Basic(-Billig/-Baby) Mono Wheel

[Klingon77]

irgendwo zwischen Posting 50 und 200 (vermute ich) von den 570 Postings

Eher 20 und 300.

hi,

es wurde wirklich ausführlich diskutiert und hat lange gedauert, bis wir uns zu einem Lösungsansatz durchgerungen hatten.

War aber sehr interessant und ich durfte einiges lernen \/

Ich finde den Thread von Murdoc_mm dennoch gut.
Erstens ist alles auf einem Platz (von A bis Z) und zweitens kann man jedem, welcher sich hier Freitags anmeldet, Samstags einen Roboter bauen möchte um dann Montags die Programmierung abzuschließen zeigen, daß es oft doch etwas länger dauern könnte und nicht immer so einfach ist.




@mausi_mick:

Warum baust Du nicht ein wenig größer?
Das würde Deine Platzprobleme auf einen Schlag lösen.
Evtl. wäre es mit etwas mehr Masse und einer größeren Ausdehnung auch leichter zu steuern, weil die "Pendelwirkung" des Systems träger ausfällt.


Ich bin immer noch der Meinung, daß es von der Vorgehensweise besser wäre dem MW zuerst das balancieren im Stillstand beizubringen.
Dann langsam geradeaus fahren.
Danach erst mit Kurven beginnen.

Ein Kind lernt erst stehen, dann gehen und danach beginnt es zu rennen.
Irgendwann bleibt es dann auch nicht mehr vor der Wand stehen sondern läuft eine Kurve...
Ich glaube die Natur hat sich bei diesem Procedere etwas gedacht.


Bei den schnellen Fahrversuchen kannst Du wahrscheinlich keine empirischen Daten gewinnen, weil alles so schnell vorbei ist.

Bei der von mir beschriebenen Vorgehensweise wäre eine empirische Datensammlung vom ersten bis zum letzten Schritt möglich.
Die Entwicklung der Steuerung erfolgt Schrittweise.
Nach dem erfolgreichen balancieren wird mit sehr geringer Geschwindigkeit gefahren.
Beherrscht man dies, kann die Geschwindigkeit in kleinen Stufen gesteigert werden.
...
...
Bis hin zur Kurvenfahrt.

In jeder Stufe ist eine Aufzeichnung der Daten möglich.
Anhand der letzten Stufe, welche durch die Steuerung beherrscht wurde kann man beide Datensätze miteinander vergleichen und auswerten.
Eine Fehlererkennung und Beseitigung wird dabei durch zwei Punkte vereinfacht:

1) Aufeinander aufbauende Abläufe (vom Sicheren in´s Unbekannte)
2) Es wird (möglichst) immer nur eine Variable des Gesamtsystems geändert.
Das macht die Sache (den Lernprozess) übersichtlicher.



Die rasch rotierende Masse des Reifens und der Felge als stabilisierendes Element im Gesamtsystem zu verwenden ist sicherlich verlockend und durchaus legitim.
Man rennt aber unweigerlich in die Falle:
Das MonoWheel muß ja irgendwann mal aus dem Stillstand anfahren (unabhängig von der möglichen Beschleunigung) und auch wieder bremsen um stehen zu bleiben; bzw. die Fahrtrichtung zu ändern.

Mann kommt also um den Akt des balancierens und der langsamen Fahrt nicht herum!

Soweit die Theorie.
Wie denkt Ihr darüber; ich hatte das Thema ja weiter vorne schon mal angerissen und hoffe ich "nerve" euch nicht mit meiner Beharrlichkeit.


liebe Grüße,

Klingon77

[mausi_mick]

hi MW-ler,
erst mal ne Frage zu den Schwerpunkten:
bei dem Baby liegt der Gesamtschwerpunkt auf etwa 7,5 cm,
die der Pendelmassen in Ruhelage bei ca 4,5 cm.

Die Lasteinleitung der Pendel liegt bei etwa 6,7 cm (wo die Zahnschiene durch das Gehäuse geht) bzw. 7,5 cm , wo das Ritzel auf die Zahnschiene drückt.

Ist jetzt eigentlich der Schwerpunkt kritisch oder sind es diese Lasteinleitungspunkte ? ( meine Mechanik-Vorlesung liegt etwas über 40 Jahre zurück)

Und nun zu Kligon77:

Baugrösse: mir wäre auch ein 10" Rad lieber gewesen, aber das verwendete 7" Rad lag "dumm" herum und ich wollte mich nicht schon wieder mit Speichen, Karkassen etc. beschäftigen. Ausserdem hat mir sein
Mini-"Gewicht" von 70 g gefallen (man merkt, ich komm aus dem Flugzeugbau).
Das beim Basic-MW verwandte 12" Rad wollt ich erstmal so lassen,
für vielleicht weitere Tests oder wenn ich mit dem Baby-MW irgendwelche neuen ( positiven! ) Erfahrungen gemacht habe, die ich dann für das Basic-MW übrenehmen könnte.

Mit der Vorstellung vom Start aus der Ruhelage hab ich meine Zweifel, ob das so einfach klappt. Für ein Monowheel ist der Ruhezustand (im Stand) wohl mit der kritischte Zustand, eine Fahrt in ebener Umgebung (mit relativ konstanter Geschwindigkeit) wohl der einfachste Fahrzustand, der beim Basic-MW relativ gut eingehalten wurde. Nur führten erzwungene Fahrtrichtungsänderungen aus diesem Zustand ( sowohl über die IR-Fernbedienung als auch durch direkte Programmierung) durch Gewichtsverlagerung leider nicht zu einer stabilen Fahrweise (Kurve), sondern zum Umkippen.

Wenn ich das MW aus der Ruhelage starten wollte , müsste ich das MW auch wesentlich aufwändiger gestalten von der Sensortechnik her , auch bezüglich der Prozessoren und der Programmierung.
Ich stelle mir eher einen Start von einer Rampe vor, um in eine stabile Fahrsituation zu kommen, oder wie zur Zeit beim Basic-Mono-Wheel - einen in den ersten sec per Hand stabilisierten (geführten ) Start.

[oberallgeier]

... Ich bin immer noch der Meinung, daß es von ... besser wäre dem MW zuerst das balancieren im Stillstand beizubringen ... Wie denkt Ihr darüber ...

Ich kann ja schlecht raten. Mein erstes kleines AVR-Projekt läuft gerade mal seit ein paar Tagen in elementaren Funktionen und die Software ist noch nicht so glatt programmiert, wie ich das für richtig finde. Abgesehen davon, dass noch etliche Funktionen (z.B. komplexes Ausweichen oder zielgerichtet drumrumfahren) völlig fehlen.

Meine Vorgehensweise bei dem Döschen war notwendigerweise so, wie von Klingon77 vorgeschlagen. Ich wusste ja vor einem Jahr noch nicht, wie ein AVR läuft und programmiert wird, hatte bis dahin noch nie eine Schaltung konzipiert . . . etc. Deshalb hatte ich mir das Projektchen in recht kleinen Bissen zu Gemüte geführt. Wie gesagt - notwendigerweise. Dass ich dabei jede Menge getestet hatte, war eben in dieser Lernphase begründet. Und ich glaube, ich hab ne Menge gelernt und weiß immer noch recht wenig. Und ich habe mich immer über die kleinen Schritte gefreut (und über die selbstgemachten Pleiten geärgert).

Fazit: Die Softwarekonstruktion hatte ich entsprechend meinen geringen Kenntnissen zum ganzen System (Hardware, C) in kleinen Schritten geplant und durchgeführt und dabei in kleinen Schritten die Funktion der Hardware getestet und implementiert.

[Richard]

Hi MW-ler,


Vielleicht könnte man da was mit der Fahrgeschwindigkeit machen:
Vor der Kurve leicht abbremsen, Gewicht nach aussen, MW wieder beschleunigen (Gewicht in Ausgangsposition (wann ?).

Mit Sicherheit! Wie kommt son "Mopedfahrer" aus der Schräglage?
Schräger einlenken! Dadurch wird der Krurvenradius kleiner, der
Drehimpuls bleibt konstand = Die Geschwindigkeit nimmt zu und
die Fliehkraft richtet die Karre auf. Etwas Gas dabei kann auch
helfen, wer dabei übertreibt steigt dann allerdings auf der Kurven
Außenseite aus den Sattel.....

Ich habe (auch) Gespann gefahren. Ja, wenn das Boot senkrecht
nach oben schaut...liegt die Karre auf der Seite. Aber mann kann
schon sehr stabiel mit dem Boot in der Luft auch Kurven fahren.
Klappt ja auch mit nen Auto auf zwei Rädern.

Mir ist gerade eingefallen das bei Einrädern der Schwerpunkt (Mensch)
doch sehr weit oben liegt? "Mopeds" sind allgemein schwerer als der
Fahrer obwohl nes da sicher auch Außnahmen gibt. Ich könnte mir
also vorstellen das ein relativ kleines Pendel OBEN, dort wo Dein
Überschlagstützrad lag, auch ganz gut wirken könnte. Die dann beim
Pendel eingesparte Masse kann denn ganz nach unten fest eingebaut
wandern. Das obere leichtere Pendel braucht dann auch nur minimalen
Ausschlag, sollte also schnell und halbwegs leit aunzusteuern sein.

Gruß Richard

[radbruch]

Hallo

Wenn ich mich recht erinnere (der "große" MW-Thread ist schon etwas älter) ist das Einrad (mit obenliegendem Sattel) im Prinzip ein inverses Pendel, das Rad eiert unter dem Schwerpunkt wie die Hand unter einem Besenstiel.

Ein "Moped" hat, wie andere einspurige Zweiräder auch, einen Nachlauf am Vorderrad. Ein Vergleich ist deshalb wohl nicht sinnvoll:
http://www.motorradonline.de/lexikon...etrie.4538.htm

Als Ansatz für ein Monowheel scheint mir dabei das erstere sinnvoller, eben mit möglichst hohem Schwerpunkt (aber natürlich innerhalb des Rades). Außer dem sehr komplizierten Beschleunigen/Verzögern bleibt dann immer noch das Problem der Dreh-Impulse die man dem Rad geben muss damit es seine Richtung ändert. Ein EinradfahrerIn macht das mit ruckartigen Hüftdrehungen, wobei die ausgebreiteten Arme dem Oberkörper mehr Trägheit verleihen.

Ich denke, wir müssen das Thema nochmal neu überdenken...

Gruß

mic

[Klingon77]

...
... bleibt dann immer noch das Problem der Dreh-Impulse die man dem Rad geben muss damit es seine Richtung ändert. Ein EinradfahrerIn macht das mit ruckartigen Hüftdrehungen, wobei die ausgebreiteten Arme dem Oberkörper mehr Trägheit verleihen.

Ich denke, wir müssen das Thema nochmal neu überdenken...

Gruß

mic

hi,

das Procedere der Einradfahrer (konnte ich in der Nachbarschaft auf meiner Arbeit ebenfalls beobachten) und @Oberallgeier´s: Recherchen/Erläuterungen veranlasste uns dazu, die beiden Pendel einzubauen.

Hoffentlich reicht die Pendelmasse und Geschwindigkeit um dem Rad einen ausreichend großen Drehimpuls um die Hochachse zu verleihen.



@mausi_mick :

Irrtümlicherweise bin ich immer davon ausgegangen, daß Du das Mono-Wheel aus dem Stand starten wolltest.
Über eine Rampe oder einen geführten Start habe ich nie nachgedacht.

Bitte entschuldige meine "Hartnäckigkeit" bezüglich der Vorgehensweise.

Manchmal können eben mehrere Wege "nach Rom führen"; man muß sie nur finden.

Das Balancieren halte ich aber auch nicht für so tragisch.

Im Prinzip kann das MW in zwei Richtungen.
* vorwärts/rückwärts
* links/rechts

Die Bewegung in- oder gegen die Fahrtrichtung kann man ausschließen, indem die Motoren stillstehen (auf ebenem Gelände)

Somit verbleibt "nur" noch eine Achse (Seitenneigung), in der das MW instabil ist.

Habe ich da einen Denkfehler? Zu einfach gedacht?
(Mechaniker denken nicht unbedingt in elektronischen Regelkreisen oder an die zugehörige Programmierung; ich bitte um Nachsicht [-o< ).


liebe Grüße,

Klingon77

[mausi_mick]

hi oberallgeier,
hi Klingon77,

bei mir ist das mit der Programmierung auch so eine Sache, hab da zwar bereits in grauer Vorzeit mit Lochkareten begonnen (mussten z.T. auf spezieller Maschine nachbeschriftet werden) , hatte aber beruflich nur mit IBM Maschinen mit FORTRAN / PL1 und hierarchischen DB's zu tun.
Privat nur ein wenig Assembler (Z80 / ZX81 und Basic) und ab Anfang der 90 etwas C(/C++).
Mit diesen hardware-nahen Sachen beschäftige ich mich auch erst seit ca 2 Jahren (Einstieg über ASURO) und hab dann auch für den Saugroboter Robertina einiges programmiert. Und natürlich auch vom einfachen zum etwas komplexeren.
Hab dann das MW-Projekt irgendwie interessant gefunden und wohl auch mal selbst ein wenig experimentieren wollen.
Mit möglichst einfachem/preiswerten Einstieg:
Erster Neigungssensor war ein selbstgebasteltes Mini_Pendel, das durch eine Doppel-Gabellichtschranke führte und damit ein Servo mit Pendelmasse steuerte. Funktionierte im "Prinzip", aber meine mechanischen Fähigkeiten waren etwas überfordert und auch ist ein Zweipunktschalter doch etwas unsensibel. Die Nickbewegung des MW versuchte ich mit einer kardanischen Aufhängung zu kompensieren, das brachte aber nicht viel, auch wegen der vielen Drähte (zu den Lichtschranken), die die freie Bewegung dieses kardanischen Gebildes behinderten.

Dann erste Versuche mit Sharp-Distanzsensor, hatte zum Glück 2 besorgt, um nur die Differenz links/rechts auszuwerten und die Abstandsänderungen durch die Nickbewegung zu eiliminieren.

Auswertung der Sensordaten erfolgte dann über ATmega8, über den dann die Pendelmasse mit Spindelmotor bzw. Linearmotor mit Zahnstange bewegt wurde (PWM, H-Brücke).
Vorteil: Schnell und vergleichsweise billig gegenüber gutem Servo, aber Positionsermittlung schwierig ( bei mir mal getestet über Barcode-Leiste und 2 Reflexlichtschranken, aber nie richtig implementiert).

Zuletzt ( jetzt beim Baby-Wheel ) direkte Neigungswinkelermittlung mit Sensor-IC SCA61T .

Ich denke, hardware-mässig hab ich einiges an Erfahrung gewonnen und
war dadurch auch gezwungen , mich softwaremässig mit einigem zu beschäftigen, vor dem ich mich sonst immer gedrückt habe:
- Ansteuerung Servo
- IR-Fernsteuerung mit RC-5-Code
- Auswertung diverser Sensoren

...
wie es jetzt weitergeht, weiss ich auch noch nicht so genau,
Softwaremässig müsste ich mich mal mit dem Fahrmotor beschäftigen, z.B. wie man ihn in die Lenkbewegung einbinden kann.

Das Basic-MW ist meiner Ansicht nach zu ungünstig von den Schwerpunkten und dem Massenverhältnis, das Baby-MW ist mir etwas zu klein und schnell. Da wäre höchstens noch ein schnellerer Antrieb für die Pendel interessant. Aber bei den Abmessungen ist jeder Umbau etwas nervig.
Was ich mir überlegt habe, ist, die Zahnstange möglichst tief nach unten zu setzen (wo jetzt der Fahrmotor sitzt) um dann auch die Krafteinleitung der Pendelmasse möglichst tief zu legen. Weiss aber nicht , ob das überhaupt bezüglich der Stabiltät- / Kurvenfähigkeit etwas bringt.
Die Akkus und eventuell zusätzliche Gewichte würde ich dann am Ende der Zahnstange wie Winglets (nach oben) anbringen.

Aber sinnvoll wäre vielleicht auch , das alles mal kritisch zu überdenken.

Gruß

mausi_mick

[Richard]

Hallo


Ein "Moped" hat, wie andere einspurige Zweiräder auch, einen Nachlauf am Vorderrad. Ein Vergleich ist deshalb wohl nicht sinnvoll:
http://www.motorradonline.de/lexikon...etrie.4538.htm

Ja klar, es waren ja auch halt nur "Überlegungen" zum Thema. Na som
MW hat ja quasie je nach Schub b.z.w. Verzögerung vor UND Nachlauf.
Je nachdem ob der Masseschwerpunt der Antriebseinheit vor oder hinter
des Radmittelpunktes ist. Vorlauf erhöht die Eigenstabilität, bringt aber
auch ein höheres Trägheitsmoment wenn man in die Kurve will, das kostet
dan Körperkraft. Ganz ohne Vorlauf wird es sehr instabiel, man kann z.B.
nicht mehr Freihändig fahren und die geradeausfahrt wird zum Zickzack
Kurs. Nachlauf kennt man von so Drehstuhlrollen. Ich (glaube) damit
fällt man schnell in den Rasen?

Bei den von mir erwähnten möglichstst hohen Pendelgewicht bin ich
davonvausgegangen das schon bei leichter Neigung ein größerer Winkel
zum Boden und damit Abstand zur Radauflagefläche ensteht.

Da das Pendel mit der Antribseinheit fest verbunden ist, bekommt man
wieder eine Art Vor/Nachlauf. Es ist also schon von der Motorsteuerung
abhängig wann, bei welchen Winkel der Motoreinheit zum Rad Mittelpunkt
"Ein/ausgelenkt" wird. Das, den nach/Vorlauf müßte man sich mal auf
nen stück Papier aufmalen und dann den besten Winkel zu ei/auslenken
ermitteln. Da ist dann Hartwaremäßig ein Gyro fällig, ein halbwegs
günstiger Ipizogüro aus dem Modellbau sollte aber reichen? Der kann
dann auch gleich "Überschläge" vermeiden.

OK. Tarnkappenbomber fliegt kein Pilot ohne Rechner, die sind extrem
instabil. So weit kann es aber meim MW nicht sein, es git ja welche die
ohne MC gefahren werden. Das Problem dürfte darin liegen das MENSCH
ziemlich guite Sensoren besitzt. Ein Modellbnau Hubi Pilot würde sagen,
mir fehlt das "Popometer", das Arschgefühl.

Möglicherweise gibt es im WWW. Foren von MW Fahrern. dort könnte
man sich Tipps geben lassen wie, wann sie mit Gas/Bremse lenken.
Die haben allerdings auch kein Pendel. Das sind die "Piloten" selber,
aber auch da könnten echte Fahrer sicherlich sehr hilfreich sein!

Auf alle Fälle ein sehr tollen Thema bei dem Mensch letztendlich nur
dazu lehrnen kann.

Gruß Richard

[mausi_mick]

Hi MW-ler,

hab mir das nochmal mit dem Beiwagen angesehen, ist aber beim MW nicht relevant, da sich das wohl auf das unsymmetrische Verhalten von Gespannen in Rechts- und Linkskurve bezog.
Hab dann mal ein wenig nachgelesen und für Kurven dann die schöne
Beziehung:

tan(alfa) = Fzf / Fg
mit Fzf = Zentrifugalkraft = m* v*v / r mit v = Geschwindigkeit, m = Gesamtmasse, r = Kurvenradius und
Fg = Gewichtskraft = m * g mit g = 9,81m/s*s.

Durch Einsetzen in erste Gleichung
erhält man

tan (alfa) = v * v / r * g, d.h. die Schräglage in der Kurve hängt
nicht von der Masse bzw irgendwelchen Schwerpunkten ab.

Bei V = 1m/s kommt man bei alfa = 3° auf einen Radius von knapp 2 m


Andrerseits ist bei Geradeausfahrt wohl die Stabilität (Senkrechte)
nur in einem kleinen Winkelbereich - abhängig von der Gesamtmasse, dem Gesamtschwerpunkt, der Pendelmasse und dem Schwerpunkt der Pendelmasse - gewährleistet, beim Basic-MW ca +/-3°, beim Baby-MW bei ca +/-10° .

Man müsste z.B. zum Einleiten einer Rechtskurve das Pendel nach rechts bewegen - das MW neigt sich nach rechts - das Pendel dann in die linke Position, um ein Kippen zu verhindern(Winkel < 3° beim Basic-MW) - das MW fährt in Schräglage relativ gerade aus und anschliessend das Pendel langsam in die Ruhe-/Mittellage bringen. Kurvenradius ist dann wohl über Fahrgeschwindigkeit zu regulieren.

Vielleicht klappt das, wäre aber interessant, Eure Meinung dazu zu bekommen.

Für mich würde das bedeuten, die Regelung des Fahrmotors für die Kurvenfahrt bei der Programmierung zu berücksichtigen.

Gruß

mausi_mick

[mausi_mick]

Hi MW-ler,

hatte Urlaub und somit etwas Zeit zum Nachdenken.

Da das Baby-MW doch etwas zu klein war/ist und auch vom Projekt und Fahrverhalten her gegen dem Basic-MW weit zurück liegt, hab ich mir überlegt, ob ich den dort verwandten Neigungssensor SCA61T nicht mal im
Basic-MW anstelle der beiden Sharp-Distanzsensoren testen sollte.

Vorteil gegenüber Sharp-Sensoren:

- klein, leicht, einfache Verdrahtung,
- sehr geringer Stromverbrauch (ca 3mA) ohne Peaks,
- Einbauort unkritisch (muss nur in entspr. Richtung ausgerichtet werden,
- belegt nur einen Port (ein AD-Wandler).

Nachteil: hoher Preis ( ca 55 € gegenüber ca 25 € für die beiden Sharps)

Die Ortsunabhängigkeit - die Sharp Sensoren waren möglichst weit aussen relativ hoch unter dem Linearantrieb für die Ausgleichsgewichte montiert - hat den Vorteil, dass ich den Linearantrieb tiefer legen kann.
Es bietet sich der Raum an, wo vorher die Li-Ionen Akkus untergebracht waren. Dadurch kann der Schwerpunkt der Pendelmasse deutlich tiefer gelegt werden. Ich hab als Masse den Antriebsmotor und die drei Akkus verwandt. Der Spindelantrieb ist als Waagebalken ausgeführt, der Drehpunkt/Masseneinleitpunkt liegt in der Mitte des Fahrzeugs in dem Schacht, wo bisher die Akkus untergebracht waren.

Durch das Tieferlegen verbessert sich - wie von Christian H vorausgesagt - die Fahrstabilität erheblich, wie erste Fahrtest zeigen.
Ich werde aber noch weiter experimentieren, die Software muss wohl noch angepasst werden, vielleicht brauch ich auch noch einen stärkeren / schnelleren Motor und eine bessere Lagerung des Balkens der Waage.

Für das Kurvenfahren möchte ich einen separaten Antrieb verwenden:
Ich will vorne und hinten auf der "Arbeitsfläche" ein über eine Achse (Platine) verbundenes Gewicht anbringen, das ich nach links bzw. rechts drehen kann (siehe Skizze). Durch den separaten Antrieb kann ich dann auch gezielt - hoffe ich - z.B. über die RC-Fernbedienung links-bzw. rechts Kurven einleiten, ohne ein Kippen (Rollen) des MW zu verursachen. Durch die Verlagerung des Linearantriebs nach unten hab ich da oben wieder genug Platz. Aber das wird wohl noch etwas dauern. Ich hoffe aber, dass ich durch diese Massnahme den Schwerpunkt nicht wieder vermassle.

Gruss

mausi_mick


PS: anbei noch ein paar Fotos