Griffplatte

Aufgabenstellung

Im Rahmen des Projektlabors WS 2011/12 hatten wir die
Aufgabe eine Griffkonstruktion für ein sicheres Anheben des Roboters zu
konstruieren.

 

Ist-Stand

Zu Projektbeginn war weder ein Griff noch eine
Tragevorrichtung am Roboter angebracht. Wo durch bei der Ideensammlung auf
keine vorhandenen Konzepte Rücksicht genommen werden muss.

 

 

Projektdurchführung

Ideensammlung

Die Ideensammlung wurde durch folgende Rahmenbedingungen
eingeschränkt. Aufgrund Festigkeitseigenschaften des bestehenden Gehäuses des
Roboters war die Möglichkeit zur Anbringung von Griffen beschränkt.

 

Konzepte & Entwürfe

Nach Sichtung des Roboters und dessen Bestandteile wurden drei
mögliche Anbindungspunkte für die Griffkonstruktion gefunden. Der stabilste
Punkt am Roboter ist die Achskonstruktion, die die Verbindung zwischen Achse
und Gehäuse herstellt (blaue Markierung). Die zweite Möglichkeit zur
Befestigung eines Griffes wären die Achsschenkel (gelbe Markierung), an denen
die Antriebsräder befestigt sind. Diese Variante sollte nicht in Betracht
gezogen werden, da durch die bewegliche Achse ein stabiles Tragen des Roboters
nur sehr schwer zu realisieren ist. Die dritte Möglichkeit zur Befestigung ist
das Aluminiumgehäuse in dem der Akku und die Motorsteuerung untergebracht sind
(grüne Markierung).

Gliederung Roboteraufbau für Griffanbringung

Der umzusetzende Entwurf sieht eine Aluminiumplatte vor die zwischen dem Aluminiumgehäuse und dem Kunststoffgehäuse des Rechners angebracht werden soll.

Entwurfsskizze Griffplatte

Die Stabilität der Griffplatte haben wir vorab mit einer FEM-Simulation ausgelotet um die ideale Blechstärke zu ermitteln

Ergebnis FEM-Simulation (Verschiebungsanalyse) der Griffblechkonstruktion

 

Umsetzung

Zur Fertigung der
Griffplatte hatten wir die Möglichkeit das Aluminiumblech lasern zu lassen.
Hierzu mussten wir nur eine Zeichnungsableitung der 3D-CAD-Daten vorbereiten
und zur Verfügung stellen.

Fertigungszeichnung der Griffplatte

Die Bohrungen zur Befestigung und Anbringung der Elektronikkomponenten wurden erst bei der Montage angebracht um eine passgenaue  Positionierung zu gewährleisten.

Bevor wir die Bauteile montieren konnten mussten wir den Roboter erst demontieren. Hierbei war es auch nötig die Kabelverbindungen zu trennen.

 

geöffnetes Akkugehäuse

Die Kabelanschlüsse wurden im Schaltplan gekennzeichnet und mit Fotos dokumentiert um einen korrekten Anschluss zu gewährleisten. Danach konnte mit der Demontage der Deckelkomponenten begonnen werden.

 

geöffnetes Rechnergehäuse

Zu Beginn wurde die Grundplatte vom Deckel abgetrennt. Danach wurde die Verschraubungen der Hardware-Komponente entfernt gleichzeitig musste die verklebte Gehäusekontur gelöst werden, da beide mit einander verbunden waren. Anschließend musste noch der Lasersensor entfernt werden und zum Schluss wurden noch die Klettverschlüsse von der Grundplatte gelöst.

Danach konnte die Montage der Griffplatte vorbereitet werden. Hierzu mussten die Bohrungen zur Befestigung der Hardware-Komponenten, des Deckels, der Pan-Tilt-Einheit sowie des Lasersensor angerissen und gebohrt werden. Danach musste die Griffplatte und die Gehäusekontur für die Klebung durch anrauen und säubern der Klebestellen vorbereitet werden.

Anschließend konnte mit der Montage begonnen werden. Hier wurde die Griffplatte mit dem Deckel verschraubt. Danach wurde die Hardware-Komponente mit der Griffplatte verschraubt und die Gehäusekontur mit der Griffplatte verklebt. Nach dem Aushärten des Klebers konnten nach der Positionierung des Gehäusedeckels die Klettverschlüsse wieder angebracht werden.

Nachfolgend mussten noch die Verschraubungsverstärkungen am Akkugehäuse angebracht werden. Hierzu mussten die bestehenden Löcher aufgebohrt und die Nietverbindungen gelöst werden, welche durch Linsenkopfschrauben zur Fixierung der Verschraubungsverstärkungen ersetzt wurden.

Um die Funktionsfähigkeit des Roboters wieder herzustellen mussten die Kabelverbindungen wieder angebracht werden. Um die Haptik der Griffe zu optimieren wurden die Griffflächen mit gewobenem Industrieklebeband umwickelt. Die Abbildung zeigt unserer Meinung nach das Ergebnis eines gelungenen Optimierungsumbaus.

 

montierte Grundplatte

Testphase

Die Funktion und Stabilität
konnte direkt nach Montage getestet werden. Hierbei wurde der Roboter auf zwei
verschiedene Weisen getragen. Zum Einen am Griff, durch eine Person und zum
Anderen durch je eine Person auf jeder Seite. Dies wurde über eine größere
Distanz transportiert, hierbei waren keine Auffälligkeiten oder Schäden
festzustellen. (siehe Video: http://youtu.be/1ez5DBX9-y4)

 

Notausfunktion

Aufgabenstellung
Im Rahmen des Projektlabors WS 2011/12 hatten wir die Aufgabe eine Not-Aus-Schalterfunktion mittels eines Not-Aus-Tasters zu ermöglichen. Mit diesem soll bei einer Fehlfunktion der Roboter schnell und zuverlässig zum Stillstand gebracht werden. Folgende Rahmenbedingungen müssen bei der Umsetzung eingehalten werden. Der Not-Aus-Taster muss jederzeit erreichbar sein. Des Weiteren muss der Taster in die bestehende Elektronik integriert werden und mit einer Steckverbindung ausgeführt werden, um diesen vom Roboter entfernen zu können.

Ist-Stand
Eine entsprechende Not-Aus-Funktion ist zu Beginn des Projektes nicht gegeben. Auch sind keine Dokumente zur Elektronik, ins Besondere ein Schaltplan der Stromversorgung, vorhanden.

Projektdurchführung
Konzepte & Entwürfe
Um eine strukturierte Vorgehensweise zu ermöglichen war es als erster Schritt nötig einen Schaltplan der Stromversorgung zu erstellen, dieser war sehr wichtig zur Konzeptfindung. Es ergaben sich zwei Möglichkeiten zur Unterbrechung der Stromversorgung. Zum einen die Unterbrechung des kompletten Roboters an der Batterie und zum anderen die Stromversorgung des Antriebs zu unterbrechen.

Umsetzung
Nach Bewertung der beiden Konzepte entschieden wir uns für die Umsetzung der Unterbrechung der Stromversorgung der Antriebssteuerung.
Zur Prüfung der geplanten Positionierung haben wir ein CAD Modell des Not-Aus-Tasters erstellt und auf den vorhandenen CAD-Daten des Roboters platziert.

CAD-Modell mit positioniertem Not-Aus-Taster

Nach der Besorgung des Not-Aus-Tasters im Elektrogroßhandel musste dieser auf dem Robotergehäuse angebracht und in die Schaltung integriert werden. Da dieser mit dem Gehäuse verschraubt wurde musste die Verkabelung mit einer Steckverbindung versehen werden, um den Gehäusedeckel komplett abnehmen zu können.

Deckelinnenseite mit Chinch-Stecker

Gegenstück (Platine, blaue Markierung) Chinch-Stecker

Vorteil des Not-Aus-Tasters mit Steckverbindung ist, dass
bei vollständiger Abnahme des Gehäusedeckels die Stromzufuhr für die Räder
unterbrochen ist. Somit ist keine versehentliche Ansteuerung der Räder möglich
und kann mit einer zusätzlichen Sicherheit an dem „offenen“ Roboter schrauben.

 

Bei durchgeführten Testläufen konnte die Funktionsfähigkeit  der Entwicklung belegt werden. (siehe Video: http://youtu.be/UHDbIwFecjU)

auf Floribot montiertert Not-Aus-Taster

 

 

Ablage

Im Rahmen des Projektlabors im Wintersemester 2011/2012 war es unsere Aufgabe einen Unterbau zu konstruieren, entwickeln und zu bauen, auf dem der Roboter sicher abgelegt werden kann.

Zu Beginn diente ein einfacher Pappkarton als Ablagemöglichkeit

Explorer auf Pappkarton

Nach Absprache mit Prof. Dr.-Ing Heverhagen war unser Ziel eine Ablage aus Bosch-Profilen zu fertigen. Diese sollte einen sicheren Stand gewährleisten, sowie es den Rädern zu ermöglichen sich frei zu drehen.

Zunächst erstellten wir einige Entwürfe im CAD bis wir schließlich zu folgendem Ergebnis kamen:

Finale CAD-Version

Nach einer weiteren Besprechung bekamen wir die Fertigungsfreigabe. Passende Profile waren an der Hochschule vorhanden, also konnten wir diese ablängen und das Gerüst fertigen. Alle anderen Teile wurden im Anschluss gefertigt oder bestellt.

Nach einigen Versuchsdurchläufen und Verbesserungen war die Ablage bereit zur Übergabe.

Explorer auf neuer Ablage

Die endgültige Ausstattung umfasst eine Schublade zur Unterbringung von Ladegeräten und Werkzeug, höhenverstellbare Füße, Einführhilfen, Kegel zur Zentrierung und Befestigung, sowie eine Halterung für das Gehäuseoberteil.

Demonstration der Schublade

Selecting and Buying of the Robot Base

Since a few years I’m a fan of the “Field Robot Event“, so I decided to take part in this event in the future.The year 2010 was gone with some research about commercially available robot bases and with selecting and buying the robot base. Some of my criteria were:

  • must work in an outdoor environment
  • robot width should be about 45 cm
  • robot equipped with drive (servos, encoder, wheels, gear, …), laser scanner, camera, embedded PC, software framework (i.e. player/stage, ROS, …)

After all I had two main favorits:

After I got some quotes for the two robot bases I had to decide for the CoroWare Explorer, mainly because of the budget.

The robot was build and shipped in the end of 2010. Finally I saw the robot for the first time end of January 2011.

Torsten