Mono Wheel Bot

[phaidros]

Wie funktionieren eigendlich diese Neigungssensoren?
Bewegliche Teile? Erdmagnetfeld?

Bewegliche Teile.

Im Prinzip werden zwei Kondensatorplatten in räumliche Nähe gebracht, von denen eine beweglich gelagert ist. Je nach Neigung/Beschleunigung nähern sich die Platten an oder entfernen sich voneinander. Über eine Brückenschaltung wird dann die resultierende Änderung der Kapazität gemessen.

Eigentlich ganz einfach. ABER: Die Teile sind noch kleiner, als du mit deiner Superfräse hinbekommst.(Also ich lese immer wieder begeistert und staunend deine Fortschrittsberichte zum MonoWheel. Super Arbeit.).
Die Technik nennt sich irgendwie MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) und die mechanischen Elemente werden genau wie die elektrischen ins Silikon gefräst.


Ach so, die Leiterplatten von oben sind in Wirklichkeit 2 ineinander verschränkte Kämme. Und viel Bewegung ist auch nicht im Spiel, weil nämlich die Kämme über einen elektronischen Regelkreis immer auf gleichen Abstand gehalten werden. Gemessen wird dann halt die Spannung, die zum Halten dieses Abstands notwendig ist.

MEMS-Gyroskope sind übrignes mindestens genauso faszinierend.

[Klingon77]

hi phaidros,

danke für die ausführliche Erleuterung!

Nun kann ich mir als alter "Mechanikus mit minimalen elektronischen Kenntnissen" auch ein Bild des Aufbau´s und der Funktionsweise machen.

Das Prinzip ist nun klar. Ähnlich, wie bei dem guten alten Drehkondensator am Radio zum Sender einstellen.

Über diese Mikromechanik habe ich auch schon gelesen. Es sollte dann auch mit der Haltbarkeit keine Probleme geben, weil sich keine "Teile" berühren.

Die Verknüpfung beider Elemente (mechanische Mikrostrukturen und elektrische Potentiale) scheint der springende Punkt bei der Sache zu sein.
Soweit habe ich nicht gedacht.

Nochmal Danke - wieder was gelernt!

liebe Grüße, Klingon77

[Klingon77]

hi,

wir haben uns nun auf eine Konstruktion für die Pendelgewichte festgelegt.

Den Hebel haben wir noch etwas verkürzt. Die Gewichte können nun oben und unten gefahren werden.

Bild hier   Bild hier  

Bild hier   Bild hier  

Bild hier   Bild hier  

Anbei noch zwei Bilder der eigendlichen Pendelgewichte:

Bild hier   Bild hier  

Die Alu-Scheibe, welche direkt auf dem Servo sitzt soll das Servohorn (wenn möglich aus Metall) darstellen.

Das Kugellager wird in die Alu-Leiste geklebt.
Hat beim Hexa auch prima funktioniert.

Die segmentierten Stahlgewichte habe ich weiter oben schon beschrieben.

Noch nicht gezeichnet habe ich die Befestigung des Servo´s.
Das sollte aber auch kein Problem sein.
Zuerst müssen wir mal einen Servo ausgewählen - dann wird die Befestigung konstruiert.

Als zweites Lager der Gewichte möchten wir das Servo-Lager nutzen.
Falls es den Belastungen nicht gewachsen sein sollte, können wir immer noch von außen ein weiteres Kugellager mit Lagerschale anbringen.
Es müsste dann nur die Achse geändert werden.

Über´s Wochenende werde ich mal die Belastung für das Servolager (statisch) ausrechnen. Dann schauen wir nach den Servos.

Montag soll es mit dem Bau losgehen. Mal schauen, ob ich´s hinbekomme... [-o<

liebe Grüße, Klingon77

[radbruch]

Hallo

Ich habe leider den Eindruck, dass eure Konstruktion nicht funktionieren wird. Schon auf dem youtube-video kann man deutlich erkennen, dass auch ihr dasselbe Problem haben werdet wie ich mit meinem kleinen Modell. Das Innenteil des Fahrwerks schaukelt sich in der Längsachse des Monowheels auf. Wenn die Lenkgewichte oben sind, wird dieser Effekt noch extrem verstärkt. Das Rad wird stehenbleiben und das Innenleben wird im Kreis rotieren. Ich hoffe, dass ihr dies mit einer sehr intelligenten Regelung unterdrücken könnt, denn sonst wird die ganze Arbeit umsonst (,aber leider nicht kostenlos) gewesen sein.

Ich hoffe, dass ich mich irre...

Gruß

mic

[Klingon77]

hi radbruch,

wenn das sich der Rahmen im Reifen dreht (den Winkel ändert), sollte doch das Rad in´s rollen kommen / bremsen, da der Schwerpunkt durch den Akku unten liegt.

Hab ich einen Denkfeheler?

liebe Grüße, Klingon77

[recycle]

wenn das sich der Rahmen im Reifen dreht (den Winkel ändert), sollte doch das Rad in´s rollen kommen / bremsen, da der Schwerpunkt durch den Akku unten liegt.
Hab ich einen Denkfeheler?

Einen Denkfehler hast du da glaube ich nicht.
Haken ist nur die Trägheit.
Wenn der Innenteil schnell genug beschleunigt, kann er sicher auch erst mal munter einige Runden im Reifen rotieren, bevor dieser sich vorwärts bewegt.
Wenn der Innenteil sehr langsam beschleunigt, besteht diese Gefahr nicht, dafür beschleunigt der Reifen dann natürlich auch nur sehr langsam, was dann den unangenehmen Efffekt hat, dass es recht lange dauert bis das Monowheel schnell genug ist nicht mehr seitlich umzukippen.
D.h. das Monowheel sollte möglichst zügig beschleunigen, ohne dass nur der Innenteil im stehenden Reifen rotiert, und dafür benötigt ihr eine recht gute Regelung.

Mag sein, dass es bei vorsichtiger langsamer Beschleunigung auch ohne diese Regelung geht.
Den Aufwand den ihr für diese Regelung spart habt ihr dann aber bei der Regelung für die Pendelgewichte mehr.
Wenn der Innenteil nicht mehr "aufrecht" steht, regeln ja auch die Pendelgewichte in einem anderen Winkel.

Soweit ich das verfolgt habe, habt ihr die Regelung um den Innenteil "aufrecht" zu halten aber sowieso eingeplant.

[radbruch]

Hallo

Bei meinem Modell war der Antrieb ungeregelt, deshalb kam es immer in extreme Schwingungen. Wie gesagt, ich hoffe, dass ihr diesen Effekt nicht habt.

Der Schwerpunkt liegt nicht unten, denn die gesamte Konstruktion ist auf das Innenteil verteilt und der Akku ist im Verhältniss zum Rest eher leicht.

Meine (unwissenschaftliche) Erkenntnis ist: Das Rad muss bedeuten leichter sein als der Rest und alles muss möglichst tief angebaut sein.

Gruß

mic

[Klingon77]

hi,

@ recycle

Murdoc_mm möchte das Rad über die Pendelgewichte gegen seitliches umkippen wappnen.
Da muß also eine Reglung her.

Parallel kann man die Gewichte verwenden, um zu lenken.
@Oberallgeier hat da was dazu geschrieben. Es erscheint mir auch logisch.
Er hat sich da richtig "reingekniet" und uns die Grundzüge der "Impulslenkung" nahegelgt. Nochmals Dank an dieser Stelle!


Wenn das Rad selbstbalancierend ist (es muß ja nur gegen seitliches Umkippen geschützt werden; Ein rollen kann ja leicht erkannt werden), spielt die Beschleunigungs- Verzögerungsrate (fast) keine Rolle mehr.

Natürlich hast Du Recht, wenn du sagst daß sich der Rahmen im Reifen bei hoher Beschleunigung um seine eigene Achse drehen kann.

Das müssen halt die Test´s ergeben, welche Beschleunigungs- Verzögeruns- "Rampe" man fahren kann.

Berechnen kann ich das aus dem Stehgreif nicht.

Es ist auch richtig, wenn Du sagst, daß bei nicht aufrecht stehendem Innenteil die Winkel der Pendelgewichte verändert werden.

Es werden, glaube ich, sehr viele Versuch nötig werden um das alles in Einklang zu bringen.

Es ist aber auch eine sehr interessante Aufgabe!
und wahrlich eine Herausforderung.



@radbruch:

Auch richtig, wenn du sagst daß der Schwerpunkt nicht unten liegt.

Ich habe mich da nicht präzise ausgedrückt!

Ich meinte, daß der Schwerpunkt unterhalb der Reifennabe / Reifenachse liegen muß.
Je tiefer um so besser. Da gehen wir zu 100% konform!

Der Schwerpunkt lässt sich aber durch ein möglichst tiefes anschrauben von z.B: Stahlgewichten noch weiter nach unten "ziehen", falls dies notwendig werden sollte.
Wir haben ja schon aus der "Not eine Tugend gemacht" und den größtmöglichen (schweren) Akku so tief wie möglich eingebaut.

Hat natürlich auch den Vorteil, daß man einiges an Leistung hat und die Kosten sich durch den Bleigel im erträglichen Maß bewegen.

Da es bei diesem Projekt jede Menge "Variablen" gibt, die wir mathematisch nicht abwägen können, versuchen wir mit einer Anzahl von Variationsmöglichkeiten zu "kontern".

Variationen sind ja in den Gewichten selbst (ca. 100 Gramm - 500 Gramm) möglich.
Dann können die Gewichte nach oben und nach unten voreingestellt werden.

Die Option der Plattform mit den beiden Stabilisierungs-Kreiseln möchten wir uns ebenfalls offenhalten.




Im Moment sieht es so aus, daß der Rahmen, wenn ich den Reifen außen greife und drehe bei einer Neigung von ca. 15-20 Grad sein (durch die Gummirollen bedingtes) Anlaufmoment überwindet und wieder in die aufrechte Lage möchte.

Dies zeigt, daß wir mit unserem Schwerpunkt erstmal auf der richtigen Seite sind.

Da das Innenleben nun sehr viel schwerer ist, als die Felge ...
Felge mit Schlauch und Reifen ca. 1350 Gramm.
Gesamtgewicht des Robby´s ca. 12 KG.
Akku alleine 2,7 Kg.
...glaube ich, daß es durch den Antrieb über die Roler-Blade Rollen viel früher zu drehen beginnt.

Der Anlaufwiederstand ist ja schon bei der ersten Lageänderung des Innenteiles überbrückt.
In wie weit dann die Trägheit der Gesamtmasse sich auf die Beschleunigung/Verzögerung auswirken, kann ich mathematisch nicht beschreiben und auch nicht abschätzen.
Wie gesagt: Murdoc_mm wird um einige "Rampenversuche" nicht herumkommen.

Getreu dem Motto: Der Weg ist das Ziel. (Dieses Projekt hat wirklich einiges davon, was den Reiz natürlich auch steigert)!

Alles in allem bin ich eher zuversichtlich, denn skeptisch!

Immer vorausgesetzt, Murdoc_mm bekommt die Datenerfassung, Auswertung und die daraus resultierenden Steuersignale hin.

Da bin ich dann wirklich nicht der Fachmann. Das kann ich auch nicht mal grob abschätzen.

Es ist aber gut zu wissen, daß wir hier immer kompetente Hilfe finden können!

Deshalb nochmals:

Dank an alle, die mithelfen diesem Projekt auf die Beine (sorry: das Rad) zu helfen!

liebe Grüße,

Klingon77

[Murdoc_mm]

Hi,

Ich lese gerade, schäm ( während der Arbeit ), die neue Elektronik Information. Da wird von Analog Devices ein hochpräziser Neigungssensor mit 0,025° Auflösung vorgestellt. Das Teil heißt ADIS16209

http://www.analog.com/en/prod/0%2C28...6209%2C00.html

Gruß

Sry, das es so lang gedauert hat aber ich habe irgendwie nicht mitbekommen das es weitergeht und regelmäßig reingeschaut hab ich auch nich.

Ich hatte eigentlich an diese hier gedacht: http://www.pluesch-tiere.de/ (toller Name oder?)--> Modellbau --> etwas runter --> muRata Gyroscope ENC-03JA + ENC-03JB

Die sollten doch auch funzen oder?

Hier noch die Beschaltung:

Bild hier  

Obwohl ich noch keine Erfahrungen mit Gyros habe bin ich (nachdem ich den Schaltplan gesehen habe) relativ zuversichtlich das ich das hinbekomme. Und wenn nicht werd ich halt fragen müssen.

Wie funktionieren eigendlich diese Neigungssensoren?
Bewegliche Teile? Erdmagnetfeld?

Bewegliche Teile.

Auch die Piezo-Gyros? (Ich dachte immer das funtioniert mit ner Flüssigkeit. )

Ich habe leider den Eindruck, dass eure Konstruktion nicht funktionieren wird. Schon auf dem youtube-video kann man deutlich erkennen, dass auch ihr dasselbe Problem haben werdet wie ich mit meinem kleinen Modell. Das Innenteil des Fahrwerks schaukelt sich in der Längsachse des Monowheels auf. Wenn die Lenkgewichte oben sind, wird dieser Effekt noch extrem verstärkt. Das Rad wird stehenbleiben und das Innenleben wird im Kreis rotieren.

Das ist auch meine große Sorge. Aber ein paar gute Nachrichten gibts da auch: Wie Klingon77 schon gesagt hat ist unser Schwerpunkt unterhalb der gedachten Achse des gr. Rades (nur eben nicht an der untersten stelle sondern irgendwo im mittleren bis oberen Bereich des Akkus). Natürlich währe es schöner den Schwerpunkt ganz unten zu haben aber das ist konstruktionsmäßig nicht zu schaffen.
Außerdem kommen die 15 bis 20 Grad durch die Reibung der kl. Rollen an der Felge zustande. Der Druck ist aber notwendig da ich sonst nur durchdrehende Rollen hätte und wenn erstmal die kleinen Rollen das gr. Rad antreiben und nicht wie auf dem Video das gr. Rad die kleinen antreibt wird sich das auch verbessern.

Und wir haben auch noch 2 Möglichkeiten den Schwerpunkt noch unten zu rücken:
1. Wie von Klingon77 gesagt unter dem Akku noch zusätzliche Metalplatten anbringen.
2. In den hochführenden Streben und oben im Laufrollenhalter Erleichterungsbohrungen einbringen (anbringen? ). Wenn man unten mit einem kleinem Durchmesser anfängt und noch oben größer wird sieht das sogar Designtechnisch ganz gut aus. Man muss nur aufpassen das die Löcher die Konstruktion nicht schwächen.

Aber ich kenne deine Bedenken (ich bin in den letzten Wochen Klingon77 immerzu auf den Geist gegangen das wir mehr Gewicht unten und oben weniger brauchen).

Wie gesagt: Murdoc_mm wird um einige "Rampenversuche" nicht herumkommen.

Da freu ich mich schon am meisten drauf (ehrlich). Ich stell mir das lustig vor wie ich aufm Fahrradweg (zum Glück außer Sicht von Passanten) stehe und nem Rad hinterher renne \/ .

Getreu dem Motto: Der Weg ist das Ziel.

Genau. Wenn mich meine (sehr skeptisch der Robotik gegenüberstehende) Mutter fragt was das Teil dann eigentlich machen soll sag ich auch nur immer "Der Weg ist das Ziel und Aufgaben werd ich schon noch finden - erstmal soweit kommen".

Immer vorausgesetzt, Murdoc_mm bekommt die Datenerfassung, Auswertung und die daraus resultierenden Steuersignale hin.

Mach mir keine Angst. Nein, ich denke ich werde das schon hinbekommen. Und wie gesagt ich kann ja auch nachfragen.

--> Was haltet ihr von den Gyros?

Gruß

[Klingon77]

hi,

Heute habe ich an den Pendelgewichten angefangen.

Begonnen habe ich mit den beiden Quersreben, an denen die Pendel aufgehängt werden. Sie beinhalten ein Kugellager. Das Gegenlager wird dann durch das Servolager gebildet. Der Servo wird mit seinen mitgelieferten "Gummipuffern" montiert. Dies sollte für ein paar 1/10mm möglichen Radialversatz gut sein. Fertigungstechnisch sollte es genügen.

Die Streben wurden abgesägt, auf Länge und Winkel gefräst und kamen dann auf die Planscheibe um die 22mm Bohrung zur Aufnahme des Kugellagers zu fertigen.

Bild hier  

Diese Aufspannung ist natürlich nicht entsprechend der Unfallverhütungsvorschrift!!!
Also bitte nicht nachmachen! [-(

Es besteht die Gefahr, daß das Werkstück bei entsprechender Drehzahl und Schnittdruck zur Seite weggeht und aus der Maschine fliegt.

Leider habe ich (noch) kein Werkzeug zum Ausspindeln.

Aufgrund einiger Erfahrung mit der Maschine und dem Material habe ich es unter Berücksichtigung einiger Vorsichtsmaßnahmen (z.B: Lexanplatte 8mm vor das Futter gestellt und eine Schutzbrille getragen) mit kleiner Drehzahl und Schnittkräften gewagt.
Ist auch gutgegangen.

Morgen kommt die zweite dran.

Bild hier  

Die Bohrung ist fertig. Die Rückseite muß noch entgratet werden.

Bild hier  

Wenn die zweite Strebe fertig ist, werden die Lager eingeklebt.

liebe Grüße,

Klingon77