AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers

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Institut für Produkt- und Prozessinnovation

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Konzeptentwicklung und Umsetzung eines selbst

Balancierenden Elektroroller

Im Rahmen der Veranstaltungen: „Lehrforschungsprojekt“ SS2012

und „Fertigungsmesstechnik zur Qualitätsverbesserung“ WS2012/13

1. & 2. Semester Management & EngineeringAnthimos Georgiadis, Prof. Dr. rer. nat. Prof. h.c.

Hans-Christian OttoGerrit Mank

Christian StelterSimon Schmidt

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Aufgabenstellung und Ausgangssituation

Ausgangssituation:

• Es wurde ein Open-Source-Bausatz gekauft

• Auffällig hier: die mangelhafte Verarbeitung

• Sicherheitseinrichtungen nicht vorhanden oder schlecht umgesetzt

Aufgabenstellung:

• Komplette Neu-Konstruktion (Mechanik, Elektronik, Regelung)

• Komplette Neu-Fertigung aller Mechanikkomponenten

• Sicherheitseinrichtungen verbessern

• Erweiterung mit neuen Komponenten (Display usw.)

• Möglichst geringer Kostenaufwand

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Konzeptfindung

Basisanforderungen: • Selbstständiges Ausbalancieren des Rollers im Stand • Selbstständiges Ausbalancieren des Rollers während der Fahrt • Reichweite von 5km

Leistungsanforderungen: • Leichtbauweise • Intuitives Handling durch Joystick anstelle von Schalter • Belastbar bis min. 120 kg • Sicherheitsschalter, um das Unfallrisiko zu minimieren

Begeisterungsanforderungen: • Zerlegbar, leicht zu transportieren • Gimmicks, wie bspw. Ständer, Beleuchtung uvm.

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Technischer AufbauElektronik

Bei der Entwicklung des Rollers wurde darauf geachtet, dass die Steuerplatine für zukünftige Erweiterungen noch genug Leistungsreserven besitzt. Darum sitzt auf der CPU Platine ein neuer ARM Cortex-M3 Mikrocontroller mit vielen Komponenten wie: USB, CAN, UART, PWM usw. Die Endstufen sind ebenfalls mit einer sehr großen Leistungsreserve ausgestattet.

- ARM Cortex-M3 Mikrocontroller mit 96 MHz und 512 kB Flashspeicher

- 2 Endstufenplatinen mit jeweils zwei Leistungsmosfet Halbbrücken (110A)

- 2 Gleichstrommotoren (Bürsten) mit je 12V und 200W- 2 Bleigel-Akkumulatoren mit je 12V und 9 Ah- 2,1“ Farbdisplay zur Anzeige von allen Details- Joystick zum Lenken- Geschwindigkeit ca. 15 km/h (mehr nicht getestet)

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Technischer AufbauElektronik

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Technischer AufbauRegler

• Genereller Aufbau der PID Regelung• Vorteile dieses Konzepts: einfach zu implementieren• Nachteile: Regelung von nur einer Größe (Abhilfe schafft hier die Kaskadierung)

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Technischer AufbauRegler

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Technischer AufbauMechanik

Bei der mechanischen Konstruktion sind einige wichtige Richtlinien zu beachten:

• Der Roller soll möglichst stabil, gleichzeitig aber auch möglichst leicht konstruiert werden

• Der Scooter soll eine möglichst gute Fahrerergonomie ermöglicht, gleichzeitig soll aber auch ein ausbalanciertes Modell geschaffen werden

Konstruiertes Modell erfüllt alle Ansprüche

• 3,0 mm starkes Aluminiumblech ermöglicht trotz leichter Bauweise eine hohe Stabilität

• Geschwungene Linienführung des Rollers bietet neben einer angenehmen Fahrerposition auch sehr gute Balanceeigenschaften

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Technischer AufbauMechanik

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Projektteam mit AT2go Rollervon links: Christian Stelter, Gerrit Mank, Hans-Christian Otto, Simon Schmidt