Ein paar von euch Robotikern haben ihren Roboter mit einem Schussmechanismus
ausgestattet, der von einer elektromagnetischen Spule (Solenoid) angetrieben wird.
Diese Spulen haben den Nachteil, dass sie nur mit ziemlich wenig Kraft ziehen,
wenn man sie mit ihrer Nennspannung betreibt. Das hat auch seinen Sinn –
sie würden ziemlich schnell überhitzen, wenn man sie über längere
Zeit mit zu hoher Spannung betreibt.
Für das Schießen beim Roboterfußball wird die Spule aber nur sehr
kurzzeitig vom Strom durchflossen. Deshalb nimmt sie auch nicht sofort Schaden,
wenn die Betriebsspannung zu hoch ist.
Bei den RoboCupJunior-Wettkämpfen gab es schon Mannschaften, die ihre
Akkuspannung regelrecht hochtransformiert haben, um ihren Robotern einen
härteren Schuss zu geben. So weit will ich es nicht treiben, und ganz
nebenbei ist es auch gefährlich, wenn dabei Spannungen über 42 Volt
entstehen.
Inzwischen gibt es für den RoboCupJunior-Fußball auch neue Regeln, die
die Spannung auf dem Roboter begrenzen:
Höchstens 15 V für Open League / 12 V für Lightweight League.
Speziell für die Solenoids ist es aber erlaubt, eine höhere Spannung zu verwenden.
(Quelle: RCJ Soccer Rules 2013, Kapitel 2.2 "Limitations")
Meine Schaltung
ist sehr einfach aufgebaut, und sie kann die Akkuspannung auch wirklich
nur verdoppeln. Mehr nicht. Sie braucht einen freien Motorausgang an eurem
Steuerrechner, aus dem der Akku geladen wird, und einen zweiten Ausgang zum
Auslösen des Schusses.
Mit dem Motorausgang, der durch eure Software abwechselnd in beide Richtungen
geschaltet werden muss, werden zwei große Elektrolytkondensatoren (Elkos)
aufgeladen. Ein Widerstand begrenzt den Ladestrom, so dass bei komplett
entladenen Elkos euer Motorausgang nicht überlastet wird.
Zum Auslösen des Schusses muss ein digitaler Ausgang kurz aktiv geschaltet
werden. Der Ausgang muss nur etwa 15 - 20 mA Strom für den Optokoppler
liefern können. Dazu reicht schon ein Logik-Pin des ATMega32 direkt aus.
Wer in der Schaltung genau hingeschaut hat, kann erkennen,
dass der Auslöser im Prinzip ein Viertel von einem
Nachbrenner Version 2 ist.
Der Spannungsverdoppler ist völlig unabhängig von der
Rechnerplattform eures Roboters – es kann ein LEGO RCX / NXT sein, ein
Bobby- / Gold-Board oder eins meiner Power-Boards.
Die Eingänge für die Akkuspannung und zum Auslösen des Schusses
sind galvanisch voneinander getrennt – es kann also nicht passieren, dass
die doppelte Akkuspannung in euren Digital-Ausgang zurückfeuert und dort
die Elektronik zerstört.
Das Platinenlayout ist so einfach, dass alle Verbindungen auf der Lötseite
Platz finden. Es ist auch genug Abstand zwischen dem Steuerkreis und dem Leistungskreis,
so dass man nicht mal eben aus Versehen mit einer Lötbrücke einen
Kurzschluss herstellen kann. Also eine gute Schaltung für Bastler, die
mit dem Lötkolben erste Erfahrungen sammeln wollen.
Wie sieht denn so ein Spannungsverdoppler überhaupt aus?
In eurem Programm für den Roboter sollte im Hintergrund ständig
der Motorausgang für das Laden der Elkos umgepolt werden –
immer von 100% vorwärts auf 100% rückwärts (etwa einmal
pro Sekunde), damit die Elkos ständig für den nächsten Schuss bereit
sind. Direkt vor dem Schuss sollte dieser Motorausgang dann abgeschaltet werden
und gleich nach dem Schuss sollte das Aufladen wieder weitergehen.
Wenn die Programmierumgebung für euren Roboter so etwas anbietet,
könnt ihr diese Aufgabe gut in einem eigenen Task ausführen.
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Wer jetzt noch keinen Solenoid für den Schuss hat, kann noch eben schnell eine alte
"Ding Dong"-Haustürklingel auseinandernehmen ... das funktioniert sogar,
allerdings verbraucht es viel Platz auf dem Roboter – selbst wenn man alle Teile
absägt, die nicht benötigt werden.
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Tschüß, euer Martin S.
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