Mechanik eines schnelles Roboters

  • Hey,

    Ich entwickle zurzeit einen kleinen Roboter (Maximalmaße 30cm * 30cm) der sehr schnell eine schwarze Linie verfolgen soll.
    Das ganze sollte ungefähr so aussehen:
    https://www.youtube.com/watch?v=ryBcGcugN70
    (Meiner soll natürlich schneller sein [Blockierte Grafik: http://www.AutoExtrem.de/images/smilies/wink.gif] ).

    So, jetzt habe ich mir einige Gedanken dazu gemacht und bin mir bei einigen auch noch unklar, deshalb wollte ich hier einmal nachfragen, da ihr euch hier sicherlich mit so einem Aufbau besser auskennt.

    Prinzipiell werde ich hinten 2 Räder als Antrieb benutzen und vorne rechts und links nur so eine Drehkugel verbauen die als Stütze dient. Dadurch kann ich z.b. wenn ich das linke Rad mit 80% Leistung ansteure und das rechte mit 100% eine leichte links Kurve fahren (usw.). Mit meinen Motoren würde ich bei voller Ansteuerung auf eine Geschwindigkeit von ca. 70-80 km/h kommen, allerdings sieht man ja beim Video auch gut, das aufgrund der kurvigen Strecke ich nie auf das volle Tempo kommen werde. Gewicht würde ich auf ca. 1-2 kg schätzen.

    Jetzt zu den Fragen:

    *) Das Gewicht soweit wie Möglich nach hinten verlagern oder 50:50? Eigentlich habe ich nur die 2 Motoren + 2 Batterien zu verbauen, die Motoren sind hinten neben den Rädern, jetzt könnte ich die Batterien in die Mitte geben und vorne die Elektronik (Platine usw.) oder ich gebe vorne die Batterien hin und in der Mitte die Elektronik. Ansonsten könnte ich auch noch die Batterin über den Motoren verbauen damit sie noch mehr hinten sind, aber dadurch wird der Schwerpunkt höher und der Roboter fliegt eher aus der Kurve. => Von meiner Sicht wäre mitte die beste Wahl um das Gewicht möglichst hinten zu halten und den Schwerpunkt niedrig.

    *) Wie weit sollten die Reifen auseinander liegen? Das absolute Minimum das ich mit meinen Bauteilen schaffen würde wäre, das der Roboter hinten bei den Reifen eine breite von 24 cm hätte. Erlaubt wären bei dem Wettbewerb bei dem ich mitmache aber 30 cm. Ist es logischer die volle Breite von 30 cm auszunutzen oder sollte ich bei 24 cm bleiben. Bei 24 cm könnte ich mich schneller drehen, bei 30 cm würde ich weniger aus der Kurve fliegen und die Reifen hätten mehr Kontakt mit dem Boden da sie weniger abheben. => Aus meiner sicht wären 30 cm eher zu wählen

    *) Wie sieht es bezüglich der Länge aus? Minimum das ich schaffen würde wären ca. 18 cm Länge, Maximal dürfte ich 30 cm haben. Bei dem Punkt weiß ich überhaupt nicht, was eher zu bevorzugen wäre.

    *) Gibt es irgendwelche "Tricks" mit denen ich schneller die Kurven nehmen kann?
    z.B.: Könnte ich ein bewegliches Gewicht in der Mitte des Roboters einbauen, sodass das Gewicht von links nach rechts und umgekehrt verschoben werden kann. Wenn ich dann eine scharfe Linkskurve fahre, könnte ich das Gewicht nach links verschieben, dadurch müsste ich die Kurve besser nehmen können oder?
    Oder eine andere Idee wäre, das ich eine Art "Schwingarm" montiere, der anfangs nach vorne zeigt und wenn ich eine Linkskurve fahre, der dann extrem schnell eine 90° Drehung nach links macht und so den Roboter in die Kurve "reist". Z.B.: beim Trampolin Springen macht man sowas doch auch, das man gerade in die Luft springt und aus der Hüftdrehung heraus dann z.b. eine Schraube macht, also so den Körper in eine Drehung reist.
    Und nochmal eine andere Idee: Kurz bevor ich in die Kurve fahre gebe ich nur ganz leicht eine Richtung vor, dann fahre ich hinten von oben nach unten einen Stab aus mit einer Laufkugel die den Roboter hochhebt sodass die Räder nicht mehr den Boden berühren, durch den Anfänglichen Impuls in eine Richtung "Gleitet" der Roboter dann über diese Kugel in die Kurve und sobald der Roboter gerade in Richtung der neuen Strecke nach der Kurve steht, fahre ich den Stab wieder ein und die Räder berühren wieder den Boden. Während die Räder in der Luft sind könnte ich diese voll (oder teilweise voll) durchsteuern und so schneller beschleunigen (falls sie nicht durchdrehen...).

    Was haltet ihr von diesen Ideen oder hat sonst noch jemand eine Idee?


    *) Breite Reifen oder dünne Reifen? Vom Gefühl her würde ich eher zu breiten Reifen tendieren damit ich weniger Durchdrehe wegen dem erhöhten Kontakt aber wenn man sich auf youtube Videos von bisherigen Gewinnern von solchen Wettbewerben ansieht, dann sind die Reifen meistens relativ dünn.


    Ansonsten:
    Kennt vielleicht jemand ein Programm mit dem man ein Auto in der Kurve simulieren kann? Also z.b. Reibungskoeffizienten der Räder angeben kann, wo im Auto welches Gewicht ist und Radius der Kurve und Geschwindigkeit und man sieht, wie das Auto die Kurve nimmt?

    "The quieter you become, the more you are able to hear."
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  • Hi!

    Nachdem ich mit Autos und besagter Lenkung nicht wirklich auskenne, kommentiere ich mal deine "Tricks":


    z.B.: Könnte ich ein bewegliches Gewicht in der Mitte des Roboters einbauen, sodass das Gewicht von links nach rechts und umgekehrt verschoben werden kann. Wenn ich dann eine scharfe Linkskurve fahre, könnte ich das Gewicht nach links verschieben, dadurch müsste ich die Kurve besser nehmen können oder?


    Dein Roboter sieht, soweit ich das verstanden habe die Kurve erst, wenn er schon drin ist (Linie ist nicht mehr grad vor ihm, sondern rechts oder links versetzt und er gleicht aus). Da ist es dann imho allerdings schon zu spät, irgendwas mit nem Gewicht zu machen, weil ja das Verschieben des Gewichts nach innen, den Wagen nach außen drückt (Aktion und Reaktion und so..). Das hätte dann den genau gegenteiligen Effekt, bis das Gewicht erstmal da is, wo du es haben willst. Du müsstest das Gewicht schon vor der Kurve verschieben, wo es wurscht ist, wenn ein bisschen Kraft nach außen wirkt. Dazu müsstest du aber schon vor der Kurve wissen, dass da eine Kurve kommt und in welche Richtung sie geht. Probleme wirst du da auch bei Doppelkurven bekommen, wo du keine Erholungsphase hättest, wo du das Gewicht auf die andere Seite verlagern könntest.


    Oder eine andere Idee wäre, das ich eine Art "Schwingarm" montiere, der anfangs nach vorne zeigt und wenn ich eine Linkskurve fahre, der dann extrem schnell eine 90° Drehung nach links macht und so den Roboter in die Kurve "reist". Z.B.: beim Trampolin Springen macht man sowas doch auch, das man gerade in die Luft springt und aus der Hüftdrehung heraus dann z.b. eine Schraube macht, also so den Körper in eine Drehung reist.


    Wenn du in eine Linkskurve fährst, und den Schwingarm extrem schnell nach links reißt, schiebst du das Fahrzeug nach rechts weg (wieder: Aktion und Reaktion). Kannst ja mal selber ausprobieren: Halte deinen Arm gerade vor dich hin (noch besser mit ner Flasche Wasser in der Hand oder so) und reiß ihn dann nach links rüber. Du wirst sehen, dass dein Körper nach rechts gedrängt wird. Der Ruck nach links kommt erst, wenn du den Arm plötzlich abbremst (Fliehkraft und so). Du müsstest den Arm schon vor der Kurve langsam in die richtige Richtung beschleunigen und in der Kurve nur noch abbremsen. Hier müsstet du wieder schon vorher wissen, welche Kurve kommt und welchen Radius sie haben wird.


    Und nochmal eine andere Idee: Kurz bevor ich in die Kurve fahre gebe ich nur ganz leicht eine Richtung vor, dann fahre ich hinten von oben nach unten einen Stab aus mit einer Laufkugel die den Roboter hochhebt sodass die Räder nicht mehr den Boden berühren, durch den Anfänglichen Impuls in eine Richtung "Gleitet" der Roboter dann über diese Kugel in die Kurve und sobald der Roboter gerade in Richtung der neuen Strecke nach der Kurve steht, fahre ich den Stab wieder ein und die Räder berühren wieder den Boden. Während die Räder in der Luft sind könnte ich diese voll (oder teilweise voll) durchsteuern und so schneller beschleunigen (falls sie nicht durchdrehen...).


    Damit verlierst du wahrscheinlich viel Zeit. Ausfahren und Einfahren müssten sehr schnell gehen. Dazu brauchst du eine sehr exakte Mechanik, damit du dich nicht gleich vom Boden wegkatapultierst. In der Zeit in der Luft können die Räder nicht sehr viel machen - wenn du da Vollgas gibst, verreißt du das Fahrzeug komplett (RC-Autos werden im Sprung beispielsweise nur durch den Motorruck gerade in der Luft gehalten.. ja, das is so stark). Wenn du hinten eine Kugel ausfährst hast du plötzlich nur noch einen Dreiradler. Generell würde ich sagen, dass die ganze Aktion kaum was bis nichts bringt, vermutlich zu langsam durchführbar ist, Geschwindigkeit nimmt (während die Räder in der Luft sind kannst du nicht antreiben), sehr unkontrolliert ist und viele Risikopunkte hat: Wiederaufsetzen der Räder mitten in der Kurve bei hoher Querbeschleunigung ist nur einer davon.

    Irgendwie hab ich jetzt lust eins meiner RC-Autos umzubauen.. :D

    Liebe Grüße

  • Danke für deine Antwort ;)

    Hm, im prinzip ist es auch möglich, das ich schon vorher weiß, welche Kurve kommt. In einem späteren Entwurf werde ich nämlich eine Kamera montieren und per Rasperry Pi auswerten (das sollte schnell genug sein für Real Time erkennung einer Linie) und dann per SPI oder I2C die Daten zu meinem Mikrocontroller übertragen. Ich glaube die Idee mit dem Gewicht wäre umsetzbar, allerdings ist das dann nur feintuning.

    Ist es eher gescheiter den Roboter möglichst klein zu bauen oder die vollen 30x30 cm auszunutzen? Ich werde vermutlich mal auf einem billigen Holz verschiedene Anordnungen der Komponenten testen.

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  • Hah voll ;) Wir haben damals von der HTL aus da mitgemacht, ich war aber nie in dem Roboter Team (hatte eine andere Matura-arbeit). Deshalb wollte ich mir jetzt mal einen bauen und das ganze mal gewinnen :)

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  • Ich hab die Regeln jetzt nur kurz überflogen, aber da steht nichts davon drinnen, dass man Bodenkontakt haben muss bzw. normalen Antrieb mit Rädern? (auch bei den anderen Kategorien)

    ein Quadrocopter als Line Follower oder umgekehrte Rotoren für mehr Anpressdruck in den Kurven?^^

  • Haha eigentlich hast du recht.... *gg*
    Irgendwo hab ich aber gelesen das der Antrieb elektrisch sein muss, d.h. sowas wie ein Düsentriebwerk ist verboten gg
    Aber so ein Quadrocopter wäre schon sehr sehr geil. Sowas wollte ich als nächstes Projekt dann nach meinem Roboter machen mit Kamera und alles über laptop fernschauen :D

    Was meinst du mit "umgekehrte Rotoren"?

    Haha das wäre aber echt geil, vom Quadrocopter könnte man auch eine stange nach unten montieren, die fährt dann einfach der Linie nach

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    Einmal editiert, zuletzt von Juggl3r (8. August 2013 um 00:22)

  • Haha eigentlich hast du recht.... *gg*
    Irgendwo hab ich aber gelesen das der Antrieb elektrisch sein muss, d.h. sowas wie ein Düsentriebwerk ist verboten gg
    Aber so ein Quadrocopter wäre schon sehr sehr geil. Sowas wollte ich als nächstes Projekt dann nach meinem Roboter machen mit Kamera und alles über laptop fernschauen :D

    Was meinst du mit "umgekehrte Rotoren"?

    Naja.. es steht in den Regeln, dass das Fahrzeug die Oberfläche der Kursfläche nicht verlassen darf.. das dürfte zwar eigentlich nur fürs rausfahren gedacht sein, lässt sich aber wohl auch auf alles fliegende anwenden. Mit dem Reglement würde ich mich in der Hinsicht nicht blöd spielen. ;)
    Mit umgekehrten Rotoren sind vermutlich Probeller/Impeller gemeint, die das Fahrzeug an den Boden pressen (anstatt in die Luft zu ziehen) - ähnlich wie es Spoiler tun. Spoiler arbeiten aber erst ab höheren Geschwindigkeiten gut (sind also nur für Hochgeschwindigkeitskurven zu gebrauchen). Könnte mit Impellern imho sogar funktionieren..

  • hast du mit schmalen Reifen nicht weniger Reibung in der Kurve?

    beim Auto wird die Kurvenhaftung mit Stabilisatoren erhöht.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Stabilisator_(Automobil)
    Bei LKWs siehst du den Effekt sehr stark, wenn sie schnell um die Kurve fahren.
    könntest auch die Räder kippen, damit verlagerst du zumindest leicht das Gewicht des Roboters.

    in dem Video pendelt der Roboter bei dem kurvigen Teil - ist das die Trägheit oder ist die spurensuche zu langsam/kurzsichtig?
    Darf sich der Roboter den Track "merken"? - für die zweite Runde

    sg Dirm

    Beamte sind wie Bücher, desto höher sie stehen, desto nutzloser sind sie.;)

  • hast du mit schmalen Reifen nicht weniger Reibung in der Kurve?


    Breite Reifen haften besser aber beanspruchen die Mechanik mehr, weil sie durch die größere Auflagefläche einen höheren Widerstand beim Drehen um die Auflagefläche haben.


    beim Auto wird die Kurvenhaftung mit Stabilisatoren erhöht.
    http://de.wikipedia.org/wiki/Stabilisator_(Automobil)
    Bei LKWs siehst du den Effekt sehr stark, wenn sie schnell um die Kurve fahren.


    Stabilisatoren gleichen zu starkes Einfedern auf einer Seite aus, indem sie die andere Seite auch einfedern lassen. Obiger Roboter hat aber keine Federung, daher wäre auch ein Stabilisator m.M. nach nicht sinnvoll. Eine Federung wird aber auch niemand einbauen, wenn der Boden eine klomplett glatte Oberfläche hat.


    könntest auch die Räder kippen, damit verlagerst du zumindest leicht das Gewicht des Roboters.


    Meinst du so wie es der Mercedes F400 Carving macht?

    Liebe Grüße

  • Ich glaube nicht, es steht halt nur drinnen ab dem Start muss er "Autonom" laufen. Aber die Position usw. sit alles kein Problem, sensoren zur Erkennung der Linie sind einfach und eine Kamera zur Linienverfolgung auch. Die Frage ist halt wie man es schaffen kann, das man mit "vollgas" durch den Kurs fahren kann, ohne rauszufliegen. Meine Motoren würden 70km/h schaffen, wenn voll beschleunigt, aber wenn ich mit so einem kleinen Roboter der 1kg oder so hat in die kurve mit 70 km/h fahre, endet das glaube ich nicht so gut.... :)

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