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Balancing Robot

Ein balanzierender Roboter auf zwei Rädern mit einer Fernsteuerung wird nachgebaut und vorgestellt. Dieser Artikel basiert auf einer Veröffentlichung unter Brokking.net, in der dieser "Roboter" erläutert wird.

 

 

Rahmen  

 

 

Der aus Multiplexplatten und Sperrholz bestehende Rahmen wird mit Gewindeschrauben M3x15 zusammengeschraubt.

     
Rückseite des Rahmen  

 

Die Rückseite besteht ebenfalls aus Sperrholz und wird später die Platine mit der Elektronik aufnehmen. Die beiden Schrittmotoren, 35 x 35 mm, sind mit den Seitenwänden verschraubt.

     
Schrittmotor  

 

 

 

Der Schrittmotor in der Größe 35 x35 mm.

     
Druck der Räder  

 

Abweichend von der Vorlage, werden die Räder mit dem 3D-Drucker hergestellt. Der Durchmesser für die Aufnahme des O-Rings hat etwa 0,4 mm Übermaß ...

     
Druck der Räder  

 

 

... der Druck ist fast beendet.

     
Fertig gedrucktes Rad  

 

Die Achsbohrung muss noch etwas nachgearbeitet werden. Dann kann die Mutter mit der Klemmschraube eingesetzt werden.

     
O-Ring als Reifen  

 

Ein O-Ring von 60 mm Durchmesser dient als Reifen. Seine Oberfläche wird noch mit feinem Schleifpapier angeraut, um Adhäsion zu verbessern.

     
Fertiges Rad  

 

 

 

Die Räder sind fertig ...

     
Fertiger Rahmen mit Motoren  

 

 

... können auf die Achsen der Schrittmotoren gesteckt werden.

 

 

Hiermit ist der mechanische Aufbau des Balancing Robot sowei fertig. Jetzt kann mit der Elektronik begonnen werden.

 

Lochrasterplatine  

 

 

Die auf kurze Abstanzbolzen montierte Lochrasterplatine ist nun soweit vorbereitet und kann bestückt werden.

     
Bestückte Platine  

 

Die fertige Platine. Alle Baugruppen werden auf Sockel montiert. Zur Probe sind hier der Spannungskonstanter und das Arduino Mini Pro Board montiert. Die I2C-Schnittstelle wird durch das gelbe und braune Kabel auf die Platine geführt.

     
Leiterplatenseite  

 

 

Die Rückseite der Lochrasterplatine ist auch hier mit versilbertem Cu-Draht 0,5 mm verdrahtet.

 

 

Die ersten Versuche waren schon vielversprechend. Es zeigte sich aber, dass sich der Balancing Robot auf einem festen Untergrud, z.B. einem Holz- /oder Steinboden sehr unruhig verhielt. Versuche mit verschiedenen Einstellwerten für die PID-Parameter zeigten nur geringen Erfolg. Erst kleinere Räder, nun mit 51 mm Durchmesser (dies entspricht etwa der Vorlage), verbesserten die Stabilität erheblich. Der Grund hierfür, könnte in den nicht veränderten internen Berechnungen liegen.

 

Rad für Balancing Robot  

 

 

Das neue Rad aus dem 3D-Drucker mit jetzt nur noch ca. 51 mm Durchmesser.

     
Rad für Balancing Robot   Das Felgenbett wurde an den Querschnitt des Gummi-Profils mit etwas Übermass (0,3 mm) angepasst. Als Reifen wird hier ein Dichtring verwendet, der normalerweise zur Abdichtung von HT-Rohren verwendet wird.
     
Dichtung DN40  

 

 

Links der verwendete Dichtring DN40. Der Querschnitt des Rings lässt sich hier abschätzen.

     
Das neue Rad  

 

 

 

Das neue Rad mit dem Reifen ...

     
Balancing Robot steht  

 

 

... funktioniert jetzt viel besser. Der Balancing Robot steht jetzt sehr ruhig!

 

 

Inzwischen wurde der Balancing Robot erweitert. Er bekam ein zweizeiliges Display mit je 20 Zeichen. Zur Zeit können hier die Batteriespannung angezeigt und die PID-Parameter sowie der Speed-Parameter über die Fernsteuerung verändert und angezeigt werden. Hierzu wurde die Software der Remote erweitert, um auch die beiden Tasten der WII zu übertragen. Durch diese Tasten lässt sich nun die Betriebsart zwischen dem "normalen Modus" und der Parametereinstellung, die durch den Joystick vorgenommen wird, ändern.

 

 

Zur Programmierung des Arduino Mini Pro wird ein CP2102 USB-Seriell-Wandler in Verbindung mit der Arduino-IDE benützt.

Programmieradapter  

 

Die Programmierung gestaltet sich recht einfach. Der Adapter besitzt alle erforderlichen Leitungen, die mit dem Arduino Mini Pro zu verbinden sind. GND, +5V, DTR. RXD und TXD werden über Kreuz mit dem Prozessor verbunden.