Fragen zum ersten Roboter: Motoren,Batteriebetrieb

[olz]

Hallo zusammen,

ich bin neu hier... kurz zu mir:
Ich bin Software-Entwickler und hatte bisher außer einem sehr kleinen Arduino-Projekt kaum Berührungspunkte mit Elektronik

Ich möchte einen autonomen Saugroboter bauen. Aktuell bin ich noch am Implementieren des Algorithmus und einer Simulation dazu.

Ich dachte daran, das ganze mit einem Pi3 oder Pi Zero zu steuern. Bis jetzt habe ich noch keine Komponenten gekauft, möchte das aber jetzt in Angriff nehmen.

Erstmal möchte ich den Roboter ohne Saugeinheit bauen, dh nur einen Tellergroßen Roboter mit 2 Antriebsrädern und einem Stützrad.
Zum Vermessen der Umgebung möchte ich mehrere Ultraschall-Sensoren (evtl IR-Sensoren) verwenden.
Um den Roboter genau durch die Räume fahren zu lassen, dachte ich an 2 Schrittmotoren zum Antrieb.

Welche Motoren eignen sich? Sind die NEMA 17 Motoren gut für diesen Einsatzzweck?

Welche Räder kann ich verwenden? Ich dachte evtl kann ich Lego Räder montieren.

Zur Spannungsversorgung dachte ich an 2 seriell geschaltete 18650er Akkus mit DC-DC Wandler für den Pi und A4988-Treiber direkt am Akku.
Was mich hierran stört: Die Akkus könnten tiefentladen werden und ich kann nicht einfach ein Ladekabel anschließen.
Powerbanks und 18650 Battery Hats gehen vermutlich wegen der hohen Ströme der Motoren nicht.

Über Hilfe bei meinen Fragen würde ich mich freuen.

Grüße
Olz

[i_make_it]

Hallo und Willkomen.

Gibt es einen speziellen Grund warum es Schrittmotoren sein sollen?

Weil wenn man sich einfach mal anschaut, was bei kaufbaren Staubsaugerrobotern drin ist, sind das DC-Getriebemotoren mit Encodern (für die Odometrie).
Bsp. Roomba:
https://www.ebay.com/itm/Irobot-Room...MAAOSwubRXFoLY

Bei den Akkus, was spricht gegen schwerere Akkus?
Für Traktion auf den Rädern, muß ja eh etwas Masse vorhanden sein. Wenn der wie übliche Staubsaugerroboter eine rotierende Bürste haben soll, muß ja irgendeine Kraft vorhanden sein die größer ist als die Kraft der Bürste, sonst wird die den Roboter wahllos durch die Wohnung schieben.
Genauso muß die Antriebskraft größer sein als die Haltekraft wenn er sich irgendwo festsaugt. sonst bleibt er dort mit durchdrehenden Rädern gängen.
Und entsprechend starke Motoren nutzen nichts, wenn mangels Traktion die Räder einfach nur durchdrehen.
Und bevor man hinterher Gewichte draufpackt, kann man auch die Akkus als Gewicht nehmen.

[olz]

An normale Motoren mit Drehzahlgeber dachte ich auch schon. Gibt es solche bereits kombiniert zum kaufen?

An was für eine Batterie denkst du?
Die18650er kenne ich bereits von der e Zigarette.

[i_make_it]

Es gibt diverse Motoren, bereits mit CPC Encodern. z.B. von Pololu und davon China Clones.
Dan gibt es z.B. die Ersatzteile für Roomba und Co über Ebay.
Das sind DC-Motoren mit Getriebe, Encoder und Rad drann.

Allerdings würde ich erst mal damit anfangen, was ich machen will.
Sprich, ein Staubsauger.
Wird der Sauger schon eine Selbstbau oder kommt da ein Akkusauger (oder Teile davon) drauf.
Da geht es dann um die Saugleistung und Saugbreite, die ja für die Größe des Roboters nicht ganz unwichtig sind.
Und natürlich Die Masse von dem Sauger, die ja bewegt werden will.

Dann, soll es eine (oder mehrere) Motorbürsten geben, damit hartnäckiger Schmutz zum Sauger gefördert wird?
Das wäre auch noch mal Masse und Verbraucher sowie Platzbedarf.

Dann die Räder. Bei glattem Boden bietet siech eine etwas weichere Gummimischung an, die mehr Gripp bietet.
Ein Profil das bei Türleisten, Fließenfugen, Teppichkanten etc. nicht einfach durchdreht ist nur Notwendig, wenn man sowas auch bei sich hat.

Damit kommt man zur Radaufhängung und dann erst zum Motor (wenn Motor und/oder Getriebe nicht die Radaufhängung mit übernehmen).

Ein paar Beispiele, "encoder motor" in Amazon eingegeben:
https://www.amazon.de/210rpm-Encoder...=encoder+motor
https://www.amazon.de/12V-DC-Geared-...=encoder+motor
https://www.amazon.de/sharplace-Dreh...r%2Bmotor&th=1
https://www.amazon.de/EsportsMJJ-210...=encoder+motor

Beim Akku würde ich erst mal 300-500g Gewicht einplanen und erst zum Schluß nachsehen was ich da schlußendlich benötige.
Sich erst auf einen Akku festzulegen um am Ende festzustellen, das der Roboter alle 5 Minuten laden muß is kein besonders gutes Vorgehen.
Ob man ein erstes Model auf einem Sperrholzbrett mit Heißkleber, Kabelbindern, etc. zusammenschustert und dann sieht was man besser machen kann, wo man was ändern muß und wie lange die Akkulaufzeit ist. Oder alles durchplant und feststellt, das man mangels Erfahrungswerte alles noch mal neu machen muß, ist ja egal.
Wenn man so was selbst baut und nicht kauft, dann ist ja der Weg ein ganz großer Teil des Ziels. Denn Mit der Zeit die man reinsteckt und den Fehlversuchen, kommt man am Ende kaum billiger weg als mit einem gekauften.
Und was dort in der Prototypen Entwicklung steckt bis es das Serienmodell am Markt gibt, steckt bei einem selbst in der Entwicklung des Einzelstücks.

[olz]

Danke für deine detailierte Antwort.

Ich denke da werde ich umschwenken und eher einen DC-Motor mit Encoder nehmen.
Die Motoren sehen interessant aus, ich werde mal noch nach weiteren Ausschau halten. Ich habe schon welche auf der Arbeit in die Favoriten gelegt

Ich möchte "agil" vorgehen, und mich erstmal um den Fahr-Apparat mit Steuerung kümmern.
Zum eigentlichen Saugen habe ich mir noch nicht viele Gedanken gemacht. Ich habe mir einen Saugroboter angesehen, da sah das sehr simpel aus.
Vielleicht ein Industrie-Lüfter mit Filter und einem Schlauch der zum Boden geht. Aber das ist noch völlig offen.

Anfangen könnte ich auch mit Stromversorgung aus einem 12V Trafo und dann eben am Kabel probieren.

Trotzdem nochmal zum Akku. Gibt es da etwas simples, so dass ich zwar eine zB 12V Spannung anschließen kann und damit der Akku lädt und gleichzeitig mein Roboter mit Strom versorgt wird, aber sobald ich abstecke nur der Akku verwendet wird?
Ich weiß da garnicht nach was ich suchen kann. Bis jetzt habe ich nur solche Battery Hats gefunden die aber meistens 1 oder 2A vom Akku abgeben, was vermutlich zu wenig ist.

[i_make_it]

Ich möchte "agil" vorgehen, und mich erstmal um den Fahr-Apparat mit Steuerung kümmern.

Schönes Buzzwort.
Ich habe grade eine CI mit Gitlab, Jenkins, Maven, Jira und Nexus aufgebaut (soll ein ganzes DevOps werden).
Auch bei Agiler Entwicklung steht eine entsprechende Planung am Anfang. alles andere ist sonst klassisches Trial an Error und verursacht nur hohe Kosten und Zeitverschwendung unter einem anderen Namen.

Wenn Du also auf der einen Seite erst enmal einen Mobilen autonaomen Roboter entwickeln willst, und dann noch sowas wie autonomes Laden und einen kompakten Staubsauger, mach drei Teilprojekte.

Hol Dir z.B. so ein fertiges Chasis mit Motoren und Rädern für 12€.
https://www.amazon.de/Roboter-Intell...=robot+chassis

Dann kannst Du Dich voll auf die Sensoren und die Programmierung konzentrieren und auf der anderen Seite entwickel einen Staubsauger, bei dem Du so Sachen wie Bodenabstand, Düsenform, Saugleistung, Verhalten bei verschiedenen Schmutzarten und verschiedenen Untergründen etc. erforschst und so die Daten für einen finalen Staubsauger zusammen bekommst.
Zum Laden kannst Du dir das Prinzip der induktiven Ladestationen, wie sie bei Zahnbürsten, käuflichen Staubsauger-, Putz- und Rasenmährobotern vorkommt, bzw. das Prinzip von Schaltnetzteilen, ansehen.
Dabei wirst Du auch Dein Problem der Akkuwahl und wie man Laden unter Last, lösen kann betrachten können.
Tip.: für die Auswahl der Stomquelle Akku/Netzteil kann man rein passiv, Einwegfunktionen in HW nutzen (Dioden) oder auch aktive Selektor Schaltungen mit eigenen Sensoren.

Für einen agilen Entwicklungsansatz wäre diese Dreiteilung schon mal nicht verkehrt.
Ich selbs würde noch weiter aufteilen in Motorregelung & Fahren, Sensoren und in SLAM, da Motorregelung, Fahrt- und Richtungssteuerung zusammen mit Sensor Auswertung und ggf. Sensorfussion und SLAM doch schon ein sehr großer Brocken sind (umfasst alles was man bei einem mobilen autonomen Roboter ohne spezielles Einsatzziel, so entwickelt).