Treppen fahrender Bot

[HannoHupmann]

@Olli08 Beide Aussagen sind kein Widerspruch. Mit genügend Grip würde es gehen, aber diesen "genügend Grip" wirst du nicht erreichen können in der Praxis. Es ist ein rein theoretischer Wert.
Alternativ kannst du aber einfach den Roboter sehr viel größer bauen oder ein anderes Konzept als das bisher vorgeschlagene verwenden. Den nur dieses wird nicht funktionieren. Eventuell ein anderes aber schon.

Die Lösung mit dem Riemen kommt der Gesamtlösung bestimmt näher, ich bezweifle aber immernoch, dass es damit funktioniert. Den es ist wieder ein klarer Fall von nicht vollständig durchdacht. Wenn der Riemen unter Spannung steht (also ähnlich wie bei einem Kettenfahrzeug) dann wird der Roboter bis an die Kante fahren und dann einfach schräg an dieser lehnen. Die vorderen Räder hätten keinen Kontakt mehr zur nächsten Stufe.
Wenn man den Riemen nicht spannt, dann würde es in dieser Situation helfen. Denn jetzt würde der Roboter über den Riemen genügend Haftung bekommen und könnte hochfahren. Problem ist nur dann, ein ungespannter Riemen ist der Tod beim normalen fahren (wird verlohren bzw. hängt irgendwo rum). Geht also wieder nicht.

@Olli08 das ist genau leider der springende Punkt am Roboterbasteln. Man hat eine tolle Idee und dann funktioniert das Konzept wegen ein paar physikalischen Gesetzen nicht.
Du kannst jetzt entweder das Projekt ganz aufgeben und was anderes machen oder dir ein neues Konzept überlegen. Bei vielen Robotern ist das erste nicht gleich das finale Konzept, da muss man sich erst mal viel überlegen. Wenn allerdings gleich drauf los bastelt, dann kann das unter Umständen sehr teuer werden (ich weis das aus eigener leidvoller Erfahrung, bei mir steht ein misslungenes 500€ Projekt rum). Daher erst überlegen (und zwar an allen Punkten), dann bauen!

Und hoffnung gibt es bis solange bis bewiesen wurde, dass es KEIN Konzept gibt, dass funktionieren könnte, aber da sind wir noch lange lange lange nicht (Perpetum Mobile ist z.B. so ein Fall, dafür gibt es einfach KEINE Lösung).

[Günter49]

@HannoHupmann

Da in 6 Jahren Roboterhobby noch keinen radgetriebenen Treppenroboter gesehen habe, vermute ich sehr stark, dass es schlicht nicht funktioniert.

Schau dir mal die folgenden links an:
shrimp:
http://asl.epfl.ch/index.html?conten...imp/shrimp.php
(auf der Seite gibt`s auch ein video)

Helios 5
http://www-robot.mes.titech.ac.jp/ro...helios5_e.html

Mein eigener Roboter stairBOT:
www.stairbot.de

Nach meinem Geschmack der Beste:
http://www.roboken.esys.tsukuba.ac.j...iewdata/82.jpg
als video (29,9MB!!!):
http://www.roboken.esys.tsukuba.ac.j.../KSK/KSK24.mpg

aus Lego:
http://www.philohome.com/stairs/ptitgneugneu.htm

Design-Studien/Animationen:
http://www.form-gestaltung.de/3d-ani...-animation.htm
http://gizmodo.com/gadgets/clips/ima...?autoplay=true

Gruß, Günter

[recycle]

Die Lösung mit dem Riemen kommt der Gesamtlösung bestimmt näher, ich bezweifle aber immernoch, dass es damit funktioniert. Den es ist wieder ein klarer Fall von nicht vollständig durchdacht.

Dass die Idee nicht vollständig durchdacht ist, gebe ich gerne zu.

Wenn der Riemen unter Spannung steht (also ähnlich wie bei einem Kettenfahrzeug) dann wird der Roboter bis an die Kante fahren und dann einfach schräg an dieser lehnen. Die vorderen Räder hätten keinen Kontakt mehr zur nächsten Stufe.

Bei der Idee Vorder- und Hinterachse über einen Riemen zu verbinden, bin ich eigentlich davon ausgegangen, dass der Riemen über die Antriebsachsen natürlich auch angetrieben wird.
Daher sehe ich eigentlich nicht, warum der Roboter ein Päuschen machen und mit den Vorderrädern winken sollte, wenn er mit dem Riemen an die Kante kommt.
Ich hatte mir eigentlich vorgestellt, dass der Riemen den Schwerpunkt bis über die Kante zieht und das Chassis dann wieder auf die Vorderräder kippt.
Ob das klappen kann, hängt natürlich vom Gesamtaufbau des Chassis und davon ob die Riemen genug Gripp haben ab.
Ich schätze an einer Treppenkante kann ein Riemen - eventuell auch Zahnriemen - schon ein bischen Gripp aufbauen.

Wenn der Roboter nicht mehrere Stufen auf einmal nehem soll, muss er ja relativ kurz sein, d.h. der Riemen muss nur ein paar Zentimeter überbrücken.

Wenn man den Riemen nicht spannt, dann würde es in dieser Situation helfen. Denn jetzt würde der Roboter über den Riemen genügend Haftung bekommen und könnte hochfahren.

Die Riemenspannung ist keine digitale Grösse. Da lässt sich vielleicht auch noch irgendwas zwischen zuviel und zuwenig finden.
Um zu verhindern, dass der Riemen abfällt, könnte man einen Riemenspanner verwenden der entsprechend nachgibt, wenn das das gesamte Chassis mit dem Riemewn auf der Kante aufliegt.

[recycle]

Unmotorisiert bringt natürlich wenig, aber ansonsten könnte man sich mal ansehen wann er umkippt usw...ein Gefühl für das Problem bekommen.

Ich glaube mit einem Modell, z.B. aus Lego, könnte man auch unmotorisiert schon mal etwas Gefühl sammeln, was gehen könnte und was überhaupt nicht funktioniert.

Treppe und Model sollten natürlich vom Maßstab zueinander passen. Aber da könnte man statt der echten Treppe ja leicht ein Modell aus ein paar Treppenstufen basteln.

[HannoHupmann]

@recycle mit gespanntem Riemen geht es nicht. Wenn der Robor so klein bleiben soll, dass er nicht mehrere Stufen auf einmal überfahren kann sondern auf jede höhere Stufe aufliegen, dann geht es nicht. Den der Roboter fährt an die nächst Stufe heran. Wird sich nun an der "Wand" hochziehen bis er etwa einen Winkel von 45° hat, diese Situation meine ich mit Schräg aufliegen. Nun ist der Schwerpunkt in der mitte des Roboters und noch nicht über der Kante sondern irgendwo dazwischen. Fährt der Roboter nun näher heran, dann wandert der Schwerpunkt nicht über die Kante sondern nach hinten. Der Roboter fällt auf den Rücken und es funktioniert nicht.
Andere Idee der Schwerpunkt ist vorn also auf den Vorderrädern. Der Roboter fährt an die Kante und wird nicht hochkommen, denn der die Reibung auf den Hinterrädern (oder dem hinteren Teil der Ketten) reicht nicht um den Schwerpunkt anzuheben und über die Kante zu schieben.
Physikalisch sind alle Lösungen unsinnig die keine Verlagerung des Schwerpunkts ermöglich. D.h. wenn ein Teil des Roboters über der Kante ist, dann wird der Schwerpunkt auf diesen Teil geschoben. Alternativ kann auch ein 3 Teiliges Modell gewählt werden auf dem immer 2 Teile auf der nächsten Stufe sind und nur der letzte Teil nachgezogen wird.
Leider ist das Treppenproblem ein physikalisch etwas undurchschaubares Problem, so dass man sehr leicht eine vermeindliche Lösung findet, aber in der Praxis nicht weiter kommt. Ob Ketten oder Räder spielt da eigentlich keine Rolle.

[Olli08]

thx an alle, die geantwortet haben!

Also, ich werde wahrscheinlich - nach überarbeiteten Plänen - meinen Roboter so bauen wie auf meinen Skizzen. Auch wenn es so nicht funktionieren sollte, er also keine Treppen bewältigen kann, so kann er immer noch auf ebener Fläche fahren. Außerdem könnte ich dann herausfinden, wo der Bot Probleme an der Treppe bekommt und es zu versuchen zu verbessern.

@HannoHupmann wenn du dir so sicher bist, das es nicht klappt, bist du bestimmt ein Physik- und Matheprofi, der mir das mal vorrechnen kann?!
Ich denke mal nicht, daher sind das alles - wie die anderen Antworten auch - nur Vermutungen, ich hätte aber lieber Beweise!

@Günter49 was meinst du denn zu meinen Ideen? Wird nicht funzen, oder?

[Günter49]

@Olli08
Auf den ersten Blick fand ich deinen Entwurf bestechend. Aber in der grauen Wirklichkeit werden genau die Probleme zwischen den Positionen A2 und A3 auftreten, die HannoHupmann schon ausführlich beschrieben hat. Haben die unteren Räder erst mal vom Boden abgehoben (wenn es dazu überhaupt kommt), werden die nach unten wirkenden Gewichtskräfte nur noch von den vorderen Rädern auf der oberen Stufe gestützt. Die Schwerpunkte der unteren Räder und des Rahmens/Fahrgestells mit Batterien usw. befinden sich aber hinter dem Auflagepunkt der oberen Räder. Die Wirklinien dieser Gewichtskräfte gehen nicht durch den Auflagepunkt, es entsteht also ein nach links (also hinten) gerichtetes Drehmoment, das die oberen Räder vom Untergrund abhebt. Drücken die Räder nicht mehr auf den Untergrund können sie auch keine Kraft mehr übertragen. Der Roboter rutscht nach hinten und kippt dann hintüber in den Abgrund. Wie ich leidvoll an meinem stairBOT-Roboter beobachten musste. Obwohl der seinen Schwerpunkt verschiebt, war er doch recht sensibel auf das richtige Ausbalancieren der einzelnen Schwerpunkte.
Ich glaube, dass die Möglichkeit zur Verlagerung des Schwerpunkts während des Steigens der Kern des Problems ist. Auch darauf hat HannoHupmann ja schon hingewiesen. Treppen sind für Menschen gemacht und Menschen steigen Treppen, indem sie ihren Schwerpunkt mit dem Fuß auf der unteren Stufe abstützen, den entlasteten anderen Fuß auf die nächste Stufe heben, den Schwerpunkt über diesen Fuß bringen und den nun entlasteten unteren Fuß nachziehen. Nur halt ein bisschen dynamischer als hier gerade beschrieben. Ein kurzer Roboter, der maximal zwei Stufen überspannt, sollte diese menschliche Treppensteigestrategie irgendwie nachbilden. Längere Radroboter mit 6 Rädern, die drei Stufen überspannen können, schaffen die Treppen auch durch kraftvolle Antriebe und die Unterstützung der Schwerpunkte durch mindestens zwei Stufen z.B. robuRoc6: http://www.robosoft.fr/eng/sous_categorie.php?id=1027 . Der auf gleichen Seite dargestellte vierrädrige robuRoc4 fährt zwar auch über Treppen, aber eben nur solche, die für seine Größe flach angelegt sind. Bei einer Treppe, die so steil ist wie in deinem Fall, würde er unweigerlich auf den Rücken fallen. Da fällt mir noch ein vierrädriger Roboter ein, von dem es ein Bild gibt, wie er eine Treppe befährt. Der Roboter Orpheus der Uni Brno, der 2003 den RescueRoboCup gewonnen hat. ( http://www.uamt.feec.vutbr.cz//robot.../index.html.cz / englische Beschreibung hier: http://robotarenas.nist.gov/2003_com...ee%20Paper.pdf ) . Die Treppe kann er aber nur befahren, weil er sie schräg anfährt und er sich dadurch auf drei Stufen abstützen kann.
Trotz dieser eher skeptischen Einschätzung zu den Erfolgsaussichten deines Entwurfs, lass dich nicht entmutigen. Vielleicht fällt dir ja eine erfolgreiche Lösung des Problems ein, mit der jetzt noch keiner rechnet.

Viel Erfolg
Günter

edit: Vielleicht als kleine Anregung ...
http://www.ara.com/products/LRV%20St...n%20110805.mpg

[HannoHupmann]

@Olli08 nun ja ein Matheprofi vielleicht und ich kann dir das auch vorrechnen, nur nicht so, dass es ins Forum passt. Wenn man sich gegenüber sitzt ist es in ein paar Minuten auf einem Blatt Papier erklärt.
Abgesehen davon weis ich nicht ob dir ein haufen Formeln viel nutzten.

Aber ich hab mir selber schonmal viel Gedanken gemacht wie sowas funktionieren muss und bin zu der Erkenntnis gekommen, dass es einfach nicht geht mit obigem Konzept.
Günther hats nochmal bestätigt die Physik spielt in diesem Moment einfach nicht mit und daher klappt es nicht. Aber wenn du dich nicht überzeugen lassen willst probier es einfach aus.
Das Konzept von Günther sieht auf den ersten Momen besser aus nur funktioniert es wohl auch nicht so super. Treppen sind mit Beinen oder mehreren Rädern wesentlich einfacher zu überwinden als mit 4 Rädern oder Ketten, wenn diese nicht deutlich größer als eine Stufe sind.