befinden, enorme Hebelkräfte auftreten. Um die passenden Servos für seinen Roboter herauszusuchen, hier ein Rechenbeispiel:

Bild hier  

Gegeben sei "a" als größtmöglicher Abstand zum Körper (blau). Je nach Bauart des Roboters und der Wahl der Bewegung sind entweder 3 oder 4 oder gar 5 Beine gleichzeit am Boden. Auf diese wird das gesamte Gewicht des Roboters verteilt. Uns interessiert an dieser Stelle, wieviel Ncm im Schultergelenk notwendig sind, um den Roboter hochzudrücken. Aus der Zeichnung wird wieder deutlich, warum es sinnvoll ist, den Unterschenkel möglichst senkrecht zu halten und den Oberschenkel waagrecht. Unter dieser Positionierung muss das Kniegelenk nämlich kein Drehmoment übertragen.

Aber zurück zur Rechnung.

das Drehmoment in der Schulter wird wie folgt berechnet: (Gewicht /Anzahl der Beine)* Hebelarm = Drehmoment in der Schulter

in unserem Beispielt a=10cm; G=1kg--> 1kg * 9,81m/s² = 9,81N ~ 10N; 3Beine am Boden

(10N / 3)* 10cm = 33,3Ncm

Wir benötigen also in der Schulter Servos, welche mindestens 33,3Ncm schaffen, zur Sicherheit wären 35Ncm sinnvoller. Die Rechnung lässt sich natürlich auch so umstellen, dass anhand der Servos das Gesamtgewicht ermittelt werden kann:

(Drehmoment der Servos/Hebelarm)* Anzahl der Beine = Gewicht des Roboters

Da du ja selbst schon beim Zusammenrechnen auf 1750 g kommst, bräuchtest du Servos mit mindestens 58,275 Ncm. Wobei diese dann permanent am Limit laufen würden und noch nicht einmal alle Bewegungen erlauben würden.
Diese Rechnung passt auch nur, wenn die Dimensionen bei dir nich größer ausfallen.

Zu den Akkus:
Rein vom Gewicht her tippe ich mal, dass du Mignon-Zellen veranschlagst.
im normalen Betrieb zieht ein Hexabot um die 3 - 4 Ah, bei extremen Bewegungen können es aber auch mal 10 Ah sein. Hier steigen die Akkus dann aus. Vorher wirst du jedoch mit dem Akkuhalter Probleme bekommen, da die Kontaktfläche zwischen den Zellen und den Federn so gering ist, dass diese Ströme nicht fließen können (Beispiel aus einem anderen Forum mit nur vier Servos).

Hier gibt es zwei Alternativen:
Zum einen NiCd-Packs - günstig, aber schwer wenn man das Leistungsgewicht ausrechnet - zum anderen LiPo-Packs - etwas teurer, aber im Moment das Beste, was man im Bezug auf das Leistungsgewicht bekommen kann. Hier lohnt ein Blick bei hobbyking.com (verlinkt zum deutschen Lager), da die ein Lager in Deutschland haben in dem sie viele Turnigy-Akkus zu guten Preisen haben.

[JoeBlack]

Ich würde auf die Fritzbox verzichten, zumal sie nach Deinen Angaben bis zu 1,2A zieht.
Lieber ne kleine Funkverbindung zu nem Rechner und dann von dort aus ins Wlan falls Du das so willst oder eben ein Wlan Modul, aber nicht gleich die Fritzbox nur deswegen.
Denn Strom ist mangelwahre auf dem Bot und ihn dann verschwenden für sowas muss nicht sein.
Da gibts wie bereits erwähnt stromsparendere Lösungen.

An sonsten - lass Dich nicht aufhalten und ich freu mich auf weiteres von Deinem Projekt.

[Scarabol]

Hi,

danke für eure Antworten. Bin sehr zufrieden, da ich wie zu erwarten einige Sachen nicht berücksichtigt habe.

Die Akku Rechnung hab ich korrigiert.

Zur Fritzbox ist noch zu sagen, dass 1.2A der Wert des Netzteils ist, also sollte die Fritzbox im "normalen" Betrieb deutlich unterhalb dieses Wertes liegen.
"Normale" Funkmodule finde ich wegen ihrer fehlenden Kompatibilität zu PC's unpraktisch ich möchte nicht das der Bot auf den PC angewiesen ist. Außerdem erhoffe ich mir von dem Router weitere Vorteile bzgl. WLAN Verschlüsselung bzw. der Tatsache, dass ich den Router einfach durch einen neuen oder anderen austauschen kann.

Was das Hauptthema die Servos angeht bin ich etwas optimistischer, da ich den Hebelarm mit 10cm viel zu lang finde, ich gehe bei mir eher von 6cm aus.
Als Gangart muss ich aber wohl trotzdem auf 2 Beine in der Luft 4 am Boden umsteigen, da habt ihr recht das klappt sonst nicht.

Das Gewicht wird wie üblich dann der finale Projektschritt werden. Das Gewicht für das Minicontrol beträgt doch nur 41g. Die erste Version meines Bots wird wohl ohne den Schwanz und die Kamera gebaut werden, aus Kosten und Gewichtsgründen.

MfG
Scarabol

[TobiKa]

Selbst dann hab ich bei den Conrad Servos so meine Zweifel.
Also wenn du dir selbst einen Gefallen tun willst, kauf gleich ordentliche! Sonst kaufst du zwei mal.

Die Conrad Servos sind wenn dann vielleicht gut genug um n Infrarotsensor oder ähnliches zu schwenken.

Schau dir mal den SD21 Servocontroller an. Nimmt dir viel Arbeit ab!


Zum WLan:
Es gibt auch WLan Module, die sind zwar nicht so günstig, wiegen dafür aber nichts und ziehen nicht viel Strom.

[Scarabol]

Hi,

kannst du mir vielleicht bei dem WLAN Modul weiterhelfen, ich finde nichts vernünftiges was auch nur anähernd mit der Router Lösung konkurieren könnte, entweder sind die Dinger sau teuer, oder benutzen Compact Flash WLAN Karten (wusste gar nicht das es das gibt) oder sie sind nicht Verschlüsselungsfähig usw. usf....

Die Fritz Box läuft wohl mit einem Linux System, da geht wohl noch viel mehr!....

MfG
Scarabol

[TobiKa]

Ich würde mir darüber jetzt noch garkeine Gedanken machen...
Bau den Hexabot ohne den ganzen schnick schnack. Alles nur soweit das er selbstständig läuft.

Bis du soweit bist wirst du auf soviele Probleme stoßen das du das ganze Projekt aufgeben wirst (mangels Geld, Wissen, Können). Es geht nicht gegen dich persönlich, aber du scheinst dir das alles viel zu einfach vorzustellen.

[JoeBlack]

Wenns nur um ne Funkstrecke zum Bot geht dann gibts da recht billige Module z.b. das RFM12.
Ist eben recht aufwändig von der Programmierung her aber dafür sehr billig.
An sonsten finden sich in diversen Shops auch andere Funkmodule im Bereich von 433 und 868 MHz.
Ein konkretes WLAN-Modul kann ich Dir nicht empfehlen, da müssen andere mit mehr Erfahrung auf dem Gebiet was dazu sagen.

Ich hoffe mal, dass Dir das hilft.

[Scarabol]

So ich hab jetzt alles noch ein wenig optimiert und in der Konstruktionssoftware abgestimmt, sollte also theoretisch funktionieren. Ich fange jetzt an und zeichne die Blechteile für die Beine vor. Aussägen geht aber leider nicht vor Mittwoch, da ich mir noch das Werkzeug besorgen muss...