Entwicklung eines humanoiden Roboters

[HaWe]

wenn du dann auch im Sprunggelenk nach vorn/hinten kippen kannst, geht das sicher, denn das braucht man, so wie es Rabenauge beschrieben hat.
Ein Segway ist aber von vornherein so konzipiert, dass er immer sein Gleichgewicht selber hält, auch auf schiefen Ebenen/Rampen.

[Rabenauge]

Klar braucht ein Segway ne Balance-Regelung.
Und ja: die hat Grenzen. Spätestens dann, wenn die Räder am Herd anstossen....kann kann nach vorne nicht mehr ausgeglichen werden. Somit kann er die Räder nicht unter den Schwerpunkt bekommen, wenn er den schweren Topf an ausgestreckten Armen halten soll.
Das macht aber _erstmal_ gar nichts, da dann die "Knie" am Herd anliegen würden, steht das trotzdem noch recht stabil (einer mit Füssen kommt auch nich weiter ran, hat also das gleiche Problem).
Daher nun Plan B (irgendwie muss er da ja auch wieder weg kommen): er lehnt sich zurück (z.B. mit nem Hüftgelenk), und schon ist er wieder in Balance.

Vorstellbar auch, dass es gar nicht erst dazu kommt (Knie stossen am Herd an)- da er nach vorne fahren will, aber nicht kann, entsteht ein Kippmoment nach hinten-was die Sache automatisch wieder richtet.
Das könnte sogar stabiler funktionieren, als es auf den ersten Blick scheint, wenn ichs mir recht überlege...

[HaWe]

Klar braucht ein Segway ne Balance-Regelung.

hatte ich mich da unklar ausgedrückt? Klar braucht er eine, aber er hat ja auch eine, sonst könnte er ja gar nicht vernünftig fahren.
Aber die wirkt dann eben auch in Fällen, wo er schräg steht oder fährt, automatisch (d.h. man kann im bei nach vorn "ausgestrecktem Arm" im balancierten Stand ein Gewicht an die Hand hängen, und er reguliert dann die entstehende Kippwirkung/Schieflage nach vorn sofort nach, indem er sich nach hinten kippt und die Räder ein Stückchen nach vorn fährt.
Wenn er dazu keinen Platz hat und sich nicht abstützen kann, wird er umkippen.
Einem 2-Füßler passiert das aber genau so, wie schon oben skizziert.

[Marcel D]

Hallo,

der letzte Teil der Videoreihe zum mechanischen Aufbau ist fertig gestellt:

Teil 1 - Beine: https://youtu.be/JnmHriEBtVw
Teil 2 - Hüfte: https://youtu.be/DG3y6YIbm4s
Teil 3 - Torso & Kopf: https://youtu.be/ZcU22dXiJ38
Teil 4 - Arme: https://youtu.be/m8apQTp-Qng
Teil 5 - Hände & Modell: https://youtu.be/fjBbme7LiBw

Das damit veröffentlichte Modell (zu groß für die 10MB hier https://www.file-upload.net/download...oter.STEP.html) beinhaltet die mechanische Konstruktion, Platzhalter für die Elektronik und die geplante Leitungsführung:

Wer will kann gerne mit der Entwicklung eines Eigenbauroboters hierauf aufbauen und sich konstruktiv austauschen.

Als Nächstes geht es an die genaue Auslegung der Elektronik.

[Marcel D]

Hallo,

damit es hier weitergeht die Aufführung der ersten Gedanken zur Umsetzung der Elektronik.

An den verschiedenen Stellen sind folgende Aktoren und Sensoren verbaut, die größtenteils die entsprechend markierten Ein- und Ausgänge benötigen. Für die Schrittmotoren muss noch ein Enable-Signal gesetzt werden. Hierbei sollen aber mehrere Motoren eines Gliedmaßes, die sich gleichzeitig bewegen auch gleichzeitig aktiviert werden.


Die Endstufen selbst sind standardmäßig aufgebaut. An den Beinen soll es vorsichtshalber noch ein Signal zur Stromüberhöhung durch variieren der Referenzspannung geben, falls mal kurzfristig etwas mehr Kraft benötigt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass im Normalbetrieb ohne Stromüberhöhung der zweite Transistor leitend ist. Wird das Signal für die Stromüberhöhung gesetzt, so wird der vorgeschaltete Transistor leitend und die Spannung an der Basis des zweiten fällt ab, wodurch dieser sperrt. Somit wirkt nur noch der erste Spannungsteiler auf die Referenzspannung, wodurch diese angehoben wird und ein höherer Strom fließt, bis am Shunt der Wert der Referenzspannung erreicht wird.


Die Gleichstrommotoren der Hände werden lediglich über H-Brücken angesteuert. Durch eine zusätzlich vorgeschaltete Spannungsquelle können unterschiedliche Spannungen eingestellt und somit die Greifkraft beeinflusst werden. Die Grenzen des Bewegungsbereiches werden durch Lichtschranken an den Fahnen in der Hand gebildet. In Schließrichtung verfügt jeder Finger über ein separates Signal. Die Öffnung erfolgt über ein gemeinsames Signal. Will man einen Finger nicht mit Öffnen, so reicht es aus hierbei zeitgleich das Schließsignal zu setzen um beide Seiten des Motors auf das gleiche Potential zu ziehen.


Dieses Bild stellt den Abfragebus dar. Da lediglich Signalbereiche der einzelnen Aktoren abgefragt werden und der Rest über Mitzählen interpoliert wird ist es nicht nötig zeitgleich alle Lichtschranken abzufragen. Deshalb gibt es zwei Bussysteme (rechte und linke Seite). Durch die UND-Verknüpfungen zur Erzeugung des Abfragesignals wird auch gewährleistet, dass immer nur ein Aktor abgefragt werden kann, wodurch es nicht zeitgleich zu Signalüberlagerungen mehrerer Aktoren kommen kann. Die Positionsbereiche die Abgefragt werden können haben die Anordnung 000, 001, 011, 010, 110, 100, 101 und 111. Hierdurch ändert sich an den Übergängen immer nur 1 Bit und es kann nicht zu Sprüngen in der Messung kommen.


Die Drucksensoren selbst verfügen über zwei Abfragevarianten. Zum einen gibt es die analoge Abfrage, die für die Lernphase verwendet werden soll, zum anderen die digitale Abfrage, die zum Einsatz kommt, wenn keine so große Auswertung im Hintergrund laufen soll. Diese soll lediglich über Schmidttrigger erkennen ob kein, niedriger oder starker Druck auf die Kontaktplatten wirkt.


Der Neigungssensor selbst ist ein fertiges Teil.

Grüße
Marcel

[Marcel D]

Hallo Roboter-Netz-Comunity,

nach einer etwas längeren Pause, die der Faulheit und anderen Projekten geschuldet war, ist es nun wieder um ein ganzes Stück weiter gegangen.

Maßgeblich für den Fortschritt waren zwei hoch motivierte angehenden Techniker (Christopher und Louis), die die Idee hatten an dem Open-Source-Projekt mit zu arbeiten und im Zuge ihrer Abschlussarbeit die Elektronik zur Ansteuerung sämtlicher Schrittmotoren zu entwickeln. Sie haben ganze Arbeit geleistet, so dass sich nun sämtliche Schrittmotoren ansteuern lassen und der Roboter somit zum Leben erwacht ist. Des Weiteren wurden die hierfür notwendige Verteilerplatine entwickelt und weitere Gedanken zur Spannungsversorgung mittels Akkus angestellt.



Um auf diesen Stand zu kommen haben sie erstmal das Konzept der geplanten Elektronik anhand verschiedener Lösungsansätze und einer Entscheidungsmatrix optimiert. Anschließend wurden Musterplatinen gebaut und die Funktionen getestet, bevor wir gemeinsam den kompletten Roboter elektrifiziert haben. Nebenher wurde noch ein Programm geschrieben, welches es ermöglicht die Antriebe benutzerfreundlich über eine Bedienoberfläche anzusteuern.



Das Video, wie sich der Roboter inzwischen bewegen kann ist hier zu sehen: https://youtu.be/074uH6XMvYo

Sobald die beiden ihren Vortrag hatten kann es an anderen Baustellen weiter gehen. Zum einen werden die Hände erneuert, zum anderen noch an der Drucksensorik der Füße gearbeitet.

Grüße
Marcel

[Marcel D]

Hallo Roboter-Netz-Comunity,

es ist wie angekündigt mit den Händen weiter gegangen.


Die Finger sind nun neu überarbeitet und mit Scharniergelenken anstatt Biegegelenken ausgeführt.
In jedem beweglichen Gelenk sind vergossene Drucksensoren um hier eine Rückmeldung bekommen zu können, ob etwas gegriffen ist und nicht nur blind die Finger zu schließen.
Die Elektronik muss noch entworfen werden, da sie bisher nur gedanklich existiert. Vorerst müssen aber erstmal die Lichtschrankenpositionen auf der Platine ermittelt werden.
Im gleichen Zug werden auch die provisorische Verteilerplatine ordentlich überarbeitet und ausgetauscht, sowie eine Platine für die 5V-Logikspannungsaufbereitung entworfen, da der Abgriff hier momentan noch über ein USB-Netzteil stattfindet. Dann kann der Logik-Bus und der Raspberry direkt über einen Gesamtanschluss versorgt werden.

Des Weiteren ist der Akku-Rucksack angebracht, so dass der Roboter nicht mehr zwangsläufig am Labornetzteil hängen muss. Hier soll die Schaltung jedoch mit einem Wechsler so ausgeführt werden, dass beide Betriebsarten möglich sind, um nicht ständig auf Akku-Betrieb laufen zu müssen und während der Inbetriebnahme direkt am Netzteil schauen zu können, wie viel Strom aktuell benötigt wird.


Ebenso müssen noch ein paar Lichtschranken montiert und Messstäbe gefertigt und angebracht werden, so dass im Anschluss die lokale Positionseinlesung für alle Aktoren programmiert werden kann.

Wenn man es dann noch schafft, dass der Bildschirm über Funk und nicht mehr per Kabel mit dem Raspberry verbunden ist, ist der Roboter nicht mehr nah an einen Ort gebunden und es kann erstmal mit der Programmierung zum Gang weiter gehen.

Grüße
Marcel

[Rabenauge]

Wenn man es dann noch schafft, dass der Bildschirm über Funk und nicht mehr per Kabel mit dem Raspberry verbunden ist, ist der Roboter nicht mehr nah an einen Ort gebunden und es kann erstmal mit der Programmierung zum Gang weiter gehen.

Ich benutze für meine Pi's gerne VNC.
Da kann man bequem am Laptop arbeiten, hat aber den Pi-Desktop (einfach ne passende Auflösung am Pi-"Bildschirm" einstellen) bequem auf dem Laptop.
Auf dem Pi kann man sich dann noch ein hübsches, grafisches Interface basteln (Tkinter oder so) wenn man will.

[jmoors]

Schon wieder so Thread, wo mir ein großer Like-Button fehlt.
Es ist bewundernswert mit wie viel Ausdauer und Begeisterung ihr solche Projekte voran treibt!

VG, Jürgen

[oberallgeier]

.. Der zusammengebaute Kollege ist 1,75 m groß und wiegt 110 kg

Hallo Marcel,
alle Achtung und ein (kleinwenig neidisches) kräftiges Bravo - von anfangs bis hier. BTW: zum Glück wiegen meine persönlichen vier Zentimeter weniger Größe gerade zehn mal weniger Kilo. Bei nem aktiven Kletterer ein unschätzbarer Vorteil.

NATÜRLICH musste ich Deine Fingerantriebe peinlich genau ansehen. Beim Vorbild meines Archie gibts ja zum Glück nur zwei Finger und einen "Daumen" - und das ohne Fingerspreizung (n tolles Detail das da realisiert ist). Da war natürlich der Fingerantrieb schon ein ziemliches Größenproblem. Die Führungen des Bowdenzuges (lange gesucht, Ø 1,0 mm - von/für ne bekannte Fahrradnabenschaltung) sind relativ zu den Fingergelenkenachsen so fest montiert bzw. geführt (meist geklebte MS-Röhrchen), dass bei Zug der Finger gekrümmt und bei Schub der Finger gerade gestreckt wird. Damit ist die Griffkraft ziemlich schwach - ein Yoghurtbecher geht mechanisch und teils mit Wasser gefüllt auch kraftmässig. Leider ohne taktile Sensorik (mechanische Oberflächensensibilität).

Fragen:
1) Gibts Schätzungen/Testwerte über die Griff"kraft" der Finger?
2) Werte/Video über Krümmungsdauer und Strombedarf?
3) Welche Lebensdauer schätzt Du für Deine Elastikrückstellung?
4) Gibts Schätzwerte/Planungen zu Mannmonate für die Programmierung?
5) Gibts (Schätz-)Werte zu Mannmonate für die Fertigung?

Weiterhin viel Glück, Geduld, Ideen und Erfolg; danke für ne Antwort.