Sehr schneller Linienverfolgungsroboter (Ideensammlung)

[GoZu]

Hi Leute,

ich möchte einen Roboter zur Linienverfolgung bauen. Dieser sollte natürlich ziemlich schnell sein... (später möchte ich ihn auch erweitern, sodass ich ihn über Funk steuern kann, aber dazu mache ich mir später Gedanken)

Ich möchte den Roboter mit Omniwheels bauen, allerdings drängt sich hier schon die erste Frage auf: Es wird ja vorgeschlagen immer 3 Omniwheels zu benützen, aber wäre es nicht auch machbar mit 6 Omniwheels? Bei der Variante mit 3 sind diese um 120° verdreht, sodass z.b. beim gerade aus fahren, nur mit 2 Motoren gefahren werden kann und diese auch nicht 100%tig ausgenützt werden (weil sie ja nicht gerade zur Fahrrichtung ausgerichtet sind). Bei der Variante mit 6 Omniwheels würden diese ja um 60° verschoben sein und dadurch könnte doch der Roboter viel schneller fahren, da sich das Gewicht auf 6 Räder verteilt, anstatt auf 3. Allerdings erhöht sich auch das Gewicht durch 3 zusätzliche Motoren sowie den Akkus...
Was haltet ihr davon?

Jetzt gehts weiter zu den Motoren:
Der Roboter soll ja ziemlich schnell werden, deshalb würde ich einmal von Getriebemotoren ausgehen. (bitte korregiert mich, ich habe noch nie auf dem Gebiet etwas gemacht und habe nur das Wissen, vom RN-Wiki. Dort steht ja, dass Schrittmotoren nicht ganz so schnell sind...) Oder sind Schrittmotoren hier doch besser wegen der Ansteuerung, weil sie genauer sind?
Ich habe da auch ein paar kleine Verständnisprobleme, und zwar:
Wenn ich z.b. diese 2 Motoren hier habe:

http://shop.conrad.at/ce/de/product/...HOP_AREA_19781

http://shop.conrad.at/ce/de/product/...HOP_AREA_19781

Mit welchem bin ich dann schneller unterwegs? Die Untersetzung gibt doch an, durch welchen Faktor ich die Drehzahl dividieren muss oder? Wenn ich dieses Motor-Berechnungs-Programm von dieser Seite benütze, kommt bei mir aber immer raus, dass ich nur 1 km/h oder so fahren kann und das wäre doch extrem langsam oder?
Außerdem erhalte ich dann das "Erforderliches Drehmoment des Motors" aber was soll ich damit bitte? Der Motor hat doch schon ein Drehmoment vorgegeben oder?
Bitte helft mir da einmal ein bisschen, ich blick da nicht ganz durch...


Als nächstes wären die Sensoren dran:
Ich möchte direkt den Vorteil der Omniwheels ausnutzen und deshalb nur an einer Seite Sensoren anbringen. Wenn eine Kurve kommt, so soll der Roboter gleich in die richtige Richtung weiter fahren und sich während der Fahrt sich so im Kreis drehen, dass wieder die Sensoren vorne sind.
Als Sensoren möchte ich einen 9fachen Liniensensor von http://krause-robotik.dyndns.eu/Shop/ benutzen.


Wegen der Motoransteuerung benötige ich ja einen Treiberchip. Würde soetwas bei mir funktionieren?
http://www.roboter-teile.de/Shop/the...id=41&source=2


Für die Programmieren werde ich einen atmega32 benutzen mit 16 oder 20 MHz.

Die letzte Frage wäre jetzt noch, welche Stromversorgung ich wähle:
Ich würde jetzt einmal diese hier nehmen (kenne mich damit aber relativ wenig aus):
Akkupack 9,6 V 2300 mAh

Zwei von diesen Akkupacks in Serie schalten, damit ich 15 V für die Motoren habe. Allerdings reichen da 2 solche Akkupacks aus für 3 (bzw. 6 Motoren?) und wie schwer ist so ein Akkupack (auf der Seite habe ich nichts gefunden) Gibt es eine alternative bessere Spannungsversorgung, welche vielleicht nicht ganz so schwer ist??


Ich weiß, es sind relativ viele Fragen hier, aber ich bitte euch trotzdem, mir ein wenig unter die Arme zu greifen. Über nützliche Tipps freue ich mich natürlich immer. Schließlich sind diese ganzen Bauteile nicht gerade billig und als Schüler besonders... Deshalb möchte ich gleich von anfang an das Richtige einkaufen.

Danke schonmal.

[matthiasm]

Also. Elektromotoren drehen locker 30.000 U/min. Wenn Deine OmniWheels nun eine Durchmesser von 5cm haben, dann kannst Du den Umfang des Rades brechnen, das mit der Umdreheung multiplizieren und dann auf km/h umrechnen. Wenn Du einen Getriebemotor benutzt, dann dividierst du das Ergebnis halt durch die Untersetzung.

Schrittmotoren sind wesentlich langsamer.

Die Berechnung des Drehmomentes soll dir sagen, welche Motorengrösse du wählen musst. Nicht umgekehrt.

Aber zum wesentlichen: schnell heisst leicht. Du willst ja sehr schnell die Richtung ändern und das geht bei einem schweren Roboter nicht. Omniwheels sind aber schwer. Daher: 3 Omniwheels.

Die Akkufrage ist kompliziert, wenn man ins Detail geht. Wichtig ist, ob die den Strom in dem Moment liefern können, in dem du ihn brauchst. Und natürlich wie weit du fahren willst. Daraus ergibt sich die benötigte Chemie , die Grösse, und damit das Gewicht.

Aber am einfachsten holst Du Dir einen Racing Pack aus dem Modellbauladn. Die sind vorkonfektioniert und gibt es als NiCd oder NiMH.

Welche MCU du nutzt und mit welcher frequenz ist erstmal egal.

Was ich nicht verstehe sind "Sensoren vorne". Ich denke, der Vorteil Deines Bot ist es, in jede Richtung zu fahren, also garkein "vorne" zu haben. Entweder brauchst Du also einen runden Sensor in der Mitte, oder wesentlich besser, einen Ring von Sensoren um den Roboter herum.

[radbruch]

"Ein Tisch mit drei Beinen wackelt nicht"

Bei vier Rädern müsste der Boden total eben sein (oder die Räder müssten einzeln gefedert sein).

Gruß

mic

[Besserwessi]

Die Geschwindigkeit, besonders in Kurven wird nihct nur von den Motoren, sondern auch wesentlich von der Reibung der Räder bestimmt. Wenn man keinen übergroßen Akku für eine lange Fahrstrecke bzw. lange Laufzeit hat, ist es nicht schwer die Motoren so stark zu haben, dass die Räder rutschen/durchdrehen können.

Gerade von der Haftung sind die meisten Omniweels nicht gerade gut. Da wäre ein Robot mit 2 Rädern so wie der Asuro vermutlich besser.

[GoZu]

OK danke schon mal.

Da ich unbedingt diese Omniwheels austesten will, steht schon mal fest, dass ich 3 von diesen benötige. (Das Programmierproblem von diesen Omniwheels reizt mich ein wenig )

Danke für die Erklärung mit der Motorberechnung. Ich habe mir da jetzt einige Berechnungen gemacht und diese mit dem Online-Tool überprüft. Mein Ergebnis ist jetzt:

Raddurchmesser: 6 cm (Soft Omniwheels)
Gewicht: 5 kg (habe es bis 8 raufgetestet, bis dorthin sollte es funktionieren)
Motorgeschwindigkeit: 15 800 U/min
Untersetzung: 6

Dadurch erhalte ich eine Geschwindigkiet von 30 km/h.
Erforderliches Drehmoment des Motors (mit Getriebe): 0.9Nm - 1,44 Nm (abhängig vom Gewicht 5-8 kg)

Also habe ich folgenden Motor gewählt:
http://shop.conrad.at/ce/de/product/...HOP_AREA_19781

Diesen betreibe ich mit 12 V. Mit 1,54 Nm sollte dieser ausreichen.

Habe ich den Motor jetzt richtig gewählt oder ist das überdimensioniert? Ich habe nämlich keine Ahnung, wie schwer der Roboter werden wird.
Die Gewichte würde ich ca. so schätzen:
Räder: keine Ahnung. 0,5 kg??
Motoren: 234 g * 3 = 0,7 kg
Akkus: 210g * x ??

Als Akku hätte ich diese gewählt:
http://www.accushop.at/product_info....89159a7c510a23

Die Frage ist jetzt nur, wieviele ich von diesen benötige.
Diese Akkus haben 2100 mAh.
So eine Fahrt dauert ca. 10 Minuten also rechne ich ersteinmal auf 10 minuten um. Um von 60 Minuten auf 10 zu kommen, also mal 6 rechnen.
Ergibt: 12600 mA in 10 min.
Das ganze dividiert durch 1000, damit ich Ampere bekomme: 12,6 A.
Mein Motor zieht 0,6 A, d.h. es würde eigentlich ein einziges solcher Akkupack ausreichen, da ich damit locker alle 3 Motoren für 10 Minuten versorgen kann??
Geht die Rechnung so auf?
Außerdem hätte dann der Motor nur 1-3 kg, würden dann noch meine anfänglichen dimensionieren passen?


So und noch zum Thema Sensoren:
Ja im Prinzip gibt es bei diesem Roboter kein vorne und hinten. Allerdings würden viele Liniensensoren auch viel Geld kosten.
Da aber aufgrund der Omniwheels sich der Roboter beim "vorwärtsfahren" sich auch drehen kann, kann ich ja ein "vorne" festlegen und dort Sensoren anbringen. Wenn jetzt die Linie nach rechts verläuft, so erkennen die vorderen Sensoren noch kurz dieses abweichen und der Roboter fährt mithilfe der Omniwheels sofort nach rechts. Jetzt schauen aber die Sensoren noch immer nach vorne (bzw. nach links von der Fahrtrichtung). Deshalb würde sich der Roboter automatisch während dem rechtsfahren auch um 90° nach rechts drehen, sodass die Sensoren wieder vorne wären.
Das ganze wäre natürlich etwas komplizierter zu Programmieren, allerdings wäre so der Roboter billiger und schneller (weniger Platz für Akkus für Sensoren und weniger Gewicht für Sensoren).

Ich weiß, ich habe hier wieder viele Fragen, aber helft mir trotzdem bitte =) Wird bestimmt ein interessantes Projekt.

[radbruch]

Da aber aufgrund der Omniwheels sich der Roboter beim "vorwärtsfahren" sich auch drehen kann, kann ich ja ein "vorne" festlegen und dort Sensoren anbringen.

Damit würdest du den Vorteil der Omniwheels vernichten! Eben dieses Drehen in die Fahrtrichtung kannst du damit einsparen, weil der Antrieb in alle Richtungen funktioniert. Deshalb sollte der Sensor ebenfalls omnidirektional sein, als z.B. kreisförmig angebrachte Lichtsensoren mit zentraler Beleuchtung oder eine Kamera.

[Besserwessi]

Man wird in der Regel auch nur 2 Motoren mit voller Last laufen lassen, der 3 te wird dann eher langsam laufen. Alle drei Motoren gleichzeitig volle Leistung wäre nur zum schnellen Drehen auf der Stelle, also eher was Theoretischen oder sehr kurzzeitig.
Die Motoren werden etwas mehr als 0,6 A brauchen. Die 0,6 A sind mehr im Leerlauf. Bei Last sind als Beispiel gut 2 A angegeben. Das könnte gerade so noch gehen wenn die Akkus gut sind. Wenn man sicher gehen will, sollte man die Akkus eine Nummer größer einplanen, oder wenigstens als Option vorsehen.

An dem Gewicht sieht man, das der Robot doch einiges leichter wird als ursprünglich geplant. Damit hat man schon die Grenze erreicht, dass die Räder durchdrehen können. So wie es aussieht sind die Drehmomentwerte oben etwa die Grenze wo sehr gute Räder zu rutschen anfangen. Man hat also noch einiges an Reserve für ggf. schwächere Motoren oder einen stärkeren Akku, ggf. auch etwas mehr als 12 V.

Bei den Sensoren kommt es auf die Type an. die CNY70 sind nicht besonders teuer. Da kann man sicher ein paar mehr nehmen. Es muß ja nicht ganz rum sein, aber etwa ein Viertelkreis wäre schon nicht schlecht, damit man nicht so viel drehen muß. Selbst bei normalen Bots mit einem Definierten vorne werden schon mal 8 Sensoren genommen.

Wenn es wirklich schnell werden soll, sollte man an den Sensoren nicht unbedingt sparen. Außerdem hat da ein kleiner Bot Vorteile, denn das drehen kann schneller gehen.

[Netzman]

Mit genau so einem Bot haben wir bei der RobotChallenge 08 in Wien mitgemacht. Leider ist er nur auf einem Bild zu sehen:
http://www.robotchallenge.org/fotos/...hotobook//126/
Man kann aber gut den von uns "Stargate" getauften Sensorring erkennen, bestehend aus 8x8 mit Schieberegistern auslesbaren CNY70-ähnlichen Sensoren.
Vom Konzept und der Mechanik war der Bot top, wir sind leider nur an den 2 Tagen, die wir zum Programmieren hatten, gescheitert
der 2.e Platz wars trotzdem.
Auch mit 3 Motoren kann so ein Bot ziemlich schnell sein, wenn wir von 0 auf 100% Motorleistung gegangen sind, hat er 3m lange Beschleunigungstreifen hinterlassen.

mfg

[GoZu]

Sehr schön, genau sowas will ich auch bauen und auch für die Robochallenge =)
Allerdings verstehe ich nicht ganz, wie ihr diese Sensoren auslest? Also wenn da 64 Sensoren drauf sind, würde man doch 64 Pins auf dem µC benötigen?

Und wie schaut es eig. mit dem Gehäuse aus? Kann man da so ein rundes Gehäuse irgendwo bestellen oder muss man soetwas selbst anfertigen? Wenn ja, aus welchem Stoff? (Plexiglas soll ja sehr brüchig sein, habe ich hier bei älteren Projekten gelesen)

[Netzman]

Wie gesagt, mit 8 seriellen Schieberegistern, die jeweils 8 Sensoren bedienen, am µC brauchst du dann nur 2 Pins dafür.
Wir haben das Chassis selbst aus 2mm Alu gefräst.
Alu kann man aber auch leicht mit Säge, Feile und Bohrer bearbeiten.

mfg