Mono Wheel Bot

[radbruch]

[Kleines OffTopic]

Ich weiss nicht wie Du Deinen Kindern das Radfahren beigebracht hattest

Vor der Demontage der Stützräder habe ich meine Kleinen mit dem Roller losgeschickt um das Balancieren und das "Reinlegen" in die Kurve zu üben.
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@Klingon77

Na ja, Amiland... Ein wenig Schwund gibt´s immer

Wie man hier sehen kann

optimal wäre es, wenn das Mono-Wheel im Stillstand balancieren könnte.

Dann wäre die Steigung / Gefälle der Beschleunigungs- / Bremsrampe nur von sekundärer Bedeutung.

Um zu verhindern das es umkippt schon.
Aber irgendwann wurde mal als Fernziel genannt, dass das Monowheel Hindernissen ausweichen kann.
Dafür muss es die Hindernisse "sehen" und da ist es nicht so toll, wenn die Sensoren plötzlich den Boden als Hindernis und die freie Sicht in den Himmel als "Weg frei" interpretieren.

Wenn ich keinen Denkfehler habe braucht man das Rad "nur" gegen seitliches umfallen zu sichern (balancieren).

Das es geht, zeigt ein auf zwei Rädern balancierender Bot über den ich letztens gestolpert bin, den ich aber nicht mehr finden kann.

Ein balancierender Roboter regelt doch auch in Fahrrichtung, d.h. in dieselbe Richtung wie das Monowheel beim Beschleunigen regeln könnte, damit der Innenteil nicht "durchdreht".
Da das Monowheel in Fahrrichtung nicht umkippen kann, würde eine "Beschleunigungsrampe" zwar theoretisch reichen, dafür wäre eine entsprechende Regelung aber auch einfacher als beim balancierenden Roboter.

Was das Umkippen betrifft, kannst du das Monowheel nicht wirklich mit einem Balancierenden Roboter vergleichen. Der verhindert das Umkippen ja dadurch vermeidet, dass er in Kipprichtung fährt, also die Räder immer unter seinen den Schwerpunkt fährt.

Ob es nach vorne oder hinten geneigt ist oder davonrollt, kann man über einen Neigungssensor oder Bewegungssensor feststellen und kann mit den Motoren gegenregeln (beim wegrollen).

Das ist dann ja eine Regelung und keine fixe Beschleunigungsrampe mehr, also genau das was ich oben meinte.

Aber, wie bereits geschrieben - daß ist Aufgabe und Herausforderung von Murdoc_mm.
Dagegen erscheint mir mein Part am Mono-Wheel lächerlich leicht.

Naja. Dein Part ist nicht nur die Voraussetzung dafür, dass Murdoc_mm überhaupt eine Aufgabe bekommt, sondern entscheidet letztendlich auch ob diese Aufgabe lösbar ist oder nicht

Mordoc_mm kann mit der Regelung usw. nur im Rahmen dessen zaubern, was die Physik hergibt und diesen Rahmen gibst du mit der Konstruktion vor.

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Ich weiss nicht wie Du Deinen Kindern das Radfahren beigebracht hattest - ICH hatte Stützräder montiert - die rattern so schauderhaft, wenn die auf den Boden kommen. Dann hab ich die nach einiger Zeit minimal hochgebogen - und immer weiter.

Unsere Kurze hat ein kleines Kinderfahrrad mit Stürzrädern geschenkt bekommen. Da waren die Stützräder auf derselben Höhe wie das Hinterrad. Hat mich immer tierisch genervt, wenn sie beim Spazierengehen mit Ihrem Fahrrad nicht hinterherkam, weil das Hinterrad bei der kleinsten Unebenheit in der Luft hing und sie auf der Stelle getreten ist.
Die paar mm die man die Stützräder hochbiegen konnte haben das auch nicht wesentlich verbessert, daher war ich froh als sie meinte: "Papa du sollst an meinem Fahrrad die Räder abmontieren, aber nur die kleinen"

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Vor der Demontage der Stützräder habe ich meine Kleinen mit dem Roller losgeschickt um das Balancieren und das "Reinlegen" in die Kurve zu üben.

Also nicht wundern, wenn murdoc_mm demnächst mit nem Roller durch die Gegen kurvt

[radbruch]

Wie man hier sehen kann

Ein sehr interessantes Video. Ab ca. Sekunde 35 sieht man a: wie sehr das Innenteil vorne hochgeht und b: das hinten ein mit dem Innenteil verbundenes Stützrad angebracht ist, vermutlich um den Innenüberschlag beim Beschleunigen zu verhindern.

Und der V8-Typ bremst auch nicht wirklich, er läßt es eher nur ausrollen. Mit der Lenkung scheint es auch nicht so gut zu klappen:
http://de.youtube.com/watch?v=ECyqD_f5Ts4

...weil das Hinterrad bei der kleinsten Unebenheit in der Luft hing und sie auf der Stelle getreten ist.

Sensationelle Effekte ergibt das in Pfützen..

mic

[Murdoc_mm]

Da is man mal einen Tag nicht da und dann wird gleich so viel geschrieben.

Ich glaub ich muss jetzt langsam mal meine Gedanken zur Steuerung erläutern. Das ist aber alles erstmal nur das grobe Konzept wie ich mir das Gedacht habe. (Darin enthalten ist z.B. nicht der Drift der Gyros,...)
Auch gehe ich immer vom Idealfall aus (z.B. erstmal kein unebener Boden,...).

- ich brauche 2 Gyros (Neigungssensoren die mir (über ne Spannung) den Winkel der jeweiligen Achse zum (ebenen) Boden ausgeben)
- diese beiden Gyros werden so angebracht dass: Gyro1 misst in welchem Winkel der gesamte Bot zum Boden steht (in Frontansicht sieht man die Neigung) und Gyro2 misst in welchem Winkel sich das Innenleben zum Boden steht (in Seitenansicht sieht man die Neigung)

--> Gyro1 ist dazu da das der Bot nicht umfällt
--> Gyro2 das das Innenleben keinen Überschlag macht

- die Regelung das der Bot nicht umfällt ist dann relativ leicht zu machen:
- neigt sich der Bot (also wenn er grade umfällt) wird das vom Controller festgestellt und die Servo-bewegten-Gewichte werden mit einer bestimmten Geschwindigkeit (ermittle ich noch, da wenn es zu schnell passiert ich immerzu regeln muss und bei zu langsam fällt er um --> also ich brauch etwas trägheit in der Balanceregelung) in die andere Richtung bewegt und der Bot bleibt stehen
- diese Regelung werd ich immer laufen lassen (also auch bei höheren Geschwindigkeiten)
- für die Kurvenfahrt wollte ich nicht die Regelung abschalten sondern einfach die Neigung auf die geregelt wird verschieben (bei Balance halten wird ja die Neigung immer auf 90 Grad zum Boden gehalten und bei Kurven dann auf 80 oder 100 Grad geschoben (keine Ahnung ob diese Werte richtig sind - wird auch experimentel ermittelt))

- die Regelung um den Bot zu beschleunigen und abzubremsen ist auch zu machen:

- Beschleunigen:
- im Stillstand ist das Innenleben ganz unten und Gyro2 gibt einen Wert aus (welchen eigentlich? ich hoffe mal 180 Grad, da sich dieser Wert am schönsten verarbeiten lässt)
- soll der Bot nun beschleunigen werden die Motoren (über PWM) angefahren (das ist die schon viel besprochene Rampe (--> in welcher Zeit auf welchen Wert))
- die Rampe wird ein fixer Wert über den die PWM-stufe niemals steigen darf
- nun neigt sich das Innenleben nach vorn/oben --> das stell ich mit Gyro2 fest und überprüfe ob der Wert eine bestimmte Grenze überschreitet oder nicht (das Innenleben sollte sich nicht weiter als 45-80 Grad in eine Richtung bewegen)
- wird die Grenze überschritten wird die PWM nicht erhöht
- ist das Innenleben noch unter der Grenze und ist gerade Beschleunigung angesagt wird die PWM erhöht
--> das sollte mir die max. Beschleunigung rauskitzeln ohne einen Überschlag zu machen

-Abbremsen:
- dat is schon schwerer
- das möchte ich mit dem Generatorbremsenprinzip machen (aber etwas modifiziert)
- will ich bremsen verkleinere ich die PWM-stufe --> der Motor möchte langsamer drehen --> das gr. Rad baut seinen Energie am Antriebsmotor ab
- nun neigt sich das Innenleben nach hinten/oben --> wieder die tolle Grenze
- wird die Grenze überschritten wird die PWM nicht weiter verkleinert und damit weniger gebremst
- ist das Innenleben noch unterhalb der Grenze wird die PWM weiter verkleinert und damit stärker gebremst
- das ganze funktioniert wie die Motorbremse am Auto (man schaltet runter und gibt aber kein Gas sodass der motor versuch auf seine Leerlaufdrehzahl zu kommen und dadurch den Wagen abbremst)

- die max. Grenzen muss ich noch ermitteln (ganz wichtige Frage dabei ist wie lange (also bei welcher Neigung) der Bot noch steuerbar bleibt wenn sich das Inneleben nach vorn/oben und hinten/oben neigt --> try and error)
- auch gibt es noch beim bremsen das Problem das sich die Bremsenergie über den Motortreiber abbaut (glaube ich zumindest) --> dieser könnte dadurch schwer belastet oder überlastet werden
- die Energie wieder in den Akku zu leiten stell ich mir schwierig vor (nicht die richtige Spg-höhe, gepulst,...)

- (Fern-)Steuerung
- ganz einfach ein kleiner Joystick der von nem Atmega ausgewertet wird und über RN-Funk die Werte an den Bot schickt
- das ganze noch in regelmäßigen Abständen (wenn der Bot z.B. ne halbe Sekunde kein Signal mehr bekommen hat dann soll er automatisch stehenbleiben --> nur zur Sicherheit)

Das war so die Grundausstattung die der Bot braucht um überhaupt halbwegs sicher steuerbar zu sein. Dazu kommen dann noch ein drittes Gyro um festzustellen wie weit der Bot sich in einer Kurve gedreht hat, ein paar Beschleunigungssensoren und noch Statusanzeigen am Bot und an der Fernsteuerung. Des weiteren Abstandssensoren (US und Infrarot) und vielleicht auch ne Funkkamera. Aber das erst alles wenn das oben beschriebene funktioniert (und das wird ne ganze Weile brauchen).

Mir ist zwar noch als hätte ich was vergessen aber das fällt mir schon noche ein und dann schreib ich das auch noch.

Was haltet ihr von diesem Konzept (bitte nicht auf Kleinigkeiten rumhacken --> ist alles noch grob)?

Gruß

P.S.: grad erst mitbekommen - 100ster Beitrag!!!

[Hessibaby]

So rein Gedankenmäßig liest sich das schon ganz gut.
Was mir so zum Thema Bremsen noch einfällt, ist eigentlich vorgesehen den Antrieb mechanisch abzukoppeln ? so das der Innenteil "lose" in der Felge laufen kann. Wie beim Autofahren, wenn Du auf ne Rote zufährst , den Gang rausnimmst und ausrollst. Mit der Funktion könntest Du das Overrouling verhindern, heißt wenn der Gyro einen Deltawinkel >=90° registriert auskuppeln damit die Antriebseinheit wieder runterrollt.
Gruß

[Murdoc_mm]

Was mir so zum Thema Bremsen noch einfällt, ist eigentlich vorgesehen den Antrieb mechanisch abzukoppeln ?

Abkoppeln nein aber entkoppeln ja. Also nur die mechanischen Schwingungen vom Motor vernhalten aber keinen Leerlauf einbauen.

[oberallgeier]

Es ist sicher etwas spät dazu, aber: WENN Ihr die Schwenkgewichte von den beiden A-Streben weg und neben den Akku baut - - dann könntet Ihr diese VORWÄRTS schwenken - gibt schon mal etwas Schwerpunktverschiebung nach vorne - und "Gas" - oder umgekehrt .... ach der Rest ist trivial. TROTZDEM bliebe die Funktion dieser Paddel zum Impulsgeben um die Hochachse (fürs Kurve einleiten) erhalten. Na ja, Balancieren wäre mit denen dann nicht mehr möglich. Aber vielleicht fällt euch auf dieser Schiene etwas zur "Anstellwinkeländerung" bzw. -verminderung des Innenlebens ein.

[Klingon77]

hi,

heute hatte ich den "Mono-Wheel-Rappel"...

Ich mußte mal was anderes drehe, fräsen, bohren!
Habe ich heute Vormittag auch getan - werde auch was dazu schreiben. Also duckt euch schon mal!

Nach einem guten, schmackhaften und nahrhaften Mittagessen ging es dann mit neuem Mut und einer guten Portion Elan frisch ans Werk:

Wie man sieht, sind die Kugellager eingeklebt und halten, soweit ich daß zerstörungsfrei prüfen konnte auch bombenfest (natürlich ohne Bombe - sonst wäre es ja keine zerstörungsfreie Prüfung)...

Bild hier  

Die Alu-Befestigungsstreben hatte ich ja gestern schon sandgestrahlt.
Die Oberfläche ist demnach matt und man sieht jeden Fingerabdruck drauf. (Muß ich vor dem Lackieren abwischen).

Die Drehteile für die Pendelgewichte sind nun alle gedreht.
Spätestens am Samstag werde ich die drei fehlenden Gewindebohrungen in die Flansch-Scheiben für den Servo-Anschluß fertigen.

Bild hier  

Die Spannflächen auf der Stahlwelle werden dann auch gefräst.

Bild hier  

Das geht dann alles mit einer Aufspannung des Rundtisches.
Ist immer einiges an Arbeit, die Maschine umzubauen und den Rundtisch auszurichten - obwohl es für die kleinen Spannflächen der Welle und die Bohrungen nicht auf das letzte 1/100 mm genau sein muß. Da reicht auch 0,05mm.

So, das war es für heute an dieser Stelle.

liebe Grüße,
Klingon77