Staubsaugerroboter II

Ein zweiter Versuch

Nachdem der erste Staubsaugerroboter an zu wenig Saugkraft litt, habe ich mit diesem Roboter einen zweiten Versuch gestartet. Dieser zweite Roboter ist ca. 25 Zentimeter lang und ca. 20 Zentimeter breit.

Hauptziel war es die Saugleistung zu steigern. Dazu habe ich den Handstaubsauger vom ersten Staubsaugerroboter zerlegt, das Lüfterrad auf einen stärkeren Motor (Johnson 63725) gebaut und über einem Loch in der Grundplatte (19 mm Pressspanplatte) befestigt. Unter der Pressspanplatte habe ich aus 5 mm starkem Plastik einen Auffangbehälter und den Ansaugschlitz gebaut. Als Filter verwende ich ein Verpackungsmaterial aus Watteflies. Hinten am Ansaugschlitz habe ich einen Moosgummistreifen befestigt, der am Boden anliegt und so den Sog vorne verstärkt. Der Abstand zwischen Ansaugschlitz und Boden beträgt etwa 7 bis 8 Millimeter. Die Saugkraft ist wesentlich besser als beim ersten Staubsaugerroboter, wenn auch nicht perfekt. Lockere Krümel werden recht zuverlässig aufgesaugt, nur selten bleibt etwas liegen.

Mittels eines kleinen Streifens Alufolie am Lüfterrad und einer kleinen Infrarot-Reflexlichtschranke lässt sich die Drehzahl des Saugmotors messen (bislang nur am Oszilloskop). Sie liegt ungefähr bei 11.000 U/min (ohne PWM-Regelung).

Die Räder sind die des ersten Staubsaugerrobots, diesmal habe ich aber mehr Wert auf einen soliden Antrieb gelegt: Die Achsen sind kugelgelagert und werden von zwei Getriebemotoren angetrieben. Da die Motoren aus Platzgründen versetzt angebracht sind (der Roboter soll möglichst kompakt bleiben) war bei der einen Achse noch eine Zahnradübertragung nötig. Dadurch ergibt sich bei der einen Achse leider eine kleine Übersetzung von ca. 10:6, die nachher bei der PWM-Steuerung für die Geradeausfahrt berücksichtigt werden muss.

Etwas kompliziert gestaltete sich die Steuerung des Saugmotors, da dieser locker 4 Ampere braucht. Nach mehreren kaputten Transistoren BD437 verwende ich jetzt einen recycelten BUT12AF (aus einem alten Elektrogerät), der natürlich einer Kühlung bedarf. Der Motor ist zwischen Versorgungsspannung und Kollektor angeschlossen und wird vom Transistor nach Minus durchgeschaltet. Als Freilaufdiode am Motor verwende ich eine BY297.

moving coil mechanismFür die Stromversorgung sorgt ein 12V 3,6Ah Bleiakku. Um eine Tiefentladung vermeiden zu können habe ich mit einem Drehspulmesswerk eine Spannungsanzeige mit grünem (13,8 V bis 10,8 V) und rotem (unter 10,8 V) Bereich gebaut. Auf Tastendruck lässt sich so der Zustand des Akkus ablesen.

Ich habe eine kleine Steuerung für die beiden Getriebemotoren (Antrieb) gebaut. Nicht eingezeichnet sind hier die Versorgungsspannungen 5V und 12V.

motor control circuit

Der Mikrocontroller (ATmega48) samt Stromversorgung, Grundbeschaltung und Saugmotorsteuerung ist auf einem Steckbrett aufgebaut. Dort wird es aber mittlerweile zu eng, deshalb ist eine Platine geplant. Der Schaltplan ist folgender:

circuit

Mögliche Sensoren bzw. weitere Dinge die ich eventuell an den Mikrocontroller anschließen könnte sind: Drehzahlmessung des Saugermotors, Odometriesensoren, Anstoßtaster, Ultraschallreflexschranke, PIR (Bewegungsmelder), analoger Distanzsensor (Sharp GP2D12 o.ä.) und ein Servo zum Schwenken des Distanzsensors (PWM). Allerdings ist die Anzahl der noch freien Pins sehr begrenzt (trotz Portexpander PCF8574), deshalb werde ich mich beschränken müssen.

Um auch an Kanten und Ecken einigermaßen sauber machen zu können, habe ich vorne am Roboter zwei Bürsten, wie bei einer Kehrmaschine, vorgesehen. Der Dreck wird so in die Mitte vor den Ansaugschlitz gekehrt.

Hier auf dem Bild ist schonmal eine der beiden Bürsten zu sehen. Die Bürsten bestehen aus Spülbürstenköpfen, angetrieben werden sie mit kleinen Motoren und Getrieben (vom Flohmarkt). Alle inneren Borsten habe ich ihnen ausgerupft, weil sie das Aufliegen der Bürste am Boden behindern.

Als Sensor hat der Staubsaugerroboter eine „Stoßstange“ bekommen, mit der Kollisionen auch mit relativ niederigen Hindernissen (mindestens 2 Zentimeter über dem Boden) detektiert werden können. Die Stoßstange besteht aus einem Aluminiumstreifen, der an zwei Tastern festgeschraubt ist. Die Federkraft der Taster habe ich noch mit zwei Druckfedern verstärkt (siehe Foto unten).

Außerdem habe ich den Ultraschall-Reflex-Sensor des ersten Staubsaugerroboters vorne befestigt, mit dem Hindernisse möglichst schon vor einer Kollision erkannt werden sollen. Das funktioniert aber eigentlich nur bei größeren, am besten flächigen, Hindernissen.

Auch wenn dieser Roboter im Vergleich zur ersten Version eine große Verbesserung war – besonders bezüglich Saugleistung und Antrieb – so ist er aber nie wirklich zum Einsatz gekommen…

Ein Grund ist, dass es wohl um Größenordnungen mehr Aufwand bedarf, um einen Roboter so zu entwickeln, dass er alltagstauglich ist. Die meisten Roboter müssen wahrscheinlich im Betrieb beaufsichtigt werden, damit sie keinen Unfug treiben oder sich festsetzen. Im Alltag wird aber kaum jemand die Gedult haben sich mit einem Roboter und seinen Macken zu beschäftigen, wenn man als Mensch mal eben schnell den Boden fegen kann…

Aber dennoch, es war eine interessante Erfahrung sich mit der Konstruktion eines Staubsaugerroboters auseinanderzusetzen.

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