BWP-WS19-02/Praktische Arbeiten/Chassis

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Version vom 7. März 2020, 17:26 Uhr von Ewill001 (Diskussion | Beiträge) (Montage des Solardachs)

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Chassis

Entwurf

Für das Chassis des autonomen Fahrroboters haben wir verschiedene Formen und Aufbau-Ideen evaluiert und uns schließlich für eine Kombination eines Rechtecks mit einem Trapez ausgesucht, da das Sensoren-Team uns als Anforderung vorgegeben hatte, dass die Time of Light Sensoren alle gleichweit von dem Fahrzeugdrehpunkt angebracht werden sollen.

Text der Bildlegende Text der Bildlegende Text der Bildlegende Text der Bildlegende

Brett sägen und Kugelrad basteln

Für das Aussägen unserer ausgewählten Form, haben wir für die Dekupiersäge ein Sägeblatt gesucht. Nachdem wir keine vorort gefunden haben, haben wir eins im Baumarkt beschafft. Darauffolgend haben wir für unsere Form Löcher in die Pressspanplatte gebohrt, um die Löcher für die Räder und Zahnräder gebohrt. Schließlich haben wir mit der Dekupiersäge die Vorlage ausgesägt und die Kanten anschließend abgefeilt.


Text der Bildlegende


Das Kugelrad

Da unser ITS-E leider nicht auf 2 Rädern balancieren kann benötigt er ein drittes Stützrad. Beim Vorgängerprojekt wurde dieses Problem mit einer einfachen Lenkrolle gelöst. Nachteil daran war, das die Lenkrolle sich beim drehen erst ausrichten muss und somit in Abhängigkeit von ihrer vorherigen Position unterschiedliche Reibungswiderstände erzeugt. Fuhr man beispielsweise erst gerade aus und drehte dann das Fahrzeug um seinen Mittelpunkt musste die Rolle sich um 90° drehen. Wenn man nun das Fahrzeug in die entgegengesetzte Richtung drehen wollte musste die Rolle sich um 180° drehen, was ohne schleifen des Rads in diesem Aufbau nicht möglich war.


Da unser Auto sich jedoch sehr exakt drehen können muss war ein reibungsarmes Stützrad schnell motiviert.

Es entstanden verschiedene Ideen, die das Problem minimieren, aber nicht beseitigen würden. So unter anderem eine doppelt gelenkte Lenkrolle. Schließlich einigten wir uns auf ein Kugelrad, da die vorher genannte Problematik hierbei behoben wäre.


Version 1.0:

Die erste Version des Kugelrads war eine auf Drähten gelagerte Murmel. Hierzu bohrten wir test-weise ein Loch in eine Platte und klebten zur Lochmitte hin 4 Drähte auf, auf welchen die Murmel gleiten sollte.


Version 1.1:

Um das Ganze am Auto montieren zu können sägten wir eine Halterung für die Murmel aus und lagerten die Murmel auf 4 Nägeln, deren Spitzten rund gefeilt wurden. Der Schwachpunkt bei dieser Konstruktion war die Unebenheit der Murmel. Bei gießen der Murmeln entstehen offenbar kleine rillen die uns zum Verhängnis wurden, wenn die Nägel darin hängen blieben. Außerdem war keine der Murmeln 'perfekt' rund. Ein weiterer Nachteil bestand darin die Kugel auf 4 Punkten auf zu legen. Dies gestaltete sich aufgrund der nicht so präzisen Bohrungen als schwierig.

Kugelrad_V1.1 Kugelrad_V1.1


Version 2.0:

Schließlich bestellten wir gehärtete Edelstahlkugeln in der Qualität G28 nach DIN 5401, die extra sorgfältig poliert wurden! Diese Kugeln haben ein maximale Unrundheit von 0,7 µm und eine maximale Rauheit von 0,05 µm. (Verglich der Rauheiten) Die Kugel wurde bei www.kugel-winnie.de bestellt (www.kugel-winnie.de).


Um die Kugel ideal zu lagern verwendeten wir (diesmal 3, nicht 4) Edelstahlnadeln mit Glasköpfen. Um die Kugel zusätzlich zu federn wurde eine Scheibe angefertigt auf der die Nadeln aufgelötet wurden und zusätzlich die Unterseite des Autos freigefräst.

Kugelrad_V2_Ring Kugelrad_V2_Ring 3 Kugelrad_V2_Ring 2


Auf den Glasköfen ist die Reibung der Kugel minimal.

Kugelrad_V2_Nadel


Damit die Kugel beim anheben des Autos nicht herausfällt wurde eine Kappe darüber montiert. Die Kappe ist von einem Kugelrad von Pollin Elektronik genommen (Pollin Kugelrad). Es wurde lediglich der untere Ring abgeflext, beigeschliffen und M2 Muttern in die Löcher eingepresst und verlötet.

Kugelrad Pollin Kugelrad_V2_Ring_Kugel2


Um den idealen Abstand der Kappe ein zu stellen sind Federn zwischen der Kappe und dem Chassis angebracht.

Kugelrad_V2_Feder Kugelrad_V2


Diese Variante funktioniert selbst auf sehr glatten Unterflächen noch sehr gut.

Kugelrad_V2_vorne Kugelrad_V2_unten


Da die Kugel mit 66 gram relativ schwer ist wurde sie dichter zur Radachse gesetzt als ursprünglich geplant, um bei möglicher Schieflage der Fahrstrecke das Fahrzeug nicht zu sehr zur Seite zu ziehen.

Kugelrad_V2_oben


Halterung für Time of Flight Sensoren

Die Halterung der Time of Flight Sensoren wurde aus einem alten Scharnier geschnitten. Ziel war es den Sensor so einstellen zu können, dass er flach über den Boden schaut um auch niedrige Objekte zu erkennen und dennoch brauchbar ist um große Distanzen zu messen. Da der verwendete Time of Flight Sensor einen Auffangwinkel von 25° hat muss er in einem Winkel von 102,5° (90° + 25°/2) am Auto montiert werden.

Time Of Flight Sensor Halterung

Ein erster Entwurf einer Halterung der Time of Flight Sensoren.


ITS-E mit Time of Flight Sensoren

Aufbau mit einem ToF Aufbau mit 6 ToFs

Das linke Foto zeigt den Roboter mit Motoren, dem Adafruit Feather, einem Motortreiber und einem angeschlossenen Time of Flight Sensor. Die schwarzen Klebestreifen dienen lediglich zur provisorischen Befestigung des Motors auf dem Holzgerüst. Der Sensor ist mit den Halterungen unterhalb des Holzgerüsts angebracht und auf den korrekten Winkel, um über den Boden hinwegzuschauen, angepasst.

Bei dem rechten Foto wurde das ITS-E durch weitere fünf Time of Flight Sensoren, die zwei dafür benötigten I2C-Port-Expander und deren Verkabelung erweitert. In diesem Zustand konnte der Roboter in alle Richtungen die Distanz messen und die Motoren steuern.

Aufbau mit Platinen

Nachdem die Platinen geätzt und die Bauteile aufgelötet wurden, konnten die Ebenen auf dem ITS-E montiert werden.


Energy-Board, Ebene Nummer 1:

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Motherboard, Ebene Nummer 2:

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Mouseboard, Ebene Nummer 3:

20200227 223545.jpg 20200227 223555.jpg

Ebenen auf dem Chassis:

20200227 234553.jpg 20200228 003620.jpg

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ITS-E Ebene1-3.jpg 20200228 011243.jpg

Korrekturen an Platinen

Auf diesem Foto sieht man, dass manche Leitungen beim Ätzen der Platine nicht verbunden waren und Fehler aufgetreten sind. Diese wurde durch Lötstellen auf den Platinen und Verlängerungen durch Kabel (hier rot) ausgebessert.

ITS-E Ebene2 2.jpg

Montage der Maus

Die Maus wurde ebenfalls mit Schrauben, Federn und Muttern an der Holzkonstruktion befestigt, sodass man genau den Abstand zum Boden einstellen kann. 20200227 231642.jpg 20200227 231655.jpg

Montage des Solardachs

Zur Montage des Solardachs wurden zunächst die Plastikkappen der Solarpanele entfernt und zwei Löcher hineingebort. Damit diese an dem Holzunterbau befestigt werden können, wurden danach von innen zwei Muttern mit Heißkleber über die Löcher geklebt und danach die Kappen wieder auf den Solarzellen befestigt. Zur Verbindung müssen die Stecker an den Kabeln entfernt und die Kabel verbunden werden. Damit man die Knopfe auf Platinenebne Nummer 3 noch bedienen kann, wurden Verlängerungen mit Schrauben und Federn erstellt.

Befestigung Solarpanel.jpg ITS-E Ebene4 1.jpg