Hexapode - Aufbau PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Malte   
Mittwoch, den 31. März 2010 um 19:44 Uhr

Gesamtansicht | Folgend einige Abbildungen des Gesamtaufbaus zur Übersicht. Dadurch sollen alle weiteren Detailaufnahmen besser verständlich werden. Da dieses Projekt noch nicht abgeschlossen ist, geben die Fotos nur ein Zwischenstadium wieder. Es fehlen beispielsweise noch die zentrale Steuereinheit und die Akkus zur Stromversorgung, beides wird später zentral auf dem Hexapoden untergebracht, ein Kunstoffrahmen dafür ist bereits fertiggestellt und auf den Bildern erkennbar. Die zahlreichen Kabel wurden bisher nicht endgültig verlegt, deshalb wuchern sie noch wild herum.

Kunststoffkomponenten | An dieser Stelle beitet es sich an, zunächst ein paar Worte über die entwickelten Kunststoffteile zu verlieren. Das verwendete Material ist PVC. Dieses hat die sehr angenehme Eigenschaft, dass es mittels sog. Kaltschweißmittel verbunden werden kann. Das Prinzip dahinter ist einfach: das Kaltschweißmittel ist ein flüssiges Lösungsmittel, das die zu verbindenden Oberflächen anlöst. Durch die rasch einsetzende Verdunstung des Lösungsmittels härten die angelösten Bereiche wieder aus und verbinden dadurch die aneinanderliegenden Oberflächen. Praktisch bedeutet dies, dass man relativ komplexe dreidimensionale Bauteile aus einzelnen einfachen quaderförmigen Grundkomponenten zusammensetzen kann - nicht viel anders als beim Spielen mit Bauklötzen. Man braucht dazu die hergestellten Einzelteile nur exakt zusammenlegen und dann einige Tropfen des Kaltschweißmittels auf die zu verbindenden Stellen zu geben. Da das Schweißmittel  sehr dünnflüssig ist (zumindest jenes, das hier Verwendung findet, für andere Anwendungen gibt es andere Konsistenzen), läuft es kapillar zwischen die Teile und verbindet sie dauerhaft und belastbar. Nach dieser Methode sind die meisten Kunststoffteile für den Hexapoden hergestellt worden.

 

Hüfte | Die Hüfteinheit stellt zwei der drei Freiheitsgrade bereit, die pro Bein vorhanden sind. Wenn man ein kartesisches Koordinatensystem so ausrichtet, dass der Erdboden in der x-z-Ebene liegt, kann die Hüfte das Bein in eben dieser x-z-Ebene, sowie in einer dazu orthogonale Ebene, nennen wir sie x-y-Ebene, bewegen. Um dieses zu erreichen, müssen zwei Servos in geeigneter Weise miteinader verbunden werden. Die folgenden sechs Bilder zeigen die Konstruktion.  Die PVC Komponenten wurden so wie im vorigen Abschnitt beschrieben aus einfacheren Grundelementen hergestellt, das linke Bild der oberen Zeile zeigt diese Grundelemente. Sie werden zu den im rechten oberen Bild gezeigten Elementen zusammengesetzt. In Verbindung mit zwei Servos ergibt sich somit die Hüfteinheit des Hexapoden, zu sehen auf den Bildern in der mittleren Zeile. Um eine belastbare Verbindung der Hüfte mit dem übrigen Skelett zu erreichen, wurde für den x-z-Servo ein Gegenlager in den Hüftkomplex integriert. Dazu befindet sich an der Unterseite der Hüfteinheit gegenüber der Servoachse ein M3-Gewindeloch, so wie auf dem rechten Bild der mittleren Zeile zu erkennen. In dieses Loch greift eine Schaftschraube, die ihrerseits in dem unteren Schenkel der Gabel gelagert ist  (siehe Bilder untere Zeile). Die Schenkel sind nicht aus PVC, sondern aus 3 mm starkem eloxierten Aluminium hergestellt. Dieses stellt die Steifigkeit der Konstruktion insgesamt sicher, ermöglicht vor allem aber auch, dass als Lager für die Schaftschraube ein präzises Loch im Schenkel ausreicht.





Wirklich einwandfrei  kann das Gegenlager natürlich nur dann funktionieren, wenn die beiden Lagerpunkte sich exakt gegenüberliegen. Dieses ist konstruktionsbedingt nicht einfach "per Auge" zu erreichen. Um diese Ausrichtung trotzdem präzise durchführen zu können, bin ich folgendermaßen vorgegangen. Ich habe ein Loch in eine Kunstoffplatte gebhort, dessen Durchmesser genau dem Kerndurchmesser des Gewindelochs für das Gegenlager entspricht, also 2.6 mm. Ohne die verwendete Maschine zu verstellen, habe ich den verwendeten Bohrer aus dem Futter ausgespannt und in dieses Loch gesteckt, sodass sein Schaft etwa 5 mm herausragt. Darauf konnte ich dann die Hüfteinheit stecken, sodass der Bohrerschaft passgenau in dem Loch für das Gegenlager steckt. Nun wurde in das Bohrfutter verkehrtherum (also Schneiden ins Futter, Schaft nach unten) ein Bohrer gespannt, der exakt in das Loch der Servoachse passt. Bei gelockerten Schrauben bin ich mit dem Bohrerschaft nun in das Loch in der Servoachse eingetaucht, wobei sich der Servo zwangsläufig so ausrichtet, dass die Servoachse genau über dem Loch für das Gegenlager liegt. Im eingetauchten Zusatand wurden dann alle Schrauben angezogen.

Auf jeder Hüfteinheit ist die Steuerplatine für das jeweilige Bein befestigt. Die Platine würde beim Entwurf so bemessen und mit entpsrechenden Löchern versehen, dass sie passgenau befestigt werden kann. Sie ist über kurze Abstandhalter mit dem Kunstoff der Hüfteinheit verschraubt. Die folgenden zwei Bildern zeigen diesen Aspekt der Konstruktion etwas genauer.

Knie | Auch die Halterungen für die Knieservo sind nach dem Prinzip der oben beschriebenen Klötzchentechnik entstanden. In der Peripherie der oberen beiden Bilder sieht man die Einzelkompontenten, die per Kaltschweißtechnik verbunden werden. Das Zusammenlegen der Teile erfolgt auf einem geschliffenen Amboss mit Hilfe verschiedener Metallquader. Dadurch ist es relativ gut möglich, die Komponenten wie gewünscht präzise zueinander auszurichten und zu stabilisieren.



Fuß | Der Fuß jedes Beines ist mit einem Kraftsensor versehen, der den Andruck an den Boden misst. Die verwendeten Sensoren werden in [Elektronik] technisch genauer beschrieben. Ihr Bauform erfordert ein relativ komplexes Bautteil, um sie so mit dem Bein zu verbinden, dass sie dabei gleichzeitig ihre sensotische Funktion adäquat ausüben können.

Servoumbau | Ein generelles Problem bei günstigen Standardservos besteht meiner Erfahrung nach an dem Übergang zwischen der Ausgangsachse des Servos und dem Servohorn. Dieses machte sich schon beim ersten provisorischen Zusammenbau des Hexapoden als wabbelige Verbindung zwischen dem Ober- und Unterschenkel negativ bemerkbar. Das scheinbar nur geringe Spiel in der Verbinung zwischen Servo und Servohorn wirkt sich am Ende des relativ langen Unterschenkels so aus, dass sich der Fuß ohne sonderlich großen Kraftaufwand in einem Radius von 20 - 30 mm bewegen lässt. Einerseits würde das zu Ungenauigkeiten beim Laufen unter Last führen, aßerdem würde dadurch die Schwingungsneigung der gesamten Konstruktion erhöht.

Um hier Abhilfe zu schaffen, erscheint es zunächsteinmal sinnvoll, das Servohorn stabiler mit der Achse des Servos zu verbinden, als es die dafür vorgesehene mickrige Schraube vermag. Außerdem wäre wünschenswert, die angreifenden Kräfte direkt an die Servoachse weitergeben zu können, ohne den Umweg über das Servohorn. Wie sich nämlich zeigte, ist die Lagerung der Servoachse also solche bei den von mir verwendeten Servos glücklicherweise recht ordentlich und spielfrei geraten. Die foglenden Bilder zeigen nun, wie man die beiden genannten Punkte recht leicht erreichen kann. Die Ausgangsachse des Servos und das letzte Zahnrad des Getriebes bilden wie allgemein üblich eine massive Einheit. Es ist somit möglich, auf der Drehbank ein zentrales 2.6 mm Loch in dieses Teil zu bohren um im Anschluss ein 3 mm Gewinde hineinzuschneiden. Es gibt bereits eine Art Flachsenkung im Zanhrad, die allerdings etwas zu klein im Durchmesser ist, um den Kopf einer standart M3 Zylinderkopfschraube aufzunehmen. Dementsprechend muss dieser auf das erforderliche Maß abgedreht werden, um soweit im Zahnrad verschwinden zu können, dass es wieder ungehindert auf sein Gegenstück am Servogehäuse gesteckt werden kann. Damit sind die erforderlichen Umbauarbeiten am Servo abgeschlossen, sodass er wieder zusammengebaut werden kann. Das letzte der vier Bilder zeigt das Ergebnis.




Damit sind die gewünschten Ziele gut erreicht, denn über das Gewinde der Schraube kann nun die jeweilge Beinkomponente sehr stabil auf der Servoachse festgezogen werden. Da außerdem die Bohrungen in den Beinen sehr passgenau für diese Schraube angefertigt wurden, greifen die wirkenden Kräfte über diese Schraube nun im wesentlichen direkt an der Servoachse an. Die ist zweifach kugelgelagert (wie man dem Bildern entnehmen kann), sodass radial wirkende Kräfte jetzt sehr gut und nahezu spielfrei abgefangen werden.

Hintergrund
Elektronik
Zuletzt aktualisiert am Freitag, den 02. September 2011 um 23:04 Uhr
 

Kommentare  

 
#1 2012-08-15 11:13
Die Kraftsensoren in den Füßen hast du ja toll umgesetzt!!! Hast du sie denn acuh für irgendwas schonmal richtig verwendet? Also die Daten?
 
 

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