Roboterbasis mit Mecanum Wheels

[malthy]

Moin!

Weiter oben hatte ich ja schonmal angedeutet einen Arm für die Mecanum Wheel Plattform aufbauen zu wollen, sodass dann ein ähnliches System entsteht wie der Kuka youBot. Die Idee ergab sich auch daraus, dass sich die Antriebsmodule, die ich aufgebaut habe, auch ganz gut als Stellmotoren verwenden ließen. Ich hatte eine Positionsregelung nur mal auf die Schnelle "zusammengehauen", die eigentlich direkt ganz gut lief.

Die ersten drei Freiheitsgrade des Arms habe ich jetzt zumindest mechanisch mal aufgabaut. Es soll im Endeffekt ein 5-Achs Arm werden, für die zwei noch verbleibenden Achsen werde ich kleinere Getriebemotoren verwenden. Die ersten beiden Achsen werden direkt von den Getriebemotoren gebildet bzw angetrieben. Das wäre für die dritte Achse nicht so günstig gewesen, weil der relativ schwere Motor dann über den Hebelarm die zweite Achse deutlich belastet hätte. Deswegen verwende ich einen Zahnriemen, um Antrieb und Drehachse zu trennen. Um die zweite Achse zu entlasten, wurde der Getriebemotor außerdem so angeordnet, dass er als Gegengewicht dient: der eigentliche Motor für die dritte Achse liegt hinter dem Lagerpunkt der zweiten Achse.

Der Unterarm ist erstmal nur eine Art Platzhalter, aber an dem Bauprinzip werden ich festhalten. Was nicht so bleiben kann wie es jetzt ist, ist die Verbindung des Unterarms mit seiner Welle. Das ist aktuell eine einfache Verschraubung ohne jeden Verdrehungsschutz. Bei Belastung löst sich je nach Richtung - erwartungsgemäß - eine der Schrauben. Ich werde zunächst mal versuchen, ob ich mit einer großen Unterlegscheibe und einer gekonterten Verschraubung an diese Stelle die nötige Verbindungsstabilität erreichen kann.

Hier ein paar Bilder vom aktuellen Stand:

     
     

Gruß
Malte

[morob]

schöne arbeit

[Lop]

Hallo,

vorab: Tolles Projekt, bin beeindruckt!
Ich habe jetzt auch 100mm Mecanum Räder bestellt bei Nexusrobots, allerdings die "basic" Variante ohne Kugellager (20€ je Rad mit Versand bei AliExpress).
Mal sehen ob die gut genug sind... Herauskommen soll bei mir eine omnidirektionale Plattform für eine Videokamera.

Bei den Motoren verwende ich welche mit eingebauten Encodern. Steuern möchte ich das alles mit einem Arduino - prinzipiell würde wohl ein Arduino Uno reichen (mit Motor Shield), allerdings möchte ich auch noch ein Bluetooth-Modul anschließen, und dafür reichen die Pins dann nicht mehr. Also habe ich einen Arduino Mega geordert.

Spricht etwas dagegen das so zu lösen? Den Ansatz mit eigenen kleinen Platinen je Motor finde ich ganz cool, allerdings erscheint mir der Aufwand höher im Vergleich zu einer Steuerung für 4 Motoren.

[Lop]

Kleines Update von mir: Funktioniert alles soweit, das Teil fährt!
Ich habe noch etwas Probleme mit dem Motor-Treiber, der 2 L293D benutzt hat. Die sind für meine Motoren unterdimensioniert.

Bei den Encodern benutze ich nur 1 von 2 Pins, das gibt zwar nur halbe Genauigkeit und keine Richtungsangabe, aber damit kann ich leben. Und dann klappts auch noch mit dem ATmega328P.

Eine Frage zur Ansteuerung der Mecanum-Räder - hat mal jemand das ausgerechnet/ausprobiert wie man in beliebige Richtungen fährt, also nicht nur 45° Winkel?
Ich bin auch an Lösungen interessiert um eine unbeabsichtigte Drehung (z.B. durch unterschiedlichen Grip der Räder) zu Erkennen und zu kompensieren.

[Geistesblitz]

Ich denk mal, dass sich die Bewegungen allein schon durch die geometrischen Zusammenhänge berechnen lassen. Beispielsweise drehen sich ja bei Vorwärtsfahrt alle Räder vorwärts, während beim Querfahren ja zwei Räder entgegengesetzt zu den anderen zweien drehen würden. Um schräg zu fahren, müsste man beides kombinieren, also müssten sich zwei Räder mit doppelter Geschwindigkeit vorwärts drehen, während die anderen still bleiben. Wäre quasi einfache Addition, wäre einmal v+v=2v und einmal v+(-v)=0. Zum Drehen müsste man dann nochmal die Räder anders antreiben, aber auch das ließe sich berücksichtigen. Letztendlich kann man Geschwindigkeit in x- und y-Richtung sowie eine Winkelgeschwindigkeit angeben (im roboterfesten Koordinatensystem) und daraus dann die Geschwindigkeiten der Räder durch Überlagerung der Einzelbewegungen berechnen. Zum Messen könnte man ja versuchen, mehrere Maussensoren unter den Roboter zu setzen und damit dann die absolute Bewegung aufzeichnen (mindestens zwei wegen Drehung, oder?).

[Lop]

Kann gut sein, dass es so einfach ist. Kann aber auch sein dass es nicht linear ist und/oder sich eine Drehung des Fahrzeugs einstellt. Ich denke ich probiere es aus.

Mache mir hier mal Notizen:
Die Räder sehen von oben so aus:
\ /

/ \

dementsprechend berühren die Laufrollen den Boden so:
/ \

\ /


Grad VL VR HL HR
__0 _v_ v_ v_ v
_45 _v_ 0_ 0_ v
_90 _v_ r_ r_ v
135 _0_ r_ r_ 0

der Rest entsprechend gespiegelt.

Als ASCII Art:

/+ \+ . /+ \o . /+ \- . /o \-
↑↑↑↑↑ . ↗↗↗ . →→→→→ . ↘↘↘
\+ /+ . \o /+ . \- /+ . \- /o

(Interessant, die diagonalen Pfeile sind breiter trotz Nicht-Proportional-Schriftart Courier New).

Die Idee mit den Maussensoren ist für meinen Anwendungsfall nicht so ideal, ich habe lieber etwas Bodenfreiheit.

[malthy]

Hey,

hab gerade wenig Zeit, deswegen nur in aller Kürze. Es ist tatsächlich relativ simpel und total linear  . Wenn V_LF die Geschwindigkeit des Rades links vorne ist, V_LB die des Rades links hinten, V_RF die des Rades rechts vorne und V_RB die Geschwindigkeit des Rades rechts hinten, dann sind die Räder folgendermaßen anzusteuern, wenn x und y die Komponenten des Geschwindigkeitsvektors sind und r die Rotation der Plattform bezeichnet:

V_LF = y + x + r
V_LB = y - x + r
V_RF = y - x - r
V_RB = y + x - r

Um die Skalierung muss man sich dann noch kümmern, je nachdem wie man die Ansteuerung gebaut hat. Ich bin jetzt zu faul das nochmal "in Sprache" zu erläutern, aber wenn man sich hinsetzt und drüber nachdenkt wie Geistesblitz das schon angefangen hat, kommt man zu einem intuitiven Verständnis. Viel Spass damit!

Gruß
Malte

[Geistesblitz]

Klar, so kann man es auch definieren, allerdings hast du dann nur 8 Richtungen zur Verfügung.

Ich hab gerade noch ein bisschen genauer überlegt, haben die Rollen an den Rädern eigentlich immer einen Winkel von 45° zur Radachse? Könnte der sich vielleicht sogar je nach Drehwinkel des Rads leicht ändern?
Müsste jedenfalls berücksichtigt werden, sonst ist die Geschwindigkeit und der zurückgelegte Weg inkonsistent.
Bei Drehung kommt es dann auch noch drauf an, wie weit die jeweiligen Räder vom geplanten Drehpunkt entfernt sind. Vielleicht könnte man sogar jede Bewegung als Drehung um einen beliebigen Punkt definieren (bei gerader Fahrt liegt der Punkt eben im Unendlichen).

Edit: zu langsam, der erste Satz bezieht sich auf den Beitrag mit den Richtungen in 45°-Abstufungen. Der Rest passt gerade aber trotzdem gut in die Diskussion.