Linefollower konstrukcja, napęd

[neetroon]

Cześć, witajcie forumowicze!

Chciałem zbudować swojego linefollowera. Dużo poczytałem, pooglądałem sporo filmików z przejazdów i nasunęło mi się parę pytań to ludzi, którzy robili najszybsze konstrukcje:

1) dlaczego rozstaw osi jest taki duży? Jaka jest przyczyna, że nie chcemy mieć kół jak najbliżej siebie? Tak na mój rozum, to im węziej będą, tym szybciej będzie można pokonywać zakręty, ale będzie się trudniej sterować.

2) czy jeżeli moja konstrukcja będzie miałą turbinę, to czy silniki pololu 10:1 dadzą radę, jeżeli masa pojazdu nie będzie duża?

3) czy przy silnikach jak wyżej i turbinie dalej koła ślizgają się po torze, czy to jest to wtedy całkowicie wyeliminowane?

4) czy nie lepiej jest dać 4 silniki i 4 koła napędowe blisko siebie zamiast 2?

5) czy ten linefollower miał turbinę?

a ten:

- do 4,2m/s

6) jakim cudem te mogą skręcać o 90 stopni praktycznie w miejscu z taką prędkością (magnes?):

Pozdrawiam,

[Treker (Damian Szymański)]

neetroon, witam na forum!

1) dlaczego rozstaw osi jest taki duży? Jaka jest przyczyna, że nie chcemy mieć kół jak najbliżej siebie? Tak na mój rozum, to im węziej będą, tym szybciej będzie można pokonywać zakręty, ale będzie się trudniej sterować.

Ostatnim zdaniem sam sobie odpowiedziałeś - zdecydowanie łatwiej wysterować szybką konstrukcję, gdy jej rozstaw kół jest stosunkowo duży.

2) czy jeżeli moja konstrukcja będzie miałą turbinę, to czy silniki pololu 10:1 dadzą radę, jeżeli masa pojazdu nie będzie duża?

"Nie będzie stosunkowo duża" - czyli jaka? Ważna jest również średnica kół, siła z jakąś będzie "przysysał" robota do trasy etc. Ciężko w ciemno coś doradzić.

3) czy przy silnikach jak wyżej i turbinie dalej koła ślizgają się po torze, czy to jest to wtedy całkowicie wyeliminowane?

Wszystko zależy od mocy z jakąś się dosysasz, opon i programu. Jeśli algorytm będzie zły to nawet z super turbiną "uda" się wpaść w poślizg.

4) czy nie lepiej jest dać 4 silniki i 4 koła napędowe blisko siebie zamiast 2?

Prawdopodobnie lepiej, ale: po pierwsze utrzymanie identycznej prędkości na silnikach dwóch silnikach jest dość problematyczne, po drugie taki robot jest znacznie bardziej podatny na nierówności toru.

5) czy ten linefollower miał turbinę?

a ten:

- do 4,2m/s

Pierwszy tak, drugi nie.

6) jakim cudem te mogą skręcać o 90 stopni praktycznie w miejscu z taką prędkością (magnes?):

One mają ruchome "nosy", trasy są wyposażone w specjalne znaczniki itd. - do tego dochodzi dobry program i efekt jest taki jak na filmie. Nie ma tam żadnych magnesów.

[neetroon]

Dzięki treker za odpowiedź! Widzę, po Twoich innych wpisach, że nie jednego linefollowera już zbudowałeś.

Kiedyś napisałeś coś o zapamiętywaniu trasy: https://www.forbot.pl/forum/topics7/line-follower-fuzzy-vt9942.htm#88015

Używałeś tego na zawodach? Może ktoś inny?

Biorąc całą Twoją wiedzę i doświadczenie jak myślisz, jeżeli taki algorytm byłby zaimplementowany, to lepiej zrobić małego robota z turbiną czy bez. Z napędem na 4 koła czy 2? O jakich nierównościach mówimy? myślałem że trasa jest jednolita.

Oczywiście chętnie posłucham innych robotyków 🙂

[marek1707]

Zgodnie z tradycją, pozwolę sobie, jako kompletny laik w temacie dorzucić swoje trzy grosze 🙂

"to lepiej zrobić małego robota z turbiną czy bez"

To dwie różne klasy i dwie osobne konkurencje. Własnie z uwagi na nieporównywalność wyzwań i osiągów. Turbina daje ogromny wzrost trakcji bo zwiększa nacisk osi na podłoże, ale musisz dobrze przemyśleć jej położenie. W przypadku dwóch kół napędzanych robot styka się z podłogą w trzech punktach (z przodu kulka czy coś) no a na przodzie zależy Ci tylko trochę, o tyle by pojazd podczas dynamicznego startu "nie zadzierał nosa". Dlatego optymalnie turbina powinna mieć "środek zasysu" trochę przed główną osią. Tam są zwykle silniki napędowe więc przesuwasz turbinkę trochę do przodu i żeby nie tracić nacisku na tył musisz kombinować z fartuchem uszczelniającym bo przecież centrum docisku nie jest tam gdzie turbina, ale gdzie "środek ciężkości" obrysu uszczelnienia patrząc na rzucie z góry. Pamiętaj, że to powietrze atmosferyczne z góry dociska robota a nie wiatraczek turbiny. A ono naciska tylko tam, gdzie pod podwoziem jest podciśnienie. Efektywny fartuch uszczelniający jest.. szczelny, ale nie możesz zrobić go bardzo nisko bo LF będzie się zaczepiał o nierówności. Trasy są czasem wyklejane taśmą izolacyjną na (niestety) kilku dużych, wiórowych płytach laminowanych. Ani podłogi ani tym bardziej scena lub jakiś podest nie są nigdy idealnie równe więc na krawędziach styku płyt powstają uskoki. Powinieneś liczyć się z wertepami co najmniej 1-2mm. Sporo , prawda? Czasem jest to, o zgrozo, wielka płachta z jakiegoś banera położona wprost na podłodze. Tam fałdy i ciągłe prostowanie zadeptywanej przez widzów trasy są na porządku dziennym. Są biegi w których robot po prostu zaczepia się o coś i staje.

Więc może jakiś elastyczne uszczelnienie jak w poduszkowcach? Tego chyba nie wiedziałem na żadnych zawodach, ale też konstruktorzy nie zawsze zdradzają swoje tajniki. Na pewno daje lepszą "próżnię", ale też trze o podłogę - trzeba być ostrożnym i eksperymentować. Najczęściej są tam jednak paski jakiejś miękkiej gąbki podklejone pod spodem lub nawet nic, jeśli robot jest w miarę nisko zawieszony i ma płaską płytę podwoziową.

I to oczywiście nie jest tak, że turbina jest lekiem na każdy poślizg. Z łatwością zrobisz napędy zrywające przyczepność w takich warunkach zarówno przy rozpędzaniu jak i hamowaniu. No może trudniej niż bez docisku, ale to tylko przesunięcie granicy momentu krytycznego, powiedzmy dwu-trzykrotne bo tyle przyrostu "masy" a wiec i siły tarcia możesz średnio uzyskać.

Tak więc: rozłożenie/skupienie mas (im dalej "rozwleczone" od środka ciężkości robota tym większy moment bezwładności w osi pionowej i tym trudniej go obrócić), rozłożenie nacisków w punktach styku z podłożem, momenty silników i ich obroty maksymalne (czyli de facto moc i przełożenia), średnice kół, materiał opon oraz ich czystość (przygotuj dużo taśmy klejącej do zbierania brudów przed i po każdym biegu) itd.

Pytałeś o rozstaw kół. Zauważ, że ta sam siła napędowa (bo pochodząca jedynie ze styku opony z podłogą, innej nie masz) przyłożona w odległości X i w odległości 2X od środka ciężkości (patrząc z góry) daje raz moment obrotowy M a raz 2M. A to ten moment obraca LFa na zakręcie, chcesz aby był duży. Dlatego optymalnym jest zamontowanie silników blisko siebie (skupianie masy) a wystawienie kół na przedłużonych półosiach (duży moment przy skrętach). To jednak kosztuje większe zmiany prędkości obrotowej na zakrętach a więc więcej prądu lub dłuższe czasy dla tych samych napędów. Warto mieć zapasy napięcia/mocy i dobre drivery, by silniki mogły przez ułamki sekund pracować np. na 150%. Cóż, witamy w świecie inżynierskiej optymalizacji.

Jeśli zdecydujesz się na 4 koła, to moim zdaniem bez niezależnego ich zawieszenia i synchronizowanych obrotów nic nie zyskasz. Gdy jedno z nich (zawieszone sztywno a mające osobny silnik) straci kontakt z podłogą, zacznie się rozkręcać z wtedy jego ponowny powrót na tor da poślizg na którym tylko możesz stracić, bo takie tarcie jest dużo słabsze niż statyczne. A, i wtedy postaraj się by przednia i/lub ew. tylna kulka normalnie wisiały w powietrzu. Tylko gdy wykorzystasz cały ciężar/docisk na oponach, dostaniesz maksymalną trakcję. Każdy gram nacisku na kulkę/podporę jest gramem straconym, bezwładnym, który musisz rozpędzać jako masę a nie dającym w zamian siły poziomej.

Bez turbiny obowiązują te same prawa fizyki, tylko nie masz stopnia swobody związanego z położeniem i konstrukcją turbinki. Więc jest prościej, ale nie łudź się, konkurencja w Polsce i tu i tu jest ogromna 🙂 a dobre miejsce w zawodach to nie tylko idealny robot, ale i logistyka: części zamienne, przenośny warsztat, gospodarka akumulatorami plus oczywiście.. łut szczęścia.

Powodzenia.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker (Damian Szymański)]

neetroon, jeśli chodzi o mapowanie trasy to rozwijałem te mechanizmy i pojawiały się zadowalające wyniki (typu przyspieszanie na długich prostych), ale ostatecznie nie miałem okazji przetestować tego dobrze na zawodach, ponieważ zakończyłem moje regularne starty w konkursach 🙂

Biorąc całą Twoją wiedzę i doświadczenie jak myślisz, jeżeli taki algorytm byłby zaimplementowany, to lepiej zrobić małego robota z turbiną czy bez. Z napędem na 4 koła czy 2?

Jeśli chcesz zbudować swojego pierwszego LFa na zawody to proponowałbym zacząć klasycznie tj. 2 koła i brak turbiny. Jak uda Ci się wysterować takiego robota, aby jeździł ładnie z prędkością ~1.5m/s to będziesz mógł myśleć o kolejnych robotach. W przypadku budowy LFa jest wiele aspektów, o których się nie myśli podczas budowy pierwszej konstrukcji. Warto zacząć od czegoś stosunkowo prostego i dopiero później rozbudowywać robota.

O jakich nierównościach mówimy? myślałem że trasa jest jednolita.

Nierówności możesz spotkać na łączeniu płyt, z których składa się trasa (uskoki 1-3 mm). Jeśli trasa jest z cienkich płyt HDF to czasami płyty mają różne mniejsze/większe pofalowania np. od wilgoci lub złego przechowywania płyt. Osobna kategoria to trasy na wydrukowanych bannerach - tam mogą się dziać przeróżne "cuda".

[Chumanista]

Treker, wiesz co mnie zastanawia? Skąd był ten wysyp opisów "konkursowych" robotów koło 2014 i dlaczego tak nagle wysechł? Co się teraz właściwie dzieje na konkursach, jak bardzo to poszło do przodu? Chwilę nie byłem w temacie i jestem ciekaw.

[Treker (Damian Szymański)]

Chumanista, nie było mnie od roku na żadnych zawodach (wybieram się dopiero teraz do Gdańska), więc będę mógł podejrzeć nowe roboty, ale mam wrażenie, że chyba właśnie nic nie poszło mocno do przodu. Obawiam się, że w pewnym momencie było w Internecie opisane już wszystko. W przypadku LFów można było znaleźć schematy, PCB, programy, dosłownie wszystko. Większość konstrukcji była do siebie bardzo podobna. Z drugiej strony kilka-kilkanaście osób, które zbudowało coś fajnego nie chce się chyba dzielić tym publicznie (lub nie widzi w ty sensu) - taka jest moja teoria. Dodatkowo trzeba pamiętać, że bardzo mały procent internautów tworzy treści (najwięcej osób tylko czyta) 😉

[neetroon]

@Chumanista a co się stało z Twoją konstrukcją lf-4 (Maxim37)? Czytałem o niej w niedokończonych robotach?

Jakaś przestroga dla początkującego?

[Chumanista]

neetroon, powiedzmy. Najpierw matury, teraz studia, ogólnie stwierdziłem że to jest za duży projekt chwilowo. Może jakieś początki się ruszą w wakacje, nic nie obiecuję. Ale jakiś LF raczej kiedyś jeszcze będzie 😉

[neetroon]

Chciałem porównać sobie 2 silniki o podobnej masie - Pololu i Faulhaber o którym bardzo dobrze wypowiadał się np. Treker.

Większość szybkich linefollowerów używa silnika Pololu 1:10.

Na stronie:

https://www.pololu.com/product/3061

mogę przeczytać, moment na silniku to 0.36 kg⋅cm (~35.3160 mNm) i prędkość 3000 obr/min (zakładam, że jest to prędkość już po przełożeniu).

Wychodzi na to, że jest to ~9.6W silnik (6V * 1,6A)?

edit coś pomyliłem tutaj w wyliczniu mocy, bo dla Pololu 30:1

https://www.pololu.com/product/1093/specs

jest napisane że Max output power @ 6V: 1.5 W

Co jest bardzo dziwne, bo przecież ~9.6W(6V * 1,6A)...

Drugi silnik:

https://www.faulhaber.com/en/products/series/1219g/

1219N006G - zasilanie też 6V, obroty 16'000, moment 0,71 mNm

Po przełożeniu do 3000 obrotów z zachowaniem 100% sprawności byłoby 3.78 mNm (więc dalej prawie 10 krotnie mniej) i 0.49W mocy.

Pytanie więc co w tych silnikach Faulhaber jest takiego super (bo ich cena jest kilkukrotnie wyższa niż Pololu)?

[marek1707]

Warunki "no load" to zero mocy wyjściowej (na wale), moment wyjściowy także zerowy i prąd biegu jałowego - zupełnie nieprzydatne do obliczeń w warunkach rzeczywistych.

Warunki "stall" to zero mocy wyjściowej (bo zero obrotów), moment maksymalny i prąd zwarciowy - dane podobnie nieprzystające do pracy docelowej.

Nie możesz tych liczb oceniać w odniesieniu do jazdy pod sensownym obciążeniem.

Maksymalna moc jakąd dostaniesz (i jaką wepchniesz elektrycznie w silnik z uwzględeniem sparwności, możesz liczyć ok. 50%) leży - dla silników tego typu - mniej więcej w połowie zakresu obrotów i prądów.

Dopiero w tym punkcie (albo w innym sensownie ustalonym) warto porównywać napędy. Koniecznie obejrzyj i wbij sobie do głowy wykres na tej stronie:

https://electronics.stackexchange.com/questions/346998/voltage-current-torque-and-speed-in-dc-motors

W zasadzie ten sam rysunek obowiązuje dla wszystkich silników szczotkowych DC.

Silniki dobre różnią się od złych materiałami, trwałością, kulturą pracy a wszystkie te rzeczy prowadzą do poprawy dwóch paramterów: sprawności (ale tu raczej w niewielkim stopniu) i przede wszystkim - ja bym to nazwał - gęstością mocy. Łatwo bowiem zbudować spory silnik który ma taką moc (tak pobieraną jak i oddawaną) jak typowi jego bracia, ale trudno jest zbudować trwały silnik który będzie miał moc sporo więkzą i wciąż będzie mały. Ze spadkiem wymiarów i masy pogarszają się warunki chłodzienia, wzrastają wymagania na magnesy i generalnie musisz się bardzo starać by ograniczyś straty, bo te w prostej linii prowadzą do wzrostu temperatury a to zabija cały silnik. Począwszy od magnesów, przez łożyska, komutator i szczotki aż do uzwojeń wirnika. Dlatego dobre silniki są drogie, bo nie każdy umie taki zrobić. Trzeba dobrze zaprojektować otwory chłodzące i całą wentylację, użyć dobrą i czystą miedź na druty nawojowe, wziąć najdroższe magnesy wytrzymujące ponad 100 stopni, kupić wysokoobrotowe łożyska z małymi stratami, wymyślić komutator o małej rezystancji przejścia przy nieiwlekim docisku itd itp.