Meeting Projektlabor 25.10.2012

Teilnehmer: Torsten Heverhagen, Shao Yao Ng, Andreas Gerster, Sven Gerner, Manuel Trunk, Phillip Groß, Henning Walch

  • Präsentation der verschiedenen Konzepte
  • weitere Anforderungen an die Projektaufgabe: – Abdeckung für Anschlüsse am Mainboard realisieren, – Not-Aus-Schalter durch einen kleineren ersetzen,- modulare Erweiterung aufzeigen für zusätzliche Ebenen,- Anschläge für Laptop, man muss seitlich gut herankommen, – an weitere Kabel denken die auch noch später nach unten geführt werden müssen
  • alfer Aluprofile im Baumarkt recherieren
  • Konzepte von der Kaufvariante und der Bosch Profil Lösung überarbeiten
  • Vor Änderungen an der Elektronik immer Rücksprache mit Herrn Heverhagen und Herrn Preyl!!!
  • den alten Aufbau solange beibehalten, bis wir das Okay von Herrn Heverhagen für das neue Gehäuse bekommen haben!

Meeting Projektlabor 18.10.2012

Teilnehmer: Torsten Heverhagen, Shao Yao Ng, Andreas Gerster, Sven Gerner, Manuel Trunk, Phillip Groß, Henning Walch

  • Aufnahme der Gruppenmitglieder in baseline.hs-heilbronn.de
  • Besprechung des Projektplanes. Anforderung: – große Pakete mit weniger Details, – Einzelnamen hinter Teilaufgaben
  • Morphologischer Kasten besprochen
  • weitere Anforderungen an die Projektaufgabe: – USB Stecker müssen gut erreichbar sein, – CPU Lüfter braucht Platz (Belüftung), – an weitere USB Ports denken (10), -zweites Mainboard Formfaktor EBX gleiche Größe wie vorhandenes
  • Informationen über Tortoise SVN
  • Vor Änderungen an der Elektronik immer Rücksprache mit Herrn Heverhagen und Herrn Preyl!!!
  • den alten Aufbau solange beibehalten, bis wir das Okay von Herrn Heverhagen für das neue Gehäuse bekommen haben!

Meeting Projektlabor WS2012

Teilnehmer: Torsten Heverhagen, Shao Yao Ng, Andreas Gerster, Sven Gerner, Manuel Trunk, Phillip Groß, Henning Walch

  • Informationen zum Field Robot Event: www.fieldrobot.com
  • Blog zum Projekt FloriBot www.floribot.de (bitte anmelden)
  • Projektmanagement und Versionskontrolle: baseline.hs-heilbronn.de (mit HRZ Account anmelden)
  • Schlüssel für das Labor erst nächste Woche verfügbar
  • Aufgabenstellung: Projektlabor2_Konstruktive Anpassungen
  • Schaltplan: Der aktuelle Schaltplan beinhaltet bisher nur die Stromversorgung und das Not-Aus und muss deshalb ergänzt werden.
  • Vor Änderungen an der Elektronik bitte Rücksprache mit Herrn Heverhagen und Herrn Preyl
  • Bestellungen müssen vorher immer mit Herrn Walch abgesprochen werden.

Fertigungsphase der ausgearbeiteten Konzepte

Laseranbringung

Die Fertigung erfolgte bei der Firma Feurer Metalltechnik GmbH, welches einige Vorteile und Nachteile bei der Fertigung mit sich brachte.

Die benötigten Teile aus Aluminiumblech wurden zunächst durch eine Schlagschere aus einer Blechtafel geschnitten.
Dazu wurde zunächst die Anfangs- und Endpunkte der Langlöcher, sowie die Bohrungen der anderen Teile, angerissen und mit dem Durchmesser 10mm gebohrt, und anschließend mit dem Winkelschleifer die Fläche zwischen den Löchern herausgetrennt. Anschließend wurde das U-Profil, der Haltewinkel und die Kastenabdeckung mit einer Biegebank gebogen und wie alle anderen Teile anschließend entgratet. Danach wurde das Gegenblech aus Stahl nach dem gleichen Schema gefertigt.

Die Bearbeitung des Kastens erfolgte ebenfalls zunächst mit einem Winkelschleifer, um den Sichtschlitz herauszutrennen, anschließend wurden die Löcher zur Befestigung der Grundplatte gebohrt.

Die Benutzung des Winkelschleifers machte leider ein Nachfeilen der Teile nötig und ließ das Ergebnis etwas ungenau, aber trotzdem voll funktionsfähig werden. Dagegen war das Biegen der Bleche mit der vorhandenen Abkantbank sehr einfach und genau und die Teile Konnten ohne manuelle Nachbearbeitung direkt verwendet werden.

Bei der Fertigung des ersten Konzepts wurde genauso vorgegangen, mit dem Unterschied das die Teile dort per MAG Schweißverfahren miteinander verschweißt wurden.

Greifer

Nachdem die Entscheidung über die Art der Greifvorrichtung gefallen war, wurden zunächst mit „Catia V5 R19“ einige Modelle erstellt und diese optimiert. Beispielsweise wurde die Greiferarm Geometrie mittels FEM-Berechnung optimiert (Siehe Anhang).

Bei der Auslegung wurde außerdem auf eine mehrfache Sicherheit geachtet, sodass selbst bei nicht optimalen Bedingungen (wie sie z.B.: beim Wettbewerb auftreten können) trotzdem ein sicherer Transport gewährleistet werden kann. Daher würde bei der FEM mit 10kg Lagerlast gerechnet.

Relativ schnell kristallisierte sich die endgültige Version des Greifers heraus. Aus diesem CAD-Modell wurden die benötigten Zeichnungen für die Konstruktion erstellt

Hieraus ging die Benötigte Materialliste hervor, die an Herrn Walch weitergegeben wurde. Nach ca sieben Tagen Wartezeit konnte mit der Fertigung der Teile begonnen werden.

Der Prototyp wurde Extern bei Firma „SCHEUERLE Fahrzeugfabrik GmbH“ gefertigt. Erste Versuche mit der neuen Greifeinheit wurden unmittelbar nach Fertigstellung der Teile unternommen. Im Anschluss folgten einige kleinere Änderungen, die ebenfalls im CAD übernommen wurden. Markante Merkmale dieser Greiflösung sind zum Beispiel die Keilförmige Befestigung des Greifers an der Pan-Tilt-Einheit, diese dient dazu den Greifer Optimal und Platzsparend beim Anfahren zu Positionieren. Durch seine Form ist es dem Greifer möglich unterhalb der Laseranbringung mit dem Greifvorgang zu beginnen.

Die Zwangssteuerung der Greifeinheit stellte wurde mittels höhenverstellbarer, Seitlich liegender Anschlagsschraube gelöst. Diese Schraube biete im Tiefsten Punkt einen Anschlag des Gelagerten Greifers, so dass er sich in Anfahrposition Horizontal Ausrichtet. Nachdem Der Top aufgenommen wurde und der Hub beginnt, ermöglicht der verbleibende Freiheitsgrad der Greifeinheit eine konstant Horizontale Ausrichtung der Last durch ihre Gewichtskraft. Dies wird durch die Lage des Schwerpunktes auf der Drehachse (bzw. bei kleineren Töpfen: hinter der Drehachse) realisiert.

Die Einheit wurde für eine neue Pan-Tilt-Einheit ausgelegt, welche leider nicht Rechtzeitig zum Wettbewerb geliefert werden konnte. Dies hatte zur Folge, dass die Greifeinheit leider nicht am Wettbewerb zum Einsatz kommen konnte, da die Verbaute Pan-Tilt-Einheit zu schwach war um den Lastfreien Greifer zu heben.

Nachträglich sollte noch eine neue Version des Greifers für den Wettbewerb erstellt werden, jedoch wurde dieses Vorhaben von Herrn Prof. Dr.-Ing. Heverhagen eingestellt.

 

Möglichkeit zur Gewichtsreduktion wäre zum Beispiel die Verwendung eines anderen Werkstoffs. Hierzu würde sich DUR-Aluminium eignen. Es besitz ähnliche Eigenschaften wie Stahl und hat dabei eine wesentlich niedrigere Dichte. Auf Grund des hohen Preises wurde der Prototyp jedoch nicht aus diesem Material gefertigt. Anderer Lösungsansatz wäre Beispielsweise eine Verminderung der Positionen. So könnte (bei konstanter Förderung einer einzelnen Topf-art) die Breitenverstellung entfallen oder aber auch die Höhenverstellung. Um auf ein minimales Gewicht zu erreichen sollte jedoch auf einen anderen Lösungsansatz zurückgegriffen werden.

Schutzabdeckung

Das Schutzgehäuse wurde am 07.05.2012 in Ludwigsburg bei Mann+ Hummel GmbH gefertigt. Dazu machte ich telefonisch einen Termin mit Herrn Holzinger meinem ehemaligen Meister in der Lehrwerkstatt aus. Ich brachte 2 Alustangen aus dem Hochschullager mit und suchte mir bei Mann+ Hummel eine Lexanplatte (Polycarbonat) heraus die ich an der Schlagschere zurecht schnitt. Polycarbonat hat den Vorteil das es im Gegenteil zu Plexiglas schlagzäh ist und eine hohe Festigkeit aufweißt. Dabei ist es transparent und man kann es kaltumformen ohne das Risse entstehen.

Ich entgratete es mit einem Blech und programmierte an der CNC- Fräsmaschine eine 45mm große Kreistasche, die das  Loch für den Notausschalter bildete. In einem zweiten Schritt bohrte ich die 5mm Löcher für die Befestigung mit den Alustangen. Diese bearbeitete ich mit der Fräsmaschine auf Maß und fräßte seitlich die gezeichnete Kontur ein, die oberhalb der Steuerknöpfe und Schnittstellen des Roboters vorbei führen soll. Ich bohrte zur Befestigung mit der Lexanplatte jeweils 4 Löcher und schnitt ein Gewinde ein damit man es mit Schrauben befestigen konnte. Die Lexanplatte sägte ich am Rand mit einer Bandsäge ein Stück ein damit es über die Grundplatte des Roboters passt und bog sie anschließend nach meiner CAD- Zeichnung an der Blechbiegemaschine. Am Schluss verschraubte ich die Alustangen mit der Lexanplatte.

In der Kunststoffwerkstatt der Hochschule, verschraubte ich die Schieberiegel mit den Alustangen. In einem zweiten Schritt verklebten wir die wasserfeste Folie mit Panzertape an der Schutzabdeckung und klebten ein Kunststoffrestposten oberhalb der Notausöffnung mit Loctite 401.

  • Fräsen der Alustangen
  • Materialbesorgung ( Lexanplatte)
  • Abtrennen auf Maß mit der Schlagschere
  • Bearbeiten mit Bohrmaschine, Bandsäge und Fräsmaschine
  • Kaltumformen an der Biegemaschine
  • Montage

 

Konzeptphase

Laseranbringung

Die Konzeptphase bestand in unserem Fall aus zwei Teilen. Im ersten Teil wurde nach kurzem Brainstorming ein einziges Konzept weiter ausgearbeitet. Als erstes wurde sich darauf geeinigt, einen Kasten mit „Sichtschlitz“ für den Laser zu bauen, in dem der Laser festgeschraubt wird. Der Laser sollte dabei auf eine Grundplatte geschraubt werden, welche durch Winkelstahl an den Kasten geschraubt wird. Der Kasten selbst sollte zunächst aus zwei zusammengeschweißten VA2 Winkelprofilen bestehen, was allerdings aus Gründen der Einfachheit nicht durchgeführt wurde und stattdessen ein 70x70mm Aluminiumrohr zum Einsatz kam.

Die Anbringung in diesem Konzept besteht aus einem 60mm breiten Flachstahl an den ein aus 30mm Flachstahl gefertigtes L-Profil angeschweißt wurde. An beiden Profilen waren Langlöcher vorgesehen, um den Laser in einem bestimmten Bereich in horizontaler und vertikaler Richtung verstellen zu können.

Teil zwei der Konzeptphase begann nach ersten Testläufen mit dem bereits fertiggesellten ersten Konzept. Bei den Testläufen fiel auf, dass u.a. der Akkuwechsel des Roboters auf Grund der Anbringung zu lange dauern würde, die Verstell Möglichkeit in der vertikalen Einschränkungen hatte und die Konstruktion aus Gewichtsgründen teilweise aus Aluminium gefertigt werden sollte. Dabei wurden zwei Konzepte entwickelt, welche die Anbringung vom Akkukasten lösen und die Verwendung von Aluminiumbauteilen ermöglichten.

Nach Beratung mit Prof. Heverhagen wurde das U-Profil ausgewählt.

Greifer

Der Schwerpunkt bei dieser Projektarbeit liegt bei der konstruktiven Entwicklung einer Greifmöglichkeit  für Rosentöpfe. Die Ideensammlung wurde hierbei durch folgende Randbedingungen eingeschränkt:

  •  Es ist darauf zu achten, möglichst keine Verbreiterung oder Verlängerung des aktuellen Roboteraufbaus vorzunehmen. Die Möglichkeit der Anbringung zusätzlicher Anbauten ist hierbei durch die bereits vorhandene Griffplatte stark eingeschränkt.
  • Es soll ein bepflanzter Blumentopf (Topf+ Rosenpflanze + Erde), Gesamtgewicht ca. 2-3 kg angehoben und transportiert werden können. Das bedeutet, dass die Greiferkonstruktion die nötige Stabilität unter Berücksichtigung des Gesamtgewichts vorweisen muss. Es ist darauf zu achten, dass vor allem beim Anhebevorgang eine Kippgefahr des Roboters aufgrund der zusätzlichen Last vermieden wird. Des Weiteren sollte der Blumentopf so angehoben und transportiert werden, dass der Roboter nicht von herausfallender Erde getroffen wird und es als Folge eventuell zu Beschädigungen kommen kann.
  • Eine Möglichkeit zur Höhen- und Breiteneinstellung der Greiferkonstruktion muss gegeben sein.  Eine Konstruktive Lösung ist hierbei durch die Abmessungen des Roboters eingeschränkt. Es ist auf eine ausreichende Bodenfreiheit zu achten. Außerdem ist durch die zusätzliche Laseranbringung die Bewegungsmöglichkeit des Greifers bezüglich des Anhebens und Absenkens des Blumentopfes eingeschränkt.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen wurden jeweils zwei Konzepte mit und ohne Verwendung der Pan-Tilt-Einheit ausgearbeitet.

Greiferkonzept mit PTU

Konzept 1: Pan-Tilt-Einheit + Linearantrieb:

Vorteile:                                                                                      

  •  Nur ein Linearantrieb → geringe Kosten
  • Geringer Aufwand → Pan-Tilt-Einheit muss nicht abgebaut werden
  • Langer Hub

Nachteile:

  • Großer Hebelarm
  • Kein Greifmechanismus → genau anfahren/Kippgefahr
  • Rutschgefahr des Blumentopfes beim Schwenken → zusätzlicher Schutz vor herabfallender Erde notwendig
  • Hohes Gewicht aufgrund Verwendung der Pan-Tilt-Einheit

Konzept 2: Pan-Tilt-Einheit + Gelenk

Vorteile:

  • Keine zusätzlichen Antriebe für Greifermechanismus → geringe Kosten
  • Geringer Aufwand → Pan-Tilt-Einheit muss nicht abgebaut werden
  • Blumentopf bleibt durch Gelenk immer in horizontaler Lage → geringe bis keine Kipp-/Rutschgefahr

Nachteile:

  •  Langer Hub
  • Großer Hebelarm
  • Kein Greifmechanismus → genau anfahren
  • Hohes Gewicht aufgrund Verwendung der Pan-Tilt-Einheit

Greiferkonzepte ohne PTU

Konzept 3: Linearantrieb

Vorteile:

  • Nur ein Linearantrieb → geringe Kosten
  • Weniger Gewicht auf Trägerplatte
  • Keine Kipp-/Rutschgefahr, da ohne Pan-Tilt

Nachteile:

  •  kein sicherer Griff →geringe Auflagefläche
  •  größerer Hub

Konzept 4: 2 Linearantriebe; Prallel-/Winkelgreifer

Vorteile:

  • sicherer Griff durch Greifmechanismus → 2-3 Auflagepunkte
  • geringerer Hub
  • kleinerer Hebelarm

Nachteile:

  • 2 Antriebe → höhere Kosten
  • höheres Gewicht

Nach der Vorstellung der einzelnen Greiferkonzepte wurden auf Wunsch von Herrn Heverhagen nur die Konzepte weiterverfolgt, die den aktuellen Aufbau mit Pan-Tilt-Einheit vorsehen. Aufgrund dieser Festlegung wurden zu den zwei bestehenden Konzepten, zwei weitere Konzepte ausgearbeitet (Konzept 5: Greiferbacke und Konzept 6: Motor mit Verdrehscheibe). Im Anschluss darauf, wurden Konzept 2, Konzept 5 und Konzept 6 zusätzlich in Catia V5 auskonstruiert.

Konzept 5: Pan-Tilt-Einheit + Greifbacke

Vorteile:

  •  keine zusätzlichen Antriebe für Greifermechanismus → geringe Kosten
  • Geringer Aufwand → Pan-Tilt-Einheit muss nicht abgebaut werden
  • Blumentopf bleibt durch drehbar gelagerte Greifbacke in horizontaler Lage → reduzierte Kippgefahr

Nachteile:

  • Blumentopf muss sehr genau angefahren werden, damit Greifbacke richtig an Topf angreift → kein Greifmechanismus
  • Herstellung aufwendig → Kosten
  • hohes Gewicht aufgrund Verwendung der Pan-Tilt-Einheit
  • nicht anpassbar an verschiedene Blumentopfdurchmesser

Konzept 6: Pan-Tilt-Einheit + Motor mit Verdrehscheibe

Vorteile:

  • sicherer Griff durch Greifmechanismus → 2-3 Auflagepunkte
  • Geringer Aufwand → Pan-Tilt-Einheit muss nicht abgebaut werden
  • Blumentopf bleibt durch drehbar gelagerte Greifarme in horizontaler Lage → reduzierte Kippgefahr
  • Anpassung an Blumentopfdurchmesser möglich

Nachteile:

  •  zusätzlicher Antrieb für Greifermechanismus

→ höhere Kosten

→Motor muss sehr genau angesteuert werden

→höherer softwaretechnischer Aufwand

  • höheres Gewicht
  • Verkabelung problematisch, da sich Motor immer mitbewegt

Konzeptbewertung und Entscheidungsfindung:

 

Um eine qualitative Aussage darüber zu machen, in wie weit die erarbeiteten Konzepte die gestellten Anforderungen erfüllen, haben wir zunächst Kriterien aufgestellt. Diese werden in ein einer Matrix gegenübergestellt und auf ihre Wichtigkeit hin verglichen (siehe Anhang). Mit Hilfe der vorgenommenen Kriteriengewichtung kann die Bewertung der Lösungskonzepte erfolgen. Die Auswertung ergab hierbei, dass Konzept2: Pan-Tilt +Gelenk mit 75,45% den höchsten Erfüllungsgrad aller verglichenen Lösungskonzepte besitzt (siehe Anhang). Dieses Lösungskonzept wurde zudem auch schon vorab von Herrn Heverhagen in einer Rapid Prototyping Version, bestehend aus Elementen aus einem Metallbaukasten, angefertigt, um die Anfahrsituation an den Blumentopf zu simulieren und dabei wichtige Erkenntnisse für den weiteren Entwicklungsprozess von Soft- und Hardware zu sammeln.

Greiferkonzept mit Seilzug

Die Aufgabe bestand darin einen 2. Greifer zu konstruieren der der als Ersatzgreifer dienen soll, falls der 1. Greifer ausgetauscht werden muss. Der Greifer sollte so konstruiert werden dass er, unabhängig vom Gewicht des Blumentopfes, beim anheben nicht nach vorne kippt. Nachdem der Blumentopf hochgehoben wurde, sollte der Greifer den Blumentopf am höchsten Punkt in der Waagrechten halten um Ihn beim Fahren stabil zu halten und vor dem Kippen zu schützen.

Ausgangslage

Als Grundlage für den Greifer diente ein Prototyp den Hr. Heverhagen schon konstuiert hatte. Der Greifer mit den Materialien angefertigt die in dem Baukasten im Labor zur Verfügung standen. Dadurch wurde eine leichte Konstruktion des Greifers möglich und es wurden keine zusätzlichen Materialien benötigt. Das hat den Vorteil dass das zusätzliche Gewicht des Greifers für den Motor der Pantilteinheit keine größere Belastung darstellt.  Das Grundprinzip von Hr. Heverhagens Konstruktion wurde beibehalten, jedoch wurde die Winkelveränderung und die damit verbundene Änderung der Seillänge, beim Anheben und Ablassen des Blumentopfes, verändert.

Realisierung

Als erstes wurde die Breite des Greifers den offiziellen Blumentöpfen angepasst und schließend mit Hilfe von Panzertape eine Oberfläche gebildet die eine größere Haftung erzeugt und damit den Blumentopf zusätzlich beim An-und Abheben stabilisiert.

Anschließend wurde mit der Hilfe von einem Paketband die Seiländerung  beim An-und Abheben des Blumentopfes realisiert. Zuerst wurde der Schwerpunkt der „Gabel“ so gesetzt das Sie nach hinten Kippt, was wiederum durch die Paketschnur aufgehalten wird. Dadurch steht die Gabel, beim Anfahren des Blumentopfes, senkrecht zum Gestell des Greifers. Beim Anheben des Blumentopfes verändert sich nun der Schwerpunkt so dass die Gabel nach vorne kippt und der Blumentopf droht nach vorne herunterzufallen. Dem wurde entgegengewirkt indem die Seillänge verkürzt wird und den Blumentopf damit beim Anheben in der Waagerechten hält.

Schutzabdeckung

Die Aufgabe besteht darin ein Schutzgehäuse zu konstruieren und danach zu fertigen. Dieses soll die Steuerung und Elektrik im Grundgehäuse des Roboters vor Regen und Witterung schützen. Gleichzeitig soll es einfach und schnell aufsetzbar sein und dabei eine wasserdichte Öffnung für den NOT-Ausschalter beinhalten.

Zuerst ermittelten wir die Auflagepunkte der Schutzabdeckung, da uns hier nicht viele Möglichkeiten zur Verfügung standen einigten wir uns schnell auf ein Grundgerüst. Dieses sollte seitlich zu den Griffen und auf der Vorderseite aufliegen (3-Punktauflage).

Draufsicht auf das Grundgehäuse, welches geschützt werden soll.

Da diese Auflagepunkte genau an unserm Grundgehäuse anliegen, kann keine Verschiebung der Schutzabdeckung in horizontaler Richtung passieren. Außerdem unterstützt dies auch die Schutzabdeckung in dem sie an den Stellen die nicht als Auflage funktionieren unterhalb des Griffbleches eine Verschiebung verhindern. Somit läuft es geräuscharm und lässt sich problemlos über das Grundgehäuse streifen. Um das Grundgerüst der Schutzabdeckung stabil zu gestalten wählten wir zwei Alustangen die als Auflagen neben den Griffen das meiste Gewicht tragen und für eine gewisse Steifigkeit sorgen. Diese sollten an den Seitenflächen Ausfräsungen haben um beim Aufsetzen der Schutzabdeckung ein Kollidieren mit den Steuerknöpfen zu vermeiden.

Um das Grundgehäuse mit samt dem NOT- Ausschalter abzudecken überlegten wir uns einen Schutz aus Kunststoff zu konstruieren den wir an den Alustangen montieren wollten. Dieser soll über das gesamte Gehäuse wenig Platz einnehmen und leicht zu fertigen sein. Wir entschieden uns für eine transparente Lexanplatte (PC), die sich in die gewünschte Kontur kalt-umformen lässt und Schlagfest ist.

Biegekontur ist oberhalb des Grundgehäuses.

Um die Seiten der Schutzabdeckung wasserfest abzudichten, wählten wir eine Kunststofffolie, die wir entlang der Biegekontur und an den Alustangen mit Klebstoff befestigen. Damit stand unser Grundgerüst fest und wir mussten uns nur noch Gedanken über die Befestigung machen. Die Befestigung soll verhindern, dass sich die Schutzabdeckung bei Bewegungen des Roboters löst und dadurch ungewollte Freiräume zwischen Schutzabdeckung und Roboter entstehen, die einen Eintritt der Witterung und somit eine Beschädigung der Steuerung hervorrufen würden.

Im folgenden ist das CAD-Modell von der Schutzabdeckung zu sehen, ohne Befestigungskonzept:

Die folgenden Konzepte beschränken beziehen sich auf die Befestigung des Schutzmechanismuses an dem Roboter:

1. Konzept: Klippvariante

2. Konzept: Klammervariante

3. Konzept: Klettvariante

4. Konzept: Riegelvariante

Das 4. Konzept, die Riegelvariante, zur Befestigung der Schutzabdeckung ließ sich am einfachsten realisieren. Dazu benötigten wir einfache Schieberiegel, die wir an die Unterseite der Aluprofile schrauben. Somit können nach dem Aufsetzen der Schutzabdeckung die Riegel zu geschoben werden und unter dem Griffblech als Befestigung dienen. Durch zwei kleine Federbleche, die im Riegel integriert sind, wird die Schutzabdeckung bei der Verriegelung auf die Auflagepunkte gepresst und abgedichtet.

 

Planungsphase bis zum Field Robot Event

Im Folgenden werden die Systemanforderungen an die Laseranbringung, die Schutzabdeckung und den Greifer definiert.

Systemanforderungen:

Die Systemanforderungen an die verschiedenen Vorrichtungen sind von entscheidender Rolle, denn sie definieren den weiteren Ablauf des Projektes sowie das Vorgehen.

Systemanforderungen der Laseranbringung:

  • Laser muss bei möglicher Kollision geschützt sein
  • Sichtfeld des Lasers muss 180° betragen
  • Laseranbringung muss in horizontaler und vertikaler Richtung verstellbar sein
  • Laser darf sich beim Fahren des Roboters nicht bewegen
  • Pan-Tilt-Einheit muss oberhalb des Lasergehäuses befestigt werden können
  • Einfache Montage (für schnellen Batteriewechsel)
  • Leicht

Systemanforderungen des Greifers:

  • Vorgegebene Topfgeometire sicher umschließen
  • In Breite und Höhe verstellbar
  • Leicht
  • Kompatibel mit vorgegebener Pan-Tilt-Einheit
  • Einfache Montage / Demontage
  • Sichere Führung des Bewegungsablaufes (Zwangsführung)
  • Möglichst keine Verbreiterung oder Verlängerung des Roboters
  • Gewicht eines Topfes von ca. 2-3 kg anheben zu können

Systemanforderungen der Schutzabdeckung:

  • Schutz vor Regen
  • Leicht
  • Einfache/schnelle Montage
  • Transparent
  • NOT-Ausschalter soll erreichbar sein
  • Erschütterungs-/Schlagfest
  • Geräuscharm (kein Klappern)
  • kompakt

Ziel bis zum Field Robot Event 2012

Damit eine erfolgreiche Teilnahme bei dem Event in den Niederlanden gewährleistet werden kann, müssen noch einige Funktionen des Roboters optimiert oder sogar komplett neu konstruiert und gefertigt werden. Die Optimierungsprozesse in Sachen Steuerung, optische Visualisierung und Kalibrierung des Lasergerätes werden von anderen Studenten im Rahmen von Studienarbeiten oder Projektlaboren realisiert.

Ein Teilziel dieses Projektlabors ist es, eine Vorrichtung zu konstruieren und zu fertigen, die das Lasergerät an eine vordefinierte Stelle fixiert, denn das Lasergerät kommt in allen Aufgaben dieses Events zum Einsatz. Es hat die Aufgabe die Umgebung zu erkennen, anschließend  die Daten an die zu verarbeitende Software weiterzugeben und ein Pfad durch den Blumentopf Parcours zu finden. Bei dem zurückzulegenden Weg kann es sein, dass der Roboter an nassen Rosen vorbeikommt oder sogar mit einem Blumentopf kollidiert. Aus diesem Grund muss die Laservorrichtung so konstruiert werden, dass bei einer möglichen Kollision der Laser nicht zu Schaden kommt.

Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, dass der Bordcomputer des Roboters vor Regen und Witterung geschützt wird. Der Not-Aus Knopf muss weiterhin bedienfähig sein.

Bei einer Aufgabe im Field Robot Event muss der Roboter eine markierte Rose erkennen und diese zum Startpunkt zurücktransportieren. Es ist also erforderlich das der Roboter eine Hebe- und Senkfunktion besitzt, damit die geforderte Pflanze samt dem Blumentopf von A nach B transportiert werden kann.

Stand des Roboters Anfang April 2012

Funktionen ihm bis jetzt zu Verfügung stehen.

Der Roboter kann bisher über seinen Bordcomputer und der integrierten Steuerung die vier Reifen sowie eine Pan-Tilt–Einheit, die an der Vorderseite des Roboters befestigt ist, antreiben. Die Pan-Tilt-Einheit wird dazu eingesetzt, um dem Roboter eine separat ansteuerbare Dreheinheit zu ermöglichen. Diese kann zum Beispiel für Markierungszwecke oder An- und Absenkvorgänge im Field Robot Event  verwendet werden. Die Leistung erhält der „FloriBot“ über einen Leistungsstarken Akkumulator, der sich im inneren des Gehäuses befindet. Über einen Not-Aus Knopf kann das ganze System stillgelegt werden. Die vier untereinander unabhängigen Achsen ermöglichen es dem Roboter über unebenes Gelände zu fahren, ohne dass das Gehäuse seine stabile ausgerichtete Lage verlässt. So kann gewährleistet werden, dass der Roboter sein Ziel immer im Blickfeld hat und es nicht aus „den Augen“ verliert. Zum jetzigen Zeitpunkt kann der Roboter nur über einen Wii-Controller gesteuert werden. Verschiedene Studenten sowie Technische Mitarbeiter/Professoren arbeiten daran, dass der Roboter sich bis zu dem Event autonom bewegt. . Im folgenden Catia-Modell ist der Roboter dargestellt, wie er zurzeit aussieht.

Wie man erkennen kann, fehlen dem Roboter noch einige Komponente, damit er bei den verschiedenen Aufgaben des Field Robot Events bestehen kann. Beispielsweise eine Greifunktion oder eine optische Anbringung die die Umgebung einscannt.

Motivation der Hochschule

In der heutigen Zeit erhält der Ruf einer Universität oder Hochschule einen immer höheren Stellenwert. Die Firmen, bei denen sich die Absolventen bewerben schauen nicht mehr nur auf die Noten, es wird immer mehr auf die Universität/Hochschule geachtet, wo diese her kommen. Es wird zum Beispiel geschaut, wie die Platzierung im EHC-Ranking ist und an was für Veranstaltungen/ Events diese mitgemacht haben. So kann man erkennen, was die einzelnen Hochschulen ausmacht und welche Vor- und Nachteile die Absolventen solch einer Hochschule mit sich bringen. Aus diesem Grund nehmen immer mehr Hochschulen an verschiedenen Veranstaltungen Teil, um Ihr Können unter Beweis zu stellen. Eines dieser Events ist das sogenannte Field Robot Event, an dem viele Hochschulen/Universitäten dieser Welt dran teilnehmen. Bei diesem Event soll festgestellt werden, welche Hochschule den am besten funktionierenden autonomen Roboter baut. Die Aufgaben dieses Roboters sollen die völlig selbstständige Navigation durch ein Rosenfeld, die Markierung bestimmter Zielobjekte (Rosentöpfe) sowie den Abtransport markierter Objekte umfassen. Um all diese Aufgaben erfüllen zu können arbeiten Professoren, Technische Mitarbeiter sowie Studenten unentwegt an diesen Robotern um am Ende dieses Events den Titel einheimsen zu können und damit den Ruhm und das Prestige der Hochschule zukommen zulassen.

Schmalere Abmessungen

Aufgabenstellung

Bei der Teilaufgabe kleinere Außenabmessungen sollten die Abmessungen des Roboters so verkleinert werden, dass er problemlos und mit genügend Abstand zwischen den Blumenkübeln fahren kann. Es musste darauf geachtet werden, dass der Schwerpunkt des Roboters nicht zu hoch gesetzt wird, da sonst Kippgefahr bestand. Die verschiedenen Varianten mussten im Catia CAD Format bereitgestellt werden. Da der Roboter aus den USA kommt, haben die Verbindungselemente keine metrischen, sondern Zoll- Maße. Daher musste auch noch passendes Werkzeug für die Umbauten beschafft werden.

Ist-Stand

Zu Projektbeginn des Projekts hatte der Roboter ein Außenmaß von Rad zu Rad von circa 55 cm. Bei einer Breite der Pflanzenreihen von 75 cm, hätte man auf jeder Seite nur knapp 10 cm Platz. Da die Achsen und der Rahmen des Roboters schon vorgegeben war, waren wir bei der Ideenfindung sehr eingeschränkt.

 

Konzepte & Entwürfe

Nachdem der Roboter gründlich auf sein Verschmälerungspotential untersucht wurde, konnten wir drei Möglichkeiten finden, wie bei dem Roboter die schmäleren Abmessungen realisiert werden könnten. Die erste Möglichkeit wäre, die aktuell aufgezogen Räder durch neue, schmälere Räder zu ersetzt. Dies hätte jedoch zur Folge, dass der Roboter eventuell nicht mehr die nötige Bodenhaftung hat. Insbesondere auf nassem Untergrund könnte dies zu Problemen führen. Die zweite Möglichkeit wäre, die Achsschenkel um 180 Grad zu drehen. Hierzu müsse man die Verschraubung der Achse lösen und den Achsschenkel drehen. Lediglich die Verkabelung könnte hier Schwierigkeiten bereiten, da diese vermutlich zu kurz sein würde. Die letzte Möglichkeit wäre, die Distanzhülsen zwischen Motor und Achse zu entnehmen. Hier würde man mit kleinem Aufwand viel erreichen.

 

Andere Reifen

Mit dieser Lösung könnte man circa 28 mm auf jeder Seite einsparen. Dies geht jedoch zu Lasten der Traktion und der Stabilität. Deshalb wäre dies nur ein Notlösung.

 

 

CAD-Modelle

Um schon vor den Umbauarbeiten einen Überblick über die verschiedenen Varianten zu bekommen, wurden die Modelle erst in Catia modelliert, beziehungsweiße umgebaut, bevor sie in der Realität umgebaut wurden. Hierfür wurden uns die bereits bestehenden CAD Zeichnungen des Roboters von Herrn Bloch zur Verfügung gestellt. Die verschieden Varianten wurden im CAD von Radaußenkante zu Radaußenkante vermessen und sind nun in der Unteransicht dargestellt. Im Folgenden werden die vier Varianten näher beschrieben:

 

 

In Variante eins wurde nichts an dem Roboter verändert. Vor den Umbaumaßnahmen hatte er ein Außenmaß von ca. 540,4 mm. Auf dem Bild kann man die Achsschenkel und die Distanzhülse gut erkennen.

 

 

In der zweiten Variante wurden die vier Distanzhülsen der jeweiligen Motoren entfernt. Dadurch kommt man bei dem Roboter auf ein Maß von 502,4 mm. Das ist eine Einsparung um 38 mm. Das Ziel ist jedoch die Abmessungen des Roboters unter 500 mm zu bekommen. Dies ist mit dieser Lösung nicht realisierbar

 

 

In der dritten Variante sind die beiden Achsschenkel nach innen gedreht, wobei die Distanzhülse noch eingesetzt ist. Auch hier kommt man auf eine Gesamtbreite von 502,4 mm und hat auch hier eine Einsparung von 38 mm.

 

 

In der letzten Variante wurden die Achsschenkel nach innen gedreht und die Distanzhülsen entfernt. Bei dieser Lösung erhält man mit 464,4 mm das größte Einsparpotential. Insgesamt spart man 76 mm. Außerdem wird hier die geforderte Breite von höchstens 500 mm klar unterschritten. Um Kollisionen zu vermeiden wurden jeweils die hinteren Motoren nach Vorne und die vorderen Motoren nach Hinten versetzt.

 

Fazit

Die Umbauarbeiten wurden auf Funktion überprüft und erfolgreich abgeschlossen. Auch die am Anfang zu kurz befürchtete Kabellänge, stellte sich als unbegründet dar, da sich im Gehäuse noch ausreichend Kabellänge befand. Außerdem wurde die Kabelisolierung verbessert, die im Anlieferungszustand nur ungenügend war. Da die Antriebsachse der Motoren exzentrisch ist, muss man darauf achten, dass die Räder stets gleich ausgerichtet sind, damit der Roboter eine optimale Lage bekommt.

Auch das nötige Werkzeug in Zollabmaßen, wie die Innensechskantschlüssel und das Werkzeug für die Radnabenmuttern, wurde besorgt und mit Klebeband markiert, damit man es unverzüglich im Werkzeugkoffer findet. Die metrischen Gabelschlüssel wurden nicht ersetzt, da sie für die benötigten Schrauben passten.