Projekt: Intelligentes roboterbein controllerboard

Im Truckmodellbau werden z.B. die Trailer (Anhänger) über im Königbolzen eingebaute IR-Koppler angesteuert. Da gibt es unterschiedliche Verfahren. In der Einfachversion wo nur die Lichtfunktionen gesteuert werden wird nur der Ausgang eines Empfängerkanals per IR auf den Trailer übertragen. Bei den Versionen wo der Trailer noch gelenkt wird, die Aufliegerstütze rauf-/runtergefahren wird etc. werden mehrere Empfängerausgänge über IR aufmoduliert. In allen Fällen besitzen die Trailer eine eigene Stromversorgung.
Der Vorteil ist, das trotz Drehung des Königbolzen in der Sattelplatte eine saubere, galvanisch getrennte, Datenübertragung stattfindet.
Gruß

klingt interessant Hessibaby.
aber ich denke mal das die datenverbindung übers wlan abgehandelt wird.
muß mir dann nur ne gute lösung für die spannungsübertragung einfallen lassen.

ABER...
da ich in kürze umziehen werde, hab ich mein technik koffer schon mal gepackt,
und ich kann erstmal "nur" trockenübungen machen.

muß halt mal das hirnschmalz etwas tun :-)

kleines hardware update.

gestern sind meine solarzellen angekommen!
daten: 0,5V 0,8A.
anzahl: 26

nun muß ich mir nurnoch überlegen wie ich die am sinnvollsten kaskadiere.
ich hab mir überlegt mehrere doppel module zu erstellen mit je 1V 0,8A,
und diese dann in reihe und parallel zu schalten um auf 8V zu kommen.

das robobein wird mit 7,5V angetrieben.
also sollten 8V ladespannung ok sein, zumal ich dann auf ungefähr 1,6A komme.

hier nen bild:
Bild hier  

Mahlzeit,

sehr ambitioniertes Projekt muss ich sagen. Anscheinend nach dem Motto "Viel hilft viel" ;-)

Nee, jetzt mal im Erst. Ich habe mal einen Blick auf deine Mechanik geworfen und muss sagen, dass ich ersthaft bezweifel, dass das gut funktioniert. Wie HannoHupmann schon sagte, sind so viele Freiheitsgrade pro Bein für eine (elegante) Fortbewegung gar nicht nötig (siehe Natur). Sie bringen nur Probleme. Durch das notwendiges Gelenkspiel wird ein Bein mit vielen Gelenken wacklig und instabil. Von Robustheit, die für Outdoor-Anwendungen immer nötig ist, kann da keine Rede sein. Ein zweiter Punkt, der gegen viele Gelenke spricht, ist die aufwendige Generierung des Bewegungsmusters. Soll heißen, laufen mit vielen Gelenken ist unütz umständlich und kompliziert und eine geschmeidige Bewegung bekommt man damit nicht hin. Auch für eine angebliche Kletterbewegung braucht man nicht so viele Gelenke. Da reichen schon wenige, nur eben an den richtigen Stellen.
Ich würde auf jeden Fall empfehlen, das Grundkonzept nochmal zu überdenken, bevor man 20000 € verpulvert. Erst überlegen, was man für Aufgaben, Bewegungen etc. realisieren will und dann schauen wie man das am besten schaffen kann.
Bei Vorhaben, die mechanisch relativ komplex sind, lohnt es sich schon ein bischen Gehirnschmalz in die Auslegung zu investieren. Ansonsten macht sich dann schnell Frust breit, wenn nichts richtig funktioniert.

So, ich hoffe, dass war jetzt nicht allzu demotivierend ;-)

Gruß,
Distel

ich kann mit Distel nur anschliessen. Wenn man sich die am weitesten entwickelten Maschinen anzieht, die raues Gelände geeignet sind, wird man sich immer in der Natur umsehen müssen. Diese zeit deutlich, dass 2-3 Gelenke pro Bein vollständig ausreichen.

@AmyS3 überleg dir bitte nochmal genau was das Bein machen soll und was es können muss und dann schau wieviele Gelenke dafür notwendig wären.

danke erstmal für die konstruktiven vorschläge.

ich muß aber zu meiner verteidigung sagen, das ich mir sehr wohl genaue gedanken über die übermäßige bewegungsfreiheit gemacht habe.

der roboter wird sich überwiegend in sehr felsigem gelände aufhalten.
dazu zählen auch das erklimmen/überwinden von felsspalten, abgründe, felswände ect.
daher wird der roboter auch "relativ" groß und benötigt eine enorme bewegungsfreiheit.

ich hab mir auch diesen "kletter roboter" angesehen der an felswänden hochklettern kann.
manko an dieser konstruktion ist jedoch, das er eben "nur" klettern kann bzw. soll.
deswegen hat er auch nicht soviele gelenke, da er diese aufgabe mit seiner bewegungsfreiheit schaffen kann.

ebenso habe ich mir auch die roboter von den raumfahrt behörden angeguggt, die ja eigentlich für "rauhen" untergrund konzipiert sind angesehen,
und mußte feststellen, das auch diese milionen teuren konstruktionen schon bei einem kleineren felskamm die flinte ins korn werfen und drumherum herumfahren müssen.

auch der kletter roboter könnte dieses hinderniss niemals überwinden, weil es in seiner konstruktion nicht berücksichtigt ist.

bei der natur habe ich ebenfalls sehr genau hingesehen und sogar meine "hausspinne" walter eingehen beobachtet.
walter ist übrigends eine ganz normale kreuzspinne die sich bei mir zuhause eingenistet hat,
und aus mücken gründen bei mir ein visum auf lebenszeit hat.
naja zumindest bis ich ausgezogen bin (ich überlege mir aber walter mitzunehmen).

so ein spinnenbein hat übrigends 7 glieder, was bedeutet das ich mit meinen 7 gelenken garnichtmal so falsch liege.

wobei ein spinenbein über 12 freiheiten verfügt

zudem erhalten einige tiere ihre kletterfertigkeit nur durch den "hährchentrick" (van-der-waals-kraft).
diesen trick kann ein roboter jedoch noch nicht nutzen bzw. würde mich in unsummen stürzen um soetwas für den roboter zu entwickeln.

hier mal nen link: http://www.netzmagazin.ch/135/wissen/400.html

um zu der stabilität zu kommen die distel angesprochen hat, ist das nur eine frage der richtigen umsetztung mit augenmerk auf ein extrem geringes spiel an den gelenken und deren anordnung.

da der roboter aber nicht ausschließlich kletterbewegungen ausübt,
währe eine für kletteraufgaben optimierte gelenkstruktur nur zum nachteil,
da diese dann in ebenem gelände widerum nur bedingt tauglich ist und in der regel dann einen höheren energieaufwand aufweist.

um den energieaufwand in ebenem gelände gering zu halten,
habe ich ja auch vor an jedem bein ein rad mit eigeständigem motor anzubringen, und die beinkonstruktion so zu fertigen, das es eine art "ruhestellung" der beine gibt, bei der nur das rad und ein einzelnes gelenk zum steuern angesprochen wird.

außerdem ein aspekt haben fast alle roboter mit der natur gemeinsam: das exoskelett!

demotivierend war dein beitrag mit sicherheit nicht distel!
es ist nur ein ansporn noch genauer hinzusehen.

@hannohupmann: ich habe mit 3 gelenken angefangen und bin am schluss bei 7 gelenken angelangt.
nimm dir einfach mal deinen arm als anschauungsobjekt, und zähl mal nach wie viele freiheiten dein arm hat (schulter bis handgelenk. ohne finger).
also ich für meinen teil zähle da 7 freiheiten. 5 knick-, und 2 drehfreiheiten. (je nach betrachtungsweise)
beim menschlichen bein ebenfalls.

dieses schema ist fast in der gesamten tierwelt zu erkennen(zumindest bei land tieren).

was man aber dazusagen muß, ist das die natur bessere gelenke hervorbringt als wir in der robotermechanik herstellen bzw. nutzen können.
z.b. das kugelgelenk in unserer schulter oder bein.
welches gleich mehrere freiheiten mit nur einem gelenk ermöglicht.

daher kommt auch mein bestreben für ein 3 achs gelenk in einer einzelnen einheit mit einer dreh und 2 knick freiheiten.
was zusätzlich noch zur stabilität beiträgt die distel angesprochen hat.

die mechanik von meinem robibein ist für allround aufgaben/terrain gedacht.

aber es wird sicherlich noch eine ganze menge zeit ins tal wandern bis die konstruktion von dem robobein abgeschlossen ist.

vorschläge, anreize,ideen und kritik sind bis dahin weiterhin willkommen.

mfg AmyS3

p.s.: für die solarzellen hab ich inklusive versand grade mal 24,90 gezahlt.


EDIT: villeicht sollte ich den titel vom thread ändern, weil es ja inzwischen mehr um die mechanik anstatt um das controllerboard geht ^^

hi,

wenn Du so über die Freiheitsgrade eines Kugelgelenks schreibst.

Wäre ggf. ebenfalls eine Möglichkeit.
Kugelgelenk und Seilzüge oder Gewindestangen mit "Vorspannung".

Vorteil:
Mehr Freiheitsgrade mit weniger Gelenken und weniger Spiel.

Nachteil:
Gleitreibung statt Rollreibung.


liebe Grüße,

Klingon77

genau das hab ich mir auch überlegt, als ich dein schultergelenk gesehen habe.

zwei seile mit ner feder dazwischen, wo am sinnvollsten gleich ein zug/druck sensor angebracht ist, und das dann von deinem schultergelenk zu einem hebel oder ähliches um das gelenk zu stellen.

mit dem zugsensor könnte man dann gleich die belastung messen, und entsprechend reagieren z.b. den strom erhöhen/senken.

Moin,

ich möchte nochmal meinen Senf dazu geben, weil einige grundlegende Dinge so nicht richtig sind.

Zu den Raumfahrtrobotern, möchte ich nur sagen, dass hier die Rahmenbedingungen ganz andere sind. Und warum sollte man über einen Felsen klettern und dabei Millionen teure Instrumente riskieren, wenn man auch drum rum fahren kann? Außerdem sind durchaus Roboter für die Raumfahrt in der Entwicklung, die auch klettern können:

http://www.dfki-bremen.de/robotik/fo...otik/scorpion/
http://www.dfki-bremen.de/robotik/fo...imber/details/

Ich habe den Scorpion einmal live gesehen und sowas wirst du als Hobby-Bastler erstmal nicht so schnell hinbekommen.

Nun zur Mechanik - Fangen wir mal beim Urschleim an:
Ein ungebundener Körper im 3d-Raum besitzt ja maximal 6 Freiheitsgrade, nämlich 3 Rotations- und 3 Translationsfreiheitsgrade. Wenn der Körper durch eine Bindung (Gelenk) irgendwo befestigt ist, ändert sich der Gesamt-Freiheitsgrad entsprechend der Anzahl der verbundenen Körper und den jeweiligen Freiheitsgraden in den Gelenken (Stichwort: Grüblersche Zwanglaufgleichung). Wenn also das Gesamtsystem F=6 hat, werden schon alle Bewegungsmöglichkeiten abgedeckt. Jede weitere Erhöhung des Gesamtfreiheitsgrades bringt keine neue Bewegungsmöglichkeit.
Für die Laufbewegung eines mehrbeinigen Roboters brauchst du aber bei weitem nicht so viele. Was nützt es dir z.B. wenn du den Aufsetzpunkt deines Fußes auf einer linearen Bahn erreichen kannst, wenn dasselbe genau so gut auf einer anderen Bahn möglich ist. Da jeder Freiheitsgrad (meistens) einen Antrieb entspricht, hast du dann folglich einen Haufen unütze Motoren, die dir nur zusätzliche Kosten, Gewicht und Steueraufwand bringen. Schon den Rotationsfreiheitsgrad um die untere Segment-Längsachse kann man ohne Probleme weglassen, wenn man nicht gerade einen unsymetrischen Fuss positionieren will (und davon war nicht die Rede).

Des weiteren kann man glaube ich sagen, je mehr Beine ein Roboter hat (bis zu einer bestimmten Grenze), desto geringer kann der Freiheitsgrad des Beines sein. z.B. kann sich ein Hexabot mit F=2 (heben/senken, vor/zurück) pro Bein schon gut fortbewegen.

Zitat:

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außerdem ein aspekt haben fast alle roboter mit der natur gemeinsam: das exoskelett!

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Darüber lässt sich streiten.

Zitat:

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nimm dir einfach mal deinen arm als anschauungsobjekt, und zähl mal nach wie viele freiheiten dein arm hat (schulter bis handgelenk. ohne finger).

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Der menschliche Arm dient aber nicht der Fortbewegung sonder eher dazu das "Präzisionswerkzeug" Hand zu führen. Und insgesamt ist es durch den Arm möglich die Hand in allen 6 Freiheitsgraden im Raum zu positionieren.

Zitat:

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also ich für meinen teil zähle da 7 freiheiten. 5 knick-, und 2 drehfreiheiten.

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Das stimmt also so nicht. Es gibt auch nur Translations- und Rotationsfreiheitsgrade. Die meisten natürlichen Gelenke haben nur Rotationsmöglichkeiten.

Zitat:

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beim menschlichen bein ebenfalls

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Bein und Arm sind verschiedene Sachen, weil Beine ja hauptsächlich der Fortbewegung dienen. Das menschliche Bein hat grob gesagt eine Kugelgelenk zwischen Oberschenkel und Becken (f=3, u=3) und ein Drehgelenk zwischen Ober- und Unterschenkenkel (f=1,u=5). Ohne Fuß ist somit F=4.

Zitat:

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was man aber dazusagen muß, ist das die natur bessere gelenke hervorbringt als wir in der robotermechanik herstellen bzw. nutzen können.

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Das ist so nicht richtig. Auch hier muss man wieder die Randbedingungen sehen. Natürliche Gelenke (keine stoffschlüssigen) sind in vielen Belangen schlechter als technische. Sie besitzen z.B. keinen definierten Drehpunkt, sind unregelmäßig geformt, der Öffnungswinkel ist meist sehr begrenzt, Belastbarkeit und Reibung sind bei technischen Gelenken teilweise besser, usw. Das ist der Tatsache geschuldet, dass natürliche Gelenke wachsen müssen und nicht montiert werden können.
Aber die Natur kann sich das auch leisten, weil sie über sehr komplexe Regelungsmöglichkeiten verfügt (inkl. Sensoren, Aktuatoren). Das Ganze ist auch noch adaptiv, nachgiebig und robust.

So, genug rumgesülzt O:)

Eine Frage zum Schluss noch: Hast du Kenntnisse aus Lehre oder Studium oder Hobby, wie man Gelenke auslegt und konstruiert?
Ich möchte mal behaupten, mit der üblichen Modellbau-Vorhehensweise (Servo+Blech drum rum + Welle durch) wirste bei deinem Projekt nicht weit kommen.
Bei so vielen Freiheiten wird das Huckepack-Prinzip deiner Antriebe ein Problem werden.
Bevor du mit der Konstuktion beginnst, solltest du wenigstens die Antriebskräfte für die Extremlagen überschlagen und das grundlegende technische Konzept sollte klar sein.

Ich kann mir ungefähr ausmalen, was dass bedeutet und wünsche mal viel Spaß ;-)

Gruß,
Distel

Arm bis Hand bzw. Bein bis Fuss haben genau die gleichen Freiheitsgrade. Das liegt daran, dass beide ursprünglich der Fortbewegung dienten. Schulter bzw. Hüft haben drei Freiheitgrade, das Knie/Ellenbogen einen, und das Hand- und Fussgelenk zwei. Dazu kommt noch die Verdrehung von Elle und Speiche, also sieben je Extremität (alles drehgelenke).

Es gibt also im Bein wie auch im Arm eine Redundanz. Der zusätzliche Freihetsgrad ist sehr nützlich um die erwähnten limitierten Reichweiten der Gelenke auszugleichen und auch um zu verhindern, das die Extremitäten sich gegenseitig behindern.

Ohne diese Freiheitsgrade ist kein energiesparender Gang (beim Zweibeiner) möglich.

Schaut Euch doch alle aktuellen Roboter mal an. Die staksen, hoppeln, schwingen, und verbrauchen dabei Strom ohne Ende. Die Primitivroboter wie Robonova haben sogar nur fünf Servos pro Bein, weswegen der Roboter keine weichen Kurve laufen kann.

Zusammengefasst: Arm und Bein sind fast gleich. Redundanzen können sinnvoll sein und sogar Strom sparen. Und so lange wir Zweibeiner mit sechs oder weniger Gelenken bauen, werde wir auch nicht effizientes Gehen erleben.