Projekt 30: Besenbalancierer
Autoren:
Betreuer: Prof. Göbel
Aufgabe
Projektziel
- Ein NXT Fahrzeug soll durch eine lineare Bewegung den „Besen“ balancieren.
- Schwierigkeitsgrad: ****
Erwartungen an die Projektlösung
- Erstellen Sie einen leichtgängigen Drehwinkelsensor aus einem Potentiometer.
- Darstellung der Theorie, Simulation in Matlab/Simulink
- Systemidentifikation (Übertragungsfunktion der Regelstrecke bestimmen)
- Bauen Sie ein Fahrzeug, dass einen Ball auf einer Stange durch Vorwärts- und Rückwärtsfahren balanciert.
- Recherchieren, Vergleichen und bewerten Sie verschiedene Regleransätze (PD, PID).
- Programmiersprache: NXC oder Matlab/Simulink
- Test und wiss. Dokumentation
- Live Vorführung während der Abschlusspräsentation
Aufwand pro Fachgebiet
Die Grafik im folgenden Bild zeigt einen geschätzten Anteil der Zeit, die für das Projekt für das jeweilige Fachgebiet benötigt wurde. Dabei beinhaltet das Fachgebiet „Konstruktion“ die Konstruktion des Roboters, aber auch jegliche physischen Arbeiten (Löten, Isolieren, Verschrauben der Stange und Gewichte, Verkleben der Sensoren, etc.).
Aufbau des Roboters
Bestandsliste
- LEGO Mindstorm NXT
- LEGO Mindstorm KIT 1 9797
- LEGO Mindstorm KIT 2 9648
- Dreh-Potentiometer (Bourns 3310C-001-103L)
- M5 Gewindestange
- 4x M5 Unterlegscheiben
- 8x M5 Muttern (Standard d=10mm)
- 6x M5 (d =37 mm)
- 2x M39 Unterlegscheiben
Zusatzgewichte
150 Gramm (M39 U.Scheibe + M5 U.Scheibe)
+ 148 Gramm (M39 U.Scheibe + M5 U.Scheibe)
+ 10 Gramm (M5 U.Scheibe)
+ 10 Gramm (M5 U.Scheibe)
+ 0,5 Gramm (M5 Mutter)
+ 0,5 Gramm (M5 Mutter)
+ 0,5 Gramm (M5 Mutter)
+ 0,5 Gramm (M5 Mutter)
+ 45 Gramm (M5 Gewindestange)
= 365 Gramm
Konstruktion
Bei dem Roboter handelt es sich um einen Lego-Mindstorm NXT, welcher einem Fahrzeug nachempfunden wurde. (Siehe Bild)
Um die Komplexität des Projektes an den zeitlichen Rahmen anzupassen, wurde die Stange mit dem Gewicht an einem Festlager des Mindstorm befestigt. Daher hat das Gewicht nur einen Freiheitsgrad und kann sich in bzw. gegen die Fahrtrichtung drehen. Um den aktuellen Neigungswinkel des Stabes zu ermitteln, wurde die Drehachse des Stabes mittels Epoxid Harz an den Drehregler eines Potentiometers geklebt. Das Gehäuse des Potentiometers wurde wiederum fest in der LEGO-Konstruktion verbaut. Um das Potentiometer nun als Sensor für den NXT zu verwenden, muss ein Kabel wie im Bild erkennbar verlötet werden.
Da der Stab nur bis zu einem begrenzten Ausschlag wieder in seinen Idealzustand gebracht werden kann, wurde ein Käfig um den Stab montiert. Dieser Käfig schützt zudem den Computer des NXT vor Schlägen des Stabes.
Schwierigkeitsgrad
Anspruchsvoll (****)
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