Fahrerloses Transport-System

[Angelo]

Hallo allerseits!

Ich habe gestern ein Thema zu unserem Roboter-Projekt im Bereich "Motoren" eröffnet, fand aber, es passt hier besser rein.
Hier ist der Link und eine allgemeine Beschreibung unseres Projekts, den ihr euch besser durchlest, um zu verstehen, worum es geht.

https://www.roboternetz.de/community...033#post600033

Zusätzlich wollte ich jetzt unsere eigenen Ideen zur Hardwarewahl erläutern:

Wichtig war uns in erster Linie das Thema Motorwahl: Vorneweg: Wir wollten zwei Motoren benutzen. Einen für jede Seite, da der Roboter auch irgendwie lenken muss. Wir dachten erst an normale DC-Motoren, dann an Getriebemotoren. Da diese aber teilweise hohe innere Reibungsverluste hätten, ist unser Augenmerk auf Schrittmotoren gefallen. Ich habe auch gelesen, dass die ganz gut geeignet wären für Roboter niedrigen Gewichts. Das Gewicht haben wir auf höchstens 5kg+1kg Transportlast = 6kg geschätzt. Wichtig ist, dass ja ein Milchpaket senkrecht transportiert werden soll und wir uns vorgestellt haben, dass bei ruckartigen Beschleunigungen das Paket und/oder der Roboter überkippen könnte.
Schrittmotoren sollen ja auch bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment haben, was meines Erachtens nach eine gleichmäßige Beschleunigung ermöglichen sollte. Hier ungefähr die Größenordnung, die ich mir vorgestellt habe:
http://www.reichelt.de/QSH4218-35-02...H=schrittmotor

Sehr eng verbunden mit der Motorwahl ist natürlich der Akku. Immerhin soll das Ding ja 2 Stundenlang fahren.
Der angegebene Motor braucht 1A und ich habe gelesen, mindestens 12V Versorgungsspannung wäre nötig. = 12W
Bei einem Akku mit 12V Nennspannung wären mindestens 2Ah notwendig. z.B.

http://www.reichelt.de/LCR-12V-2-2P/...EARCH=Akku+12V

Jetzt sind mir da schonmal mindestens 3 Grundprobleme aufgefallen:

1. Der Akku ist verdammt groß für unser Gefährt, dass sich ja in einem Fahrtstreifen bewegt, der 20cm breit ist.Ausserdem muss das Gerät noch um Kurven kommen, weshalb es vermutlich höchstens 16cm breit sein sollte.

2. Der Roboter soll ja selbst zur Ladestation fahren, um sich dort aufzuladen. Gibt es für solche Akkus passende Ladestationen?

3. Es muss ja nicht nur der Motor sondern auch noch die IC's, Microcontroller und Sensoren mit Spannung versorgt werden. Ich dachte, damit es nicht zu Spannungseinbrüchen kommen kann, sollte es noch einen gesonderten Akku dafür geben. Wenn nicht, müsste der Akku aber eine höhere Spannung als 12V liefern, oder?

Und dann wäre auch die Frage nach dem Gestell und der Mechanik. Die müsste natürlich zu den Motoren, dem Akku, den Boards und der Transportlast passen.
Schön wäre da etwas vorgefertigtes wie z.B

http://www.conrad.de/ce/de/product/1...boter?ref=list

Was könnte ansonsten verwendet werden, um das Gestell und die Mechanik eventuell selbst zu bauen?

Auf den Elektronik-Part wollten wir uns dann etwas später stürzen, insbesondere, da uns da zur Zeit noch das KnowHow fehlt, das wir aber im Laufe des Semesters bekommen sollten. Aber wir wissen, dass folgende Elemente auftauchen müssen:
Microcontroller, Steuerung und Treiber-IC, ca 2 Distanzsensoren, ca 2 Kontaktsensoren zur Kollisionsvermeidung , Farb/Licht Sensoren zur Orientierung auf dem Grid, Infrarotsensor zur Signalaufnahme der Stationen, und einiges an Widerständen, Kondensatoren, Pinheaders und Verkabelungen usw..
Was kann mir da ein Arduino-Board an Arbeit einsparen?

Das wäre erstmal eine Übersicht.

Was wäre jetzt eine passende Hardwarekombination(Motor,Akku,Mechanik&Gestell, evtl. Elektronik) für die gegebenen Anforderungen? Unser Budget beträgt 250 Euro.
Wo seht ihr die kritischen Punkte in einem solchen Projekt?
Was kann ich bei meinem nächsten Post besser machen?

Dankeschön für jeden Input und besonders für jede Kritik.

Ich wünsche allen einen schönen Abend
Angelo

[hbquax]

Da ihr offensichtlich Strom sparen müsst, glaube ich, daß ihr mit DC-Getriebemotoren besser dran seid. Da ihr euch ja ständig optisch am Grid orientiert, ist eine genaue Fahrtstreckenerfassung nicht so wichtig. Falls doch gibt es auch Motoren mit Encoder (Umdrehungszähler). Egal ob DC oder Schirttmotor, wenn ihr sanft beschleunigen wollt, muss das euer Programm entsprechend steuern.

[BMS]

Hallo,
ich würde von den Schrittmotoren abraten. Die Ansteuerung (Treiber-IC und Software) ist deutlich komplizierter als bei einem "normalen" Getriebemotor. Als Motoren schlage ich RB35 vor (Conrad ~20€), die gibt es auch mit verschiedenen Getrieben. Welche Untersetzung die passende ist, hängt vom Raddurchmesser und der gewünschten Sollgeschwindigkeit ab. Macht euch schon mal Gedanken über die Räder und wie die Räder mit der Motorachse verbunden werden. Auch benötigt der Roboter - wenn er zwei Räder bekommen soll - einen dritten Auflagepunkt, dazu muss man sich auch etwas überlegen. Als Treiber für die Motoren gibt es fertige H-Brücken zu kaufen (oder Selbstbau). Eine Übersicht gibt es hier: http://rn-wissen.de/index.php/Getrie...8-bausteine.29
Anhand der Maximalstromaufnahme des Motors (+Reserve?) wird der Treiber ausgewählt. Kühlung ist auch wichtig.

Das Gestell würde ich an euer Stelle selber bauen, ihr seit damit einfach deutlich flexibler. Gibt es eine mechanische Werkstatt?

Zwei Akkus sind nicht unbedingt notwendig. Der Logikteil läuft idR. mit 5V, die über einen Spannungsregler bereit gestellt werden. Wenn sich die Akkuspannung leicht ändert, macht das nichts. Nur bei großen Einbrüchen bräuchte man Diode+Elko zum Überbrücken dieser Zeiten.

Arduino hat den Vorteil, dass man beim Programmieren schnell voran kommt (fertige Bibliotheken...).
Kostet allerdings deutlich mehr als den AVR einzeln zu kaufen + Außenbeschaltung machen.

Setzt euch im Team zusammen und macht mal ein Konzept. Rechnet auch mal zusammen was das kosten soll bzw. wie viel ihr für was ausgeben könnt. Plant auch Reserven ein.
Macht den Roboter lieber "einfach" und dafür zuverlässig. Macht auch einen realistischen Zeitplan - wann soll was fertig sein? Fürs Programmieren und Testen geht auch seeeehr viel Zeit drauf.
Arbeitsteilung macht bei vielen Themen auch Sinn. Gut geplant ist halb gebaut
Grüße, Bernhard

[robin]

1. Beim Akku würde ich über Lipos (Lithium-Polymer) nachdenken, die haben im Vergleich zu einem Blei-Akku eine deutlich höhere Energiedichte und sind deutlich leichter als Blei-Akkus. Dadurch werden die Motoren entlastet, da sie nicht mehr so große Lasten bewegen müssen. (Eine zu eurem Akku vergleichbarer Lipo-Akku wiegt zB. nur 150g)
Leider ist nicht alles Gold was glänzt und Lipos haben auch so ihre Tücken.
- Und das ist zB. die Tatsache, dass man sie nicht Tiefentladen darf, da sie sonst kaputt gehen. Da es sowieso die Ladestation anfahren soll, müsst ihr die Spannung sowieso überwachen, also kein Problem.
- Das Laden ist schwieriger als bei Blei Akkus, da zwischen den einzelnen Zellen gebalanced werden muss, auch das kann zum Tod des Akkus führen. aber auch hier gibt es genug Lader aus dem Modellbau, die ihr in den Bot einbauen könntet.

2. Ladegerät wie gesagt aus dem Modellbau nutzen und von der Station nur eine Feste Spannung zB. durch ein Labor-Netzteil zur Verfügung stellen. Wäre das Ladegerät in der Station, müsste man Sicherstellen, das sowohl die Stromversorgung als auch die Balancing Anschlüsse richtig miteinander verbinden.
Das ganze ließe sich auch selbst entwickeln, gibt etliche Infos im Netz dazu, kommt halt drauf an, ob man dafür ein Teammitglied abstellen will und die Zeit dafür hat.

3. Ein Akku reicht idR. für euer Vorhaben, Einfach die benötigten Spannungen mittel Linearregler oder Schaltregler erzeugen. Ersteres ist ineffizienter und letzteres macht mehr Sauerrei auf die Versorgungsspannung, die gefiltert werden muss.

4. Was bietet Arduino euch an Möglichkeiten?
Es ist eine Fertige Plattform, die euch die Möglichkeit bietet schnell eine für eure vermutlich passende Plattform zusammen zu stecken (durch das nutzen entsprechender Shields). Für diese gibt es auch eine Fülle an Bilbliotheken um sie richtig anzusprechen. Hier liegt aber auch der Hund begraben, man lernt dabei so gut wie nichts (meine Meinung) Also man lernt natürlich wie man Libraries nutzt aber eben nicht, wie man einen Mikrocontroller effizient einsetzen kann*. Die Hardware-Entwicklung, die denke ich mal auch teil des Projekts sein soll, bleibt dabei komplett auf der Strecke.

*Man kann auch nur die Hardware verwenden, und die Software von Grund auf selbst schreiben.

PS: falls ihr euch für das RP6 Chassis entscheiden solltet, das teil hat ein 6-AA Batteriefach dabei. Mit 3AH NiMH-Akkus bestückt könnte das für euer Projekt auch ausreichen.

[hbquax]

Noch ein paar Anmerkungen:
1. Alle Elektromotoren liefern ihr höchstes Drehmoment bei kleinster Drehzahl
2. Wieso meint ihr, daß Getriebemotoren hohe Reibungverluste haben? Viel wichtiger: Die kleinen E-motoren haben alle ihren besten Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen (ca. 3/4 Leerlaufrdrehzahl), die Räder sollen aber langsam drehen => Getriebe
3. Akku: Ich würde zu NiMh raten, das ist heute eigentlich der Standard für allgemeine Anwendungen. Ist billig, einigermassen leicht und problemlos zu handhaben (keine Balancer oder Spannungsüberwachung erforderlich)

[Angelo]

Erst mal danke schön für die Antworten.
Also, dass ihr mir vom Schrittmotor abratet find ich gut, da es etwas komplizierter klang.

Noch ein paar Anmerkungen:
1. Alle Elektromotoren liefern ihr höchstes Drehmoment bei kleinster Drehzahl
2. Wieso meint ihr, daß Getriebemotoren hohe Reibungverluste haben? Viel wichtiger: Die kleinen E-motoren haben alle ihren besten Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen (ca. 3/4 Leerlaufrdrehzahl), die Räder sollen aber langsam drehen => Getriebe

Dann habe ich wohl Drehmoment mit Wirkungsgrad verwechselt, aber ich denke jetzt hab ichs kapiert.

Macht euch schon mal Gedanken über die Räder und wie die Räder mit der Motorachse verbunden werden. Auch benötigt der Roboter - wenn er zwei Räder bekommen soll - einen dritten Auflagepunkt, dazu muss man sich auch etwas überlegen.

Danke für den Hinweis. Werden wir diese Woche alles mal besprechen. Nach erstem suchen gibt es da ja einige Möglichkeiten.
Achso - und ich meinte zwei angetriebene Räder. Es könnte also auch vier Räder haben. Ich dachte besonders wegen der Last mit nicht allzu tiefem Schwerpunkt wären vier Räder sowieso angebrachter.

Das Gestell würde ich an euer Stelle selber bauen, ihr seit damit einfach deutlich flexibler. Gibt es eine mechanische Werkstatt?

Fänd ich auch gut. Leider können wir nur einzelne Arbeiten machen "lassen", also nicht selbst die Werkstatt benutzen. Wobei ich denke, es kann auch zu Ausnahmen kommen. Woher bekomme ich denn das passende Material für ein selbstgebautes Gestell?

Arduino hat den Vorteil, dass man beim Programmieren schnell voran kommt (fertige Bibliotheken...).
Kostet allerdings deutlich mehr als den AVR einzeln zu kaufen + Außenbeschaltung machen.

Die Hardware-Entwicklung, die denke ich mal auch teil des Projekts sein soll, bleibt dabei komplett auf der Strecke.

Da werden wir uns diese Woche auch zusammensetzen. Ich persönlich möchte nämlich so viel wie möglich lernen - und ich glaube das ist auch der Sinn des Projekts. Also ein komplettes Board zu nehmen, fände ich ziemlich öde - und der Kostenfaktor spielt ja auch eine gewichtige Rolle, aber wie gesagt, das besprechen wir die Woche.

Kühlung ist auch wichtig.

Also muss der Motor gekühlt werden? Wie bewerkstelligst du das in der Regel?

1. Beim Akku würde ich über Lipos (Lithium-Polymer) nachdenken

Ist Lithium-Polymer das gleiche wie Lithium-Ion?
Hier ein "LiPo"http://www.conrad.at/ce/de/product/239050/Conrad-energy-LiPo-Akku-111-V-4000-mAh-30-C-XH?ref=searchDetail
Preis und Kapazität gefällt mir, liefert aber nur 11.1V. Wie wäre das zu vertreten bei einem Getriebemotor der 12V benötigt?
Ich hoffe die Motoren Stromaufnahme unter Last von 300mA(ohne Getriebe) wird die 0.5A(mit Getriebe) nicht übersteigen...

3. Akku: Ich würde zu NiMh raten, das ist heute eigentlich der Standard für allgemeine Anwendungen. Ist billig, einigermassen leicht und problemlos zu handhaben (keine Balancer oder Spannungsüberwachung erforderlich)

Ich hab mal zwei rausgesucht. z.B. 2x diese http://www.conrad.at/ce/de/product/2...f=searchDetail
Oder auf Nummer sicher 2x http://www.conrad.at/ce/de/product/2...f=searchDetail

Ich habe jetzt ein wenig gesucht und auch Ladegeräte gefunden:
http://www.conrad.at/ce/de/product/2...t=bundles&rb=1
Hier ist aber noch ein bisschen Überlegung notwendig, wie das Fahrzeug sich eigenständig anstöpseln kann. Vermutlich müssten während des Ladevorgangs alle Verbraucher(außer vielleicht LEDs zur Anzeige) ausgeschaltet werden.
Oder kennt ihr da spezielle Roboter-Ladestationen, die für solche Andock-Zwecke ausgelegt sind?

Setzt euch im Team zusammen und macht mal ein Konzept. Rechnet auch mal zusammen was das kosten soll bzw. wie viel ihr für was ausgeben könnt. Plant auch Reserven ein.
Macht den Roboter lieber "einfach" und dafür zuverlässig. Macht auch einen realistischen Zeitplan - wann soll was fertig sein? Fürs Programmieren und Testen geht auch seeeehr viel Zeit drauf.
Arbeitsteilung macht bei vielen Themen auch Sinn. Gut geplant ist halb gebaut

Ich glaube auch, hier ist der Knackpunkt. Danke nochmal für den Hinweis.
Wir werden diese Woche hoffentlich viel diskutieren und uns weiter informieren und vielleicht sogar schon zu Entscheidungen kommen (auf die Hardware bezogen), auch anhand der Tips, die ihr uns gegeben habt.

Spätestens nächstes Wochenende werde ich dann den Status-Quo des Projekts durchposten.
Danke an alle für die vielen Anregungen,

und allen einen schönen Sonntag,
Angelo

[BMS]

Hallo,

Achso - und ich meinte zwei angetriebene Räder. Es könnte also auch vier Räder haben. Ich dachte besonders wegen der Last mit nicht allzu tiefem Schwerpunkt wären vier Räder sowieso angebrachter.

Vier Räder gehen natürlich auch. Wenn nur zwei angetrieben werden, kann sich der Roboter nur nicht auf dem Punkt drehen, sondern hat einen größeren Kurvenradius. Könnte eventuell ein Problem geben, da laut Aufgabenstellung bestimmte Bereiche des Feldes nicht befahren werden dürfen ?

Woher bekomme ich denn das passende Material für ein selbstgebautes Gestell?

Entweder dürft ihr auch Material aus der Werkstatt/Lager verwenden oder ihr müsst halt z.B. ein paar Aluminum-Platten bestellen, z.B. gibt es 2 oder 3mm starke Aluminium-Platten bei Conrad.
Das Fahrgestell kann recht schnell gebaut werden. Im einfachsten Fall braucht ihr nur eine Aluplatte als Grundplatte, daran werden die Motoren über Winkel befestigt, Räder dran, fertig

Also muss der Motor gekühlt werden? Wie bewerkstelligst du das in der Regel?

Ich meinte, dass der Motor-Treiber gekühlt werden muss.

Grüße, Bernhard