hydraulischer Demonstrator

[BorgelMorgel]

Vor einiger Zeit hab ich mein Projekt ja schon mal angeschnitten, nun werde ich es mal richtig vorstellen. Für eine jährliche Veranstaltung, bei der wir vorallem technische Aspekte der breiten Masse näher bringen wollen, haben wir uns einen kleinen Demonstrator ausgedacht. Sicher ist das Prinzip nichts neues, aber er ist direkt auf unsere Anforderungen ausgerichtet. Dabei handelt es sich um einen kleinen (800x800)mm Tisch auf Rollen, welcher aus zwei Teilen besteht, dem Ober- und dem Unterkasten. Beide sind über ein Kardangelenk beweglich miteinander verbunden. Der Oberkasten kann sich somit drei Dimensional bewegen.

 

An zwei Seiten ist der Ober- und Unterkasten zudem mit kleinen Hydraulikzylindern verbunden, welche die eigentliche Bewegung dieser Ebene ermöglicht. Im Oberkasten wir später ein Labyrinth platziert werden, durch das eine Kugel geführt werden muss. Im Grunde handelt es sich um einen großen Murmeltisch, ähnlich dieser kleinen Spiele die es früher häufiger gab.

 

Im Unterkasten steckt  alles was wir für die Realisierung der Bewegungen brauchen. Eine kleine Konstantpumpe mit DC Motor liefert den erforderlichen Volumenstrom für die beiden Aktoren. Geregelt wird dieser Volumenstrom über ein Proportionalventil, deren Position über mit zwei kleinen Servos verändert wird. Zwischen Pumpe und Ventil ist noch ein Filterelement platziert.

 

Nun zur Tinkerforge-Einheit, welche ich mit der Stückliste beginnen möchte.

 

• 1x Master 1.1
  
• 1x Servo 1.0
  
• 1x DC 1.0
  
• 1x IO16 1.1
  
• 1x TempIR 1.1
  
• 1x Linear Poti 1.1
  
• 1x Joystick 1.2
  
• Kabel und Befestigungskits
  

 

An den DC-Brick ist der Pumpenmotor angeschlossen, deren Geschwindigkeit noch über das Linear Poti geregelt wird. Später soll die Geschwindigkeit des Motors Situationsabhängig sein. Der Servo-Brick bestimmt die Position des Proportionalventils (2 Servos). Master bildet logischer Weise die Grundlage für den Stapel. Über das TempIR-Bricklet erfasse ich die Temperatur des Hydrauliköls im Tank. Die Werte werden ausgewertet und über das IO16-Bricklet an eine Temperaturampel weitergeleitet. Das sind drei LEDs, denen ich einen Temperaturbereich zugeordnet habe (Sicherheit). Langzeitversuche haben wir leider noch nicht, darum ist noch unbekannt wie sich die Temperatur des Fluides während des Betriebs entwickelt. Ebenfalls am IO16-Bricklet sind vier Taster angeschlossen, welche die Endlage des Oberkastens erfassen. Ein Taster ist jeweils an einer Ecke angebracht und löst bei Betätigung durch den Oberkasten das Ereignis am IO aus. Die Software sperrt dann diese Bewegungsrichtung und Schäden zu vermeiden. Gesteuert wird das ganze über den Joystick (oben, unten, rechts, links und die Diagonalen). Das Programm läuft auf einem alten Notebook (OS Ubuntu 10.04LTS) und ist in Python geschrieben. Zudem ist noch ein Netzteil im Unterkasten enthalten, welches das DC und Servo Brick versorgt. Vernetzung erfolgt über 15mm Hutschiene mit Wagoklemmen.

 

Hab noch paar Bilder angehangen, leider nur befriedigende Qualität. Da sich aber alles noch im Aufbau befindet reiche ich ordentliche Bilder nach.

[luxor]

Ich hoffe das Labyrinth kann man über das Internet Steuern? Mit Webcam Streaming!

Das Schreit dann ja nach einem kleinen Tinkerforge User Wettkampf 

 

Coole Sache!

[batti]

Das wäre ja echt etwas für die Maker Faire. Die Idee gefällt mir, insbesondere die Umsetzung scheint wirklich sehr professionell zu sein. Gibt es bereits Neuigkeiten?

[BorgelMorgel]

Momentan sind wir in der Endmontage, aktuelle Bilder folgen hoffentlich am ende der Woche. Es ist soweit alles verkabelt und auf einer neuen Bodenplatte plaziert. Das Labyrinth ist ebenfalls in arbeit, allerdings sind wir da von unserer Tischlerei abhängig die uns das Material besorgt. Deshalb konnten wir auch noch keinen endgültigen Test durchführen. Habe jetzt fast alle Ports am IO16 im Einsatz. Im Bedienelement werden jetzt noch vier LED geschalten die über eine Thyristorschaltung anfangen zu blinken wenn der entsprechende Endlagentaster ausgelöst wird. Bei uns muss er auf jedenfall bis 05.07. fertig werden, denn dann hat er seinen ersten öffentlichen Einsatz.

[batti]

Besteht denn von dir Interesse und die Möglichkeit das auch auf der Maker Faire auszustellen? Stehe mit den Jungs von Heise in Kontakt und muss mich mal bald dazu äußern ob wir mit dabei sind oder nicht. Ganz alleine Schultern werden wir das nicht können, deswegen bin ich auf der Suche nach interessanten Projekten von euch.

[BorgelMorgel]

Hallo batti, also Interesse hätte ich/wir schon. Bis wann muss das Spruchreif sein und wie soll das ablaufen? Da wir noch keine richtigen Test durchgeführt haben bin ich noch vorsichtig mit einer direkten Zusage, nicht das dann etwas nicht funktioniert und ihr steht ohne was da. Vielleicht schriebst du einfach noch ein paar Infos in den Maker Faire Trade. Das Ziel des kleinen Demonstrators ist ja einfache hydraulische Elemente spielent zu begreifen, wobei auch die Steuerung und Regelung eine wichtige Rolle spielt. Ich werde auch noch mal mit meinem Kollegen sprechen.

[BorgelMorgel]

So, hier jetzt die versprochenen Bilder vom aktuellen Stand der Dinge. Der Rechner ist noch nicht drin und die Stromversorgung noch nicht angeschlossen. Die liegende Platine wird noch festgemacht und geht dann ans IO und das Bedienelement. Wir fertigen gerade einen Kasten aus Plexiglas, der dann über die Hydraulik und Elektrik kommt. Dort wird die Platine befestigt und ein Lüfter integriert. So kann niemand direkt reingreifen, aber man kann alles schön sehen.

 

Gibt es hier Erfahrungen mit dem DC Brick und dessen thermischen Verhalten bei Dauerlast? Werde den Motor wohl mit einer Geschwindigkeit von 25K laufen lassen und bei den Kurztests ist der Kühlkörper schon recht heiß geworden. Ich werde zwar einen Lüfter direkt darüber anbringen, würde dennoch gern wissen ob das reicht. Nicht das sich hier nach einer Stunde was entzündet.  :'(

[batti]

Hi,

 

schicker Aufbau! Danke für die Bilder!

 

Wie stark (Strom) wird denn der DC Brick belastet? Problematisch wird es wenn man den spezifizierten maximalen Strom erreicht, dann muss man schon gut Kühlen.

 

Meine Vorstellung von der Maker Faire ist momentan, dass wir einen Stand anmelden und wir getrennt dort anreisen. Wir würden die Kosten für Stand, Verpflegung (vll. kann man Essen gehen o.ä.) übernehmen.

Wir würden natürlich einen Blogeintrag schreiben in dem wir über die Aktion vorab berichten und auch eure Aufbauten präsentieren. Nach Ende der Veranstaltung würden wir sicher noch einen zweiten Blogeintrag mit Fotos und Erlebnisbericht machen. Das ganze würden wir mit den "Ausstellern" natürlich koordinieren.

 

Wäre das akzeptabel?

[BorgelMorgel]

Hi,

 

das wäre denke ich akzeptabel. Bis wann braucht ihr einen Bescheid? Bei uns wird es mit dem Trasport halt problematisch und der Entfernung. Ich hoffe das ich diese Woche fertig werde mit dem Aufbau und endlich mal testen kann.

 

Gruß

[batti]

Die Anmeldefrist verstreicht am 15. Juni. Optimalerweise hätte man noch etwas Vorlauf. Würde gerne nächste Woche bei denen anrufen.

 

Von wo kommt ihr denn? Transport ist problematisch, wegen dem Gewicht? Oder weil er kompliziert zu zerlegen ist?

 

Grüße

[BorgelMorgel]

Zerlegen ist nicht. Das muss im ganzen transportiert werden. Sprich ein Würfel vom 1m x 1m x1,20m. Kommen aus Dresden, das wären gute 375km.

[BorgelMorgel]

Hallo,

 

mich würde interessieren ob es möglich ist mit dem Tilt Bricklet eine Ebene wieder in die Waagerechte zu bekommen. In der Mitte der Ebene sitz ein Kardangelenk, die Ebene wird mit zwei kleinen Hydraulikzylindern bewegt. Es handelt sich dabei um den hydraulischen Demonstrator, welcher automatisch wieder in Ausgangsposition verfahren werden soll.

 

Hab mir überlegt das zwei Tilt Bricklets dafür geeignet währen. Er müsste ja erkennen, dass die jeweilige Achse geneigt ist und solange die entsprechende Achse bewegen bis der Neigungsschalter im Tilt geschlossen ist.

 

Ist meine Überlegung richtig bzw. gibt es schon jemanden der seine Erfahrungen teilen kann?

 

Grüße BorgelMorgel

[borg]

Ich weiß nicht ob ich dein Problem richtig verstehe, aber das Tilt Bricklet besteht ja nur aus einer Röhre mit einer Kugel drin. Wenn die Kugel unten aufliegt ist ein Schaltkreis geschlossen und sonst nicht.

 

D.h. Die Kugel fängt schon ab 45° oder so das rollen an und schließt den Schaltkreis, dadurch ist dann aber dein Tisch noch nicht waagerecht?

[Nic]

mit dem Tilt Bricklet eine Ebene wieder in die Waagerechte

Da würde ich eher zum IMU Brick tendieren. In der Vergangenheit wurden hier im Forum sogar Projekte zur Stabilisierung für Kameras vorgestellt.

[BorgelMorgel]

Danke für die schnellen Antworten. Das hab ich mir schon fast gedacht. In diesem Fall eignet sich das Tilt also nicht, da der Tisch sich richtiger Weise noch nicht in der Waage befindet. IMU wäre die beste Lösung, jedoch fällt diese wegen der Kosten in diesem Fall raus. Wollte eigentlich einfache Seilzugpotis über die AnalogIn Bricklet anschließen, finde jedoch keine passenden.

 

Die Rotary Bricklets hatte ich auch erst im Blick, um daraus eine Art Poti zu bauen. Diese passen leider wegen Ihrer Auflösung nicht. Für Denkanstöße bin ich sehr dankbar!

[Nemo]

Hallo BorgelMorgel,

 

wenn du es nicht 100%-tig brauchst könnte man auch mit 2 Tilts arbeiten, wenn die bei ca. 45˚ anschlagen, dann kannst du 2 Stück einbauen, einen um 45˚ nach links und den anderen um 45˚ nach rechts verschoben, wenn beide geschlossen sind ist es mittig.

 

Sähe dann in etwa so aus:  \/

 

Gruß,

Nemo

[Nic]

IMU wäre die beste Lösung, jedoch fällt diese wegen der Kosten in diesem Fall raus

Verstehe, aber die 3 oder mehrachsigen IMUs so bei Sparkfun etc. kosten auch schon ab 20 Euros, allerdings braucht es dafür I2C oder SPI Bus und das ist bei der TF-Archtektur nicht offen.

 

Ev. lässt sich das mit 2 Line Bricklets jeweils an der Hydraulik lösen die erst dann ein Signal liefern wenn Linien eines Zieltargets (am Wackeltisch ) deckungsgleich sind. Das dürfte aber nur bei kleinen Hub gehen.

[BorgelMorgel]

Moin Moin,

 

vielen Dank für eure Ideen. Ich werde mir die Gegebenheiten noch mal anschauen und vielleicht passt ja was, oder ich kann etwas abwandeln. Der Hub beträgt etwa +/- 50mm. Bei 0 ist der Zylinder jeweils zur Hälfte ausgefahren und der Tisch in Waage.

 

Wie lichtanfällig ist das Line-Bricklet, weil am Einsatzort meist deutliche Lichteinwirkung vorherrschen. Deswegen ist auch das Distansbricklet rausgefallen.

 

Das Hall-Bricklet müsste ja auch gehen, wenn ich an einem Stab einen Magnet an entsprechender Stelle vorbei führe, oder?

 

Gruß

[Nic]

Die max. mögliche Distanz des Line Bricklet liegt nur bis zu 10mm. Also recht nah zum Target, da sollte Lichteinwirkung nicht so stören. Ansonsten etwas abblenden. Wenn es nur um Linienerkennung gehen muss sollte Lichteinwirkung nicht eine so große Rolle spielen zumal der Demonstrator indoor betrieben wird, bei Distanzmessung stimme ich dir zu.

 

Wenn ich Deine Bilder richtig deute ist der Tisch in seiner Mitte am Kardan "aufgehängt" ?! Dann hast Du nicht nur in der Vertikalen einen Hub sondern musst auch die Seitwärtsbewegung und die Bewegung quasi in Z-Achse (also auf die Sensoren zu) beachten, dann würde ich ev. eher zu mehreren Sensoren tendieren, wenn die Ausgleichs-Bewegung recht flott ist.

 

Der Hall braucht einen gewissen Mindestabstand je nach Feldstärke des Magneten damit er "schaltet". Ev. auf das Magnetfeld der Motoren achten damit diese nicht den Hall stören.

[BorgelMorgel]

@Nic

 

Danke für die Hinweise. Die Platte ist mit einem Kardangelenk in der Mitte gelagert, wie du richtig erkannt hast. Da ich aber nur zwei Hydraulikzylinder habe und somit nur zwei Achsen bewegen kann, sind die Diagonalen egal. Ich hab ein Bild angefügt. Ich würde zwei Hall Sensoren benötigen und jeweils gegenüber des Zylinders prüfen, ob der Magnet "da" ist oder nicht. Die Prüfung soll zur automatischen Rückstellung des Tisches dienen und mit dem Taster im Joystick ausgelöst werden. Es soll erst die eine Achse und dann die andere Achse in Ausgangsstellung verfahren werden.

 

Mit den Line Bricklet sollte das auch möglich sein, wenn man statt einem Magnet einen schwarzen Stick auf den geführten Stab positioniert.

 

Das Magnetfeld des Motors ist hoffentlich weit genug entfernt. Ich hoffe das ich hier keinen Denkfehler habe und ich das so umsetzten kann.

[Nic]

Vorher weißt du wenn Du nicht davorstehst, in welche Richtung du gegensteuern musst ? Wäre da zumindest ein 2.Hall nicht notwendig, sozusagen wie beim Encoder die Phasenverschiebung die Richtungsinfo gibt. Bei der Skizze kann man nicht so gut sehen ob die Hydraulikzylinder direkt gegenüber oder diametral stehen ?

[BorgelMorgel]

Danke Nic, da stand ich tatsächlich in einem Fettnapf. Natürlich weis der jetzt nicht in welche Richtung er steuern/verfahren soll. Ich habe ja keine Weginformation wie zum Beispiel: Weg liegt zwischen 50 und 100mm -> fahre aus!

 

Was meinst du mit zwei Hall Bricklets? Die sollte dem Zylinder direkt gegenüber liegen. Das Bild zeigt einen Schnitt durch eine Mittelebene. Da ich zwei Zylinder habe, brauch ich ohnehin zwei Hall Bricklets. Oder meinst du 2 für eine Achse? Wie das beim Encoder geht, hab ich mir noch nicht angeschaut. Was wäre wenn man auf dem Messstab einen Mittelmagneten anbringt und nach oben weitere drei Magneten und nach unten zwei. Der Hall merkt ja ob sich was ändert oder nicht und man könnte die Anzahl der Änderungen auf eine Variable legen und beim Rückstellscript vorher Prüfen. Zum Beispiel i = 3 -> fahre aus! Der Programmieraufwand sollte sich in Grenzen halten. Man müsste ihn dann nur subtrahieren lassen, bis i = 0 ist und er den Mittelmagneten erreicht hat. Für eine einfachere Lösung bin ich natürlich auch zu haben 

[rifmetroid]

Moin,

bist du dir sicher, dass das DistanceBricklet rausfällt? Habt ihr das mal getestet? Der Aufbau sieht für mich auf den Bildern so aus, als ob man die eigentlicht optimal an der Innenseite der oberen Querstreben anbringen könnte und dann einfach nach oben gegen die Holzplatte misst. Damit würdest du am Einfachsten zum Ziel kommen und so, wie es auf den Bildern aussieht ist es doch auch gegen Lichteinwirkung sehr gut geschützt in dem Bereich.

Oder habt ihr vor, den Tisch von unten zu beleuchten? Dann ist es in der Tat mit dem DistanceBricklet sehr schwierig, es sei denn man baut eine kleine Holzverschalung rundrum, die genug Spiel gibt, dass das DistanceBricklet nicht abgeschert wird, aber von der Lichteinstrahlung geschützt wird.

[BorgelMorgel]

@rifmetroid

 

Ich habe von der oberen Querstrebe bis zur Unterseite der Tischplatte 65mm in Waage. Je nach Messposition steigt der Wert auf 120mm oder sinkt auf 10mm. Ich habe das Distance Bricklet mit 2Y0A21 Sensor, der einen Messbereich von 100 bis 800 mm hat. Folglich liegt diese Position außerhalb des Messbereiches.

 

Ich hab auch eine Weile überlegt, ob man es nicht an der Tischplatte befestigt, pendelnd, so dass es immer senkrecht nach unten schaut und diesen Abstand misst. Hier ist der Aufwand sehr hoch und ich müsste außerhalb der Zylinderebene Messen, da sich dort ein Rahmenkreuz befindet, in deren Mittelpunkt das Kardangelenk sitzt. Unten hab ich auch unterschiedliche Bedingungen bzw. Bebauungen die mich da einschränken.

 

Ich werde es dennoch mal mit dem Sensor den ich da hab probieren und ihn etwas weiter unten anbringen. In der Hoffnung, dass das einfallende Licht von oben nicht zu stark stört.

[Nic]

Was meinst du mit zwei Hall Bricklets?

2 Hall pro Hubachse, parallel zur Hubrichtung angeordnet. Damit bekommst Du 2 Signale pro Achse aber zeitversetzt, welcher Sensor sich zuerst meldet bestimmt die Richtung.

 

PS: Schau dir mal den ADXL330 von Segor als preisliche Alternative an und lies dir das ct Projekt mal genau durch:

http://www.heise.de/ct/artikel/Shake-rattle-n-roll-292164.html

Wenn ich es richtig lese gibt das Beschleunigungsboard die Achsen als Analog Werte zurück.