Balancierender Roboter

Es gibt im Netz genug Info über Segway-Nachbau zu finden, ich denke da 
wirst Du die besten Antworten dazu erhalten. Auch hier gibt es was dazu 
zu finden.

> Beim Segway verwendet man ja beide Sensoren, da man ja
> beschleunigen möchte wenn man sich weiter vorlegt.

Das weißt aber nur du.
Dem Segway ist das egal. Der versucht seinen Fahrer im Gleichgewicht zu 
halten, indem er sich selber unter den Fahrer zu platzieren versucht. 
Stehst du ruhig und aufrecht auf einem Segway, dann macht der genau das, 
was du auch von deinem Roboter haben willst: Er balanziert dich aus.

Hallo Chris,

Chris_Specht schrieb:
> Um dies zu messen würde
> ich einen Kreiselsensor (Gyroskop) verwenden.

Tja das ist so eine Sache. Grundsätzlich kann ich dir verraten, dass ein 
Gyro nicht ausreichend ist. Du benötigst immmer die Kombination aus 
Beschleunigungssensor und Gyroskop. Diese Kombination ist auch als 'IMU' 
bekannt. Geeignete Kombinationen gibt es u.A. auf Sparkfun.de bzw. 
deutschen Vertretern. Zur 'Datenverarbeitung'. Die ist leider alles 
andere als trivial. Fester Bestandteil ist zur korrekten Lageerkennung 
(das komplexeste am ganzen Segway) der sog. Kalmanfilter. 
http://en.wikipedia.org/wiki/Kalman_filter
Leider ist's nicht einfach als es aussieht. Du hast einige 
Grundproblematiken:
1. Gyroskope sind zu unempfindlich, rauschen brutal und verändern ihre 
Werte je nach Temperatur. Auf Grund dieser 'Mängel' brauchst du noch 
einen Beschleunigungssensor. Der misst die Erdbeschleunigung mit - 
daraus kann man auch einen Winkel errechenen. Zur Unterstüzung nimmt man 
aus dem Gyroskop die Integration über die Zeit dazu.

2. Auch der Beschleunigungssensor rauscht ein bisschen und driftet über 
der Temperatur - aber das Hauptproblem ist, dass zwar die gemessenen 
Werte (Winkel) sehr gut sind, aber die Beschleunigung (die 
Ausgleichsbewegung des Roboters) die gewünschte zu messende 
Erdbeschleunigung total verfälschen.

Der Kalmanfilter bekommt das alles glücklicherweise in den Griff. Sowohl 
das Rauschen, als auch das Driften wird gut wegkompensiert. Ist der 
Kalmanfilter gut angepasst kommen da zuverlässige Winkel raus.
Hier is eine Implemention mit Quellcode zu finden 
(http://diydrones.com/profiles/blogs/705844:BlogPost:23188) Hier 
allerdings für noch einige Achsen mehr (Modellflug). Sowas brauchst du 
dringendst auch.

Dein nächstes Problem ist der Regelungsalgorithmus. Auch das ist full 
overdose Mathe: http://de.wikipedia.org/wiki/Regler#PID-Regler
Um den kommt man leider auch nicht herum.

Es ist deutlich komplexer als man annimmt, dass so ein Segway erstmal 
steht geschweige denn in die Richtung fährt die man gerne hätte.

Es sollte definitiv nicht dein erstes Projekt mit AVR sein - ansonsten 
wird das ein ziemlich harter Brocken.

Du brauchst in jedem Fall 2 H-Brücken - ergo für jeden Motor eine 
H-Brücke.


Kann es sein, dass du aus dem Allgäu kommst ?!

Chris_Specht schrieb:
> Die
> Frage mit den Sensoren kam mir, da ich schon beide Varianten gesehen
> habe. Sprich eine mit einem Kreiselsensor und Beschleunigungssensor und
> auch eine nur mit einem Kreiselsensor.

Das kann ich mir beim besten Willen nicht vorstellen. Ich habe mich im 
Rahmen einiger Studienarbeiten sehr intensiv mit Gyroskopen und 
Beschleunigungssensoren und deren Kombinationen im Hinsicht auch eine 
IMU beschäftigt. Ich habe dabei auch die Integration des Gryroskops über 
die Zeit zu filtern und zu verbessern. Es ist trotzdem nicht 
ausreichend. Das Integral rennt dir sofort weg. Ein 
Beschleunigungssensor alleine kann rein physikalisch überhaupts nicht 
funktionieren - nur in einem näherungsweise statischen / ruhenden mit 
reiner Winkeländerung und keiner transversalen Bewegung versehenen 
System (was der Segway beim besten Willen nicht ist) kann man damit 
Winkelmessung betreiben. Beim Segway bilden sich so erfahrungsgemäß sehr 
schnell oszillierende Status (ja das schreibt man so).

Chris_Specht schrieb:
> Das mit dem Kalmanfilter oder Komplementärfilter habe ich auch schon
> alles gelesen.

Ja aber mit Sicherheit nicht verstanden. Du würdest dich wundern, was 
ich schon alles 'gelesen' habe. Glaub mir - das ist nicht so einfach 
(der Kalmanfilter erst recht nicht). Die wenigsten Leute die den 
Kalmanfilter verwenden verstehen ihn auch. Ich kenne viele viele 
Projekte in denen mit Cope 'n Paste gearbeitet wird. Unter anderem 
findet man sehr oft die von mir bereits gelinkte 
Kalmanfilterimplementierung. Ich sage immer - ich darf fremden Code 
verwenden wenn ich ihn selber auch schreiben kann. Das alles gilt auch 
für sämtliche Libraries in C oder Äquivalentes ... Wer nicht mal 'von 
Hand' eine ADC auslesen kann, der darf dann auch nicht adc.h verwenden. 
Derjenige hat weder verstanden wie es geht noch kann er ansatzweise 
Debuggen.

Chris_Specht schrieb:
> Das ist nicht mein erstes Projekt mit AVRs bzw. Regelungstechnik.

Die Sache ist die - was für eine Regelungstechnik. Ich hatte an der Uni 
2 ganze Semester lang Regelungstechnik und hatte gefühlt hinterher ein 
Basis mit der man Arbeiten konnte. Bis man das dann aber umsetzt und für 
den Segway vernünftig aufbaut wird einige Zeit vergehen. Im Internet 
finden sich oft Projekte mit 'interessanter' bis mangelhafter 
Regelungstechnik die dann doch irgendwie funktioniert aber auch 
irgendwie nur so lala und wenn's dann mal kalt wird dannn fällt der 
Segway um ... Nur weil man den Wikipediaartikel gelesen hat kann man 
noch lange keinen PID Regler vernünftig aufbauen. Ich will nicht sagen, 
dass es sonderlich komplex oder unmöglich ist, aber man muss es einfach 
vernünftig realisieren und es bedarf viel Zeit und Geduld um sowas 
ordentlich zu machen.

Chris_Specht schrieb:
> Mir ist auch klar, dass dieses Projekt nicht innerhalb
> eines Tages realisierbar ist.

Das ist schonmal ein sehr guter Ansatz.

Chris_Specht schrieb:
> Gut dann werde ich mich mal nach passenden Sensoren umschauen.

http://www.watterott.com/de/ArduIMU-Sensor-Board-Six-Degrees-of-Freedom-Main

oder

http://www.watterott.com/de/IMU-6DOF-Razor-Ultra-Thin-IMU1

Ersteres ist eher zu empfehlen - hatte ich auch schon zu diesem Zwecke 
im Einsatz (Segway).

Watterott.com hat den Vorteil, dass es Produkte von Sparkfun vertreibt - 
dadurch entfallen hohe Versandkosten und Probleme mit dem Zoll.

Chris_Specht schrieb:
> Danke schonmal für die Ratschläge!!

Sei mir nicht böse - ich habe sicher oft eine recht harsche Meinung aber 
ich möchte Menschen nur vor den Fehlern bewahren die ich teilweise 
selbst gemacht haben. Ich will dich nicht entmutigen oder runter machen 
- ich will dir nur vor Augen führen, dass das kein Nebenbeiwitzprojekt 
ist. Ich kenne es nur allzu gut, dass man sich einen kleinen 'overload' 
aufhalst und sich selbst überfordert. Hinterher ist man nur frustriert, 
das Projekt liegt in der Ecke und die 200€ die man investiert hat auch.

So nebenbei noch ein paar Worte zu den Motoren. Da musst du ein bisschen 
aupassen. Ich hatte damals mit Conrad Getriebemotoren (9€-25€) 
angefangen - das Getriebe ist mir nach ein paar Stunden in einzelteilen 
ins Gesicht geflogen gekommen (obwohl Metallgetriebe). Nur so eine 
kleine Warnung - ich gebe zu unser Segway ware mit knapp 7kg auch ein 
Schwergewicht.

Quadrocopter schrieb:
> Sind grundlegende Fehler in meinem Gedankengang?

Ja... was hat ein Quadrokopter mit diesem Thread zu tun? Mach doch bitte 
einen eigenen auf mit passendem Titel..