Das Kettenfahrzeug - Konstruktion

Raspberry Pi – Kettenfahrzeug

Ich hab mir vor ein paar Jahren mal ein Kettenfahrwerk (Unterbau eines Panzers/Baggers) für kleines Geld irgendwo im Internet bestellt mit dem großen Ziel dass es irgendwann mal fährt. Motoren waren mit dabei, aufgebaut war es auch schnell, Zubehör (Raspberry Pi und Relaismodule) lag auch schon bereit aber irgendwo hatte ich „nie die Zeit dazu“… Man kennt es :grimacing:

Vor 2 Wochen hab ich mir dann gesagt okay, jetzt bau ich das ding.
Gesagt getan. Ich hab die Relaismodule angebohrt und festgestellt, man kann auch mit einem Steinbohrer Metall bohren (ja kein Scherz, mir hat nur ein einziges Loch gefehlt an einem Samstag Abend um 21 Uhr… Sonntag war alles zu und dann okay, versuchen wir das mal) :joy::sweat_smile:

Relaismodule und Raspberry Pi wurden angebracht, danach einmal verdrahten.

Jetzt begann der spaßige Teil.
Ich hab noch nie zuvor mit einem Raspberry PI gearbeitet geschweige denn eines aufgesetzt.

Zum Glück gibt es Dr. Google.

Nach ein paar Anläufen lief dann auch das Pi. Auf Youtube hab ich mir diverse Toturials angesehen und dann das PI aktuell als Webserver aufgesetzt. Sobald man jetzt eine Anfrage an den Webserver schickt, werden gewisse Aktionen ausgelöst.

Hardware war da, Webserver lief auch, jetzt muss nur noch eine Fernsteuerung her.
Durch den MIT App Inventor hab ich da eine super Methode gefunden um die App easy , simpel umd demmoch effektov zu gestalten.

Aktuell ist der Stand, dass das Fahrwerk funktioniert und per App gesteuert werden kann.

Später sind noch eine IP Kamera, ein austauschbaren Baggeraufsatz (für meinen Sohnemann. Mit funktionierendem Arm und Schaufel), für mich einen Panzeraufsatz geplant. Beides mit Drehturm und funktionell :wink:
Zusätzlich möchte ich die Steuerung von Webserver auf Bluetooth ändern, damit man auch draußen mal damit fahren kann und nicht nur zu Hause im Wlan.

Weiter geht das frohe Basteln :metal:

Wie schon gesagt wollte ich für das Fahrwerk ein Gehäuse haben (um es vor den gröbsten Umwelteinflüssen zu schützen. Leider kann ich das Gehäuse nicht ohne weiteres wasserdicht machen, aber Steinchendicht sollte kein Problem sein).
Am einfachsten dafür ist natürlich der 3D-Druck. Ein bisschen „Tastengekloppe“ und siehe da, schon hat man das Teil was man sich vorstellt gedruckt in real vor sich stehen. :smiley:

Ich bin bei weitem noch nicht fertig mit der Zeichnung, wollte euch aber schonmal einen Vorgeschmack geben. :wink:

Rückseite vom geplanten Gehäuse und mit dem Batteriedeckel, der unterhalb eingesetzt wird. (Das nervigste war hierbei das Lüftergitter, was ohne irgendwelche Tricks einfach stumpf konstruiert wurde).

Kettenfahrzeug - Zeichnung vorne

Vorderteil (Hierbei dachte ich als kleines Gimmick sei ein Kennzeichen doch ganz nett. Das große Loch daneben ist später für eine IP Kamera. Ich möchte ja schließlich das aufgenommene Bild in der App anzeigen, damit ich auch aus einem anderen Raum heraus steuern kann)

Falls es nicht sofort erkennbar sein sollte, der vordere Teil der Abdeckung ist noch nicht 100% fertig.

Kettenfahrzeug - Zeichnung hinten

Nur die Gehäuse ohne das Fahrwerk. das sind die Sachen die ich später drucken möchte. Durch die Größe der Druckteile musste die obere Abdeckung in zwei Teile geteilt werden, um alles vernünftig drucken zu können und damit nicht ein Teil plötzlich fehlt.

Kettenfahrzeug - Zeichnung Batteriefach

Das Batteriefach ist selbsterklärend denke ich. Die Kammer im oberen Teil der Abdeckung dient als Lagerfläche für eine Powerbank zum Betreiben des Raspberry Pi. Ich möchte per On/Off Schalter die Spannungsversorgung von der Powerbank steuern und die Powerbank permanent im Gehäuse lassen. zum Aufladen kommt später noch ein Slot für einen USB Port. Einfach das Ladekabel anschließen wie beim Handy, den Schalter auf Off stellen und die Powerbank wird geladen.

Für die Batterien gibt es warscheinlich auch noch eine passende Lösung in Form einer Powerbank. Bisher habe ich aber noch keine gefunden die 6 und 9V ohne Probleme ausgeben kann, eine ähnliche Größe hat und den geforderten Strom ab kann. Von daher erstmal Batterien, bzw. wiederaufladbare Batterien. :wink:

Nach einem bisschen hin und her habe ich endlich Lösungen gefunden, wie ich die Schwenkarme des Baggers befestige und wie das ganze auch noch funktionstüchtig ist. Dank Temu (ja, die App) habe ich kleine Motoren gefunden, die einen ca 7cm langen Gewindestab drehen, der eigentlich ein recht genaues Positionieren ermöglichen sollte. Kurzerhand wurden diese dann per eigenem Gehäuse und eigener Kabeleinführung dafür „verbaut“.
Mein Vorteil: ich konnte das Gehäuse, welches den Motor für den ersten Schwenkarm bedient, direkt 1:1 für den 2ten Schwenkarm nutzen, ohne großartig etwas verändern zu müssen :grimacing:
Über die Drehfunktion von Fusion360 konnte ich dann auch die Armbewegungen überprüfen und testen, ob mein Vorhaben denn überhaupt so umsetzbar ist. Wäre jetzt aber nicht der Wurm drin, wäre es zu einfach… die Arme waren zu kurz. Trotz komplett ausgefahrener Arme konnte ich nicht den Boden erreichen (selbst mit Schaufel hätte ich nicht wirklich ins „Erdreich“ graben können). Kurz überlegt, Arme verlängert.

Bisher bin ich mit dem Design super zufrieden, dafür dass ich knapp 8 oder 9 Jahre nicht mehr mit einem CAD Programm gearbeitet hab. Demnächst geht es weiter mit der Schaufel, dem Motor für die Schaufelbewegung + dessen Anbringung. Natürlich noch ein Paar Endschalter, damit der Bagger nicht versehentlich seinen Arm in einer Stellung hat, wo er nicht sein soll bzw. etwas beschädigt wird. Danach kommt noch das Fahrergehäuse, ggf ein „Technikgehäuse“ (bei einem normalen Bagger wäre an dieser Stelle der Motor, ich weiss noch nicht ob ich es hohl lasse, oder noch irgendwas an Elektronik dort versteckt werden muss, sodass extra Platz notwendig ist. Ich denke aber das wird sich noch ergeben)
Und nicht zu vergessen, am Ende kommt dann das Aufhübschen und Entfernen von überflüssigen Flächen :grin:

Nachdem die Arme passend verlängert wurden, fehlte natürlich noch die Schaufel… Ohne Schaufel ist’s ja kein Bagger (denke ich zumindest :grimacing:)
Schaufel war schnell gezeichnet, die Zinken wurden auch beigefügt. Jetzt zum „lustigen“ Teil.
Wie bekomme ich das kack Ding dazu, sich zu bewegen? Der erste Gedanke war den gleichen Motor wie oben zu verwenden und die Schaufel damit zu bewegen. Problem dabei war nur dass ich dadurch einen sehr eingeschränkten Bewegungsradius der Schaufel hätte. Entweder der Gewindestab schaut vom Arm Richtung Schaufel (was die Bewegung recht klein hält, denn wenn die Schaufel hoch schwenkt, stößt sie an den Gewindestift an). Andersrum hatte ich dieses Problem zwar nicht, aber die kleine, dennoch „massive“ Motor mit dem Gehäuseblock würde jedes mal beim schwenken im Weg sein. Ging also auch nicht…

Zum Glück habe ich für den Drehturm 2 Motoren bestellt (tatsächlich sollte es nur einer werden. Ich habe aber total vergessen, dass ich einen dafür bestellt hatte… Alzheimer lässt grüßen :sweat_smile: :joy:)
Stand zu dem Zeitpunkt: ich habe noch einen weiteren Motor, etwas groß, aber möglich. Der Motor selbst ist ein Langsamläufer der eventuell 2 Umdrehungen pro Minute macht, quasi perfekt für die Schaufelbewegung.

Wieder zurück am Zeichenbrett habe ich dann die Halterung für den Motor designed, sowie einen passenden Deckel dazu. Bis auf ein paar Kleinigkeiten, ist der Bagger erstmal funktionstüchtig. Heisst also alle Arme sind beweglich und steuerbar per Motor, der Turm lässt sich drehen, Schaufel schaufelt (zumindest in der Theorie).

Als nächstes geht es dann an die besagten Kleinigkeiten und das tatsächliche Baggergehäuse. Sprich alles was nach oben hin drauf ist und den Bagger (hoffentlich) wie einen Bagger aussehen lässt :grimacing:

Dank dem 3D Drucker, den ich von @Mythical erhalten habe, war ich nicht darauf angewiesen, dass der Craftbot mit dem defekten Extruder repariert wird, bevor es weiter geht. Vielen Dank nochmal an der Stelle :blush:

Nach ein bisschen hin und her testen, habe ich dann endlich geeignete Druckparameter gefunden um eine gute, glatte Oberfläche zu erhalten (die Kreise sind leider aus vielen vielen Kanten zusammengesetzt. Dadurch sieht man zwar bei genauem Hinsehen die einzelnen Flächen; wenn man aber nur das Teil ansieht, fällt es nichtmal wirklich auf. Für mich sind das einfach aktuelle Limits von Fusion 360 bzw dem Programm, welches mein 3D Objekt in verständliche Daten für den Drucker umwandelt)

Drucker aufgestellt, eingerichtet, Probedruck 1 und 2 gescheitert. 3 war direkt das erste Teil und es hat wunderbar geklappt. Mittlererweile sind auch die kleineren Teile bereits gedruckt. als nächstes kommen dann die großen, tatsächlichen Gehäuseteile dazu.

Was mich doch etwas sehr überrascht hat, war die Dauer des Drucks von größeren Teilen. Ich wusste, dass das länger dauern wird und hab mit 1 Tag gerechnet für das größte Teil. Nachdem es durch Cura (Software) gesliced (der Prozess, der aus dem Bild die Anweisungen für den Drucker macht) war ich etwas baff als mir teils 2-3 TAGE Druckzeit angezeigt wurden.

Nach ein bisschen recherchieren und testen, fand ich heraus dass der Grund dafür lediglich das Supportmaterial ist. Wenn ich Flächen habe, die nicht mit dem Boden verbunden sind oder „freischwebend“ sind, müssen diese unterstützt werden und es wird Material darunter aufgebaut, da die Drucker nicht in der Luft drucken können.
EIn bisschen Spielerei und schon wurden die Zeiten um einiges kürzer, mit dem längsten Teil bei 2 Tagen und 1h anstatt 3 Tagen und 14h.

Im Bild könnt ihr auch bereits die erste Motorabdeckung sehen (der Rest sind Deckel oder Achsteile). Ich bin super begeistert, dass das Motorgehäuse und der Motor so super gut zusammenpassen und dass es keine weiteren Probleme damit gab.

Natürlich – nach dem Druck muss man ein bisschen nacharbeiten, aber das gehört dazu.