Wie man die Teile für ein umgekehrtes Trike ausdruckt und zusammenbaut

Das Drucken funktionaler Teile ist ein Prozess, der oft durch Versuch und Irrtum geprägt ist. Die folgenden Empfehlungen basieren auf meinen persönlichen Erfahrungen mit der Nutzung von Cura und der Printrbot Simple, um dieses Projekt umzusetzen. Auch wenn diese Einstellungen eine solide Grundlage bieten, müssen je nach verwendeter Maschine und Druckergebnisse oft Anpassungen vorgenommen werden, um das umgekehrte Trike optimal zum Laufen zu bringen. Dazu gehören Änderungen an der Füllung, Geschwindigkeit und anderen spezifischen Einstellungen.

Zu Beginn wird empfohlen, ein voreingestelltes Cura-Profil zu nutzen, das als Ausgangspunkt dient. Diese Datei (Cura Profile.ini) ist im Projekt-Download enthalten. Damit lässt sich der Druckprozess beschleunigen und vereinfachen. In den Druckeinstellungen von Cura sollte die Schichthöhe an die gewünschten Ergebnisse angepasst werden: Eine kleinere Schichthöhe (0,1 mm) sorgt für eine glattere Oberfläche, während eine größere (0,2 bis 0,3 mm) die Druckzeit verkürzt und für Reparaturen oder Ersatzteile praktisch ist.

Ein wichtiger Aspekt ist die Wahl der Füllung. Einige Teile wie die Lenkung, Stoßdämpfer, das Fahrgestell und die hintere Radaufnahme erfordern eine höhere Festigkeit und Steifigkeit. Diese sollten mit mindestens 15 % Füllung gedruckt werden, um die nötige Stabilität zu gewährleisten. Teile wie der Stoßfänger oder die Flügel benötigen hingegen eine höhere Schichthöhe, um sowohl die Stärke als auch die Optik zu optimieren. Eine Schalenstärke von mindestens 0,8 mm wird empfohlen, um genügend Material für die Schraubenaufnahmen zu bieten und die Teile zu verstärken.

Die Druckausrichtung der Teile ist ebenfalls entscheidend. Es wird empfohlen, die Vorder- und Rückkörperteile senkrecht zu drucken, um konsistente Schichten zu gewährleisten. Dies sorgt nicht nur für eine ästhetisch ansprechende Oberfläche, sondern garantiert auch eine bessere Passform. Besonders beim Drucken der hinteren Radaufnahme ist es wichtig, die Ausrichtung so zu wählen, dass das Bauteil möglichst flach auf dem Druckbett liegt. Die Verwendung von „Support Everywhere“ in den Experteneinstellungen sorgt dafür, dass auch komplexe Geometrien ohne Probleme gedruckt werden können.

Nachdem alle Raddetails (wie Reifen, Felgen und Lagerabdeckungen) ausgedruckt wurden, beginnt der Zusammenbau der Vorderachse. Für die Reifen ist es empfehlenswert, sie in kleinen Abschnitten zu kleben, um sie im Falle einer Beschädigung leichter wieder abnehmen zu können. Ein Hobbymesser oder eine Rasierklinge hilft dabei, die Reifen vom Rand zu trennen, ohne das Material zu beschädigen. Wenn die Felgen und Reifen zusammengebaut sind, sollte das Lager in die Felge eingesetzt und mit Schrauben fixiert werden, um eine stabile Verbindung zu gewährleisten.

Ein weiteres kritisches Element ist die Lenkung. Die Lenkungsteile (Lenkhub und Träger) müssen zusammengebaut werden, wobei M3-Schrauben und -Muttern verwendet werden, um eine feste, aber nicht zu feste Verbindung zu schaffen. Die Lenkung sollte sich frei bewegen können, ohne dass die Teile zu stark miteinander verpresst werden. Eine ungenaue Druckqualität kann dazu führen, dass die Schraubenköpfe auf den Rädern blockieren, was durch Nachbearbeitung mit einem Bohrer oder Messer behoben werden kann.

Für die Hinterachse muss das Rad mit dem Motor verbunden werden. Achten Sie darauf, dass der Motor fest auf dem Rad montiert ist, ohne dass Plastikrückstände die Passgenauigkeit beeinträchtigen. Der Motor muss mithilfe von M2,5-Schrauben sicher fixiert werden. Die Verbindung der Elektronik erfolgt durch das Einführen der Kabel durch die Montageplatte des Hinterrades. Achten Sie darauf, dass keine Kabel beschädigt werden und der Motor richtig ausgerichtet ist.

Wichtig zu beachten ist, dass der 3D-Druck von funktionalen Teilen immer mit Herausforderungen verbunden ist. Die Anpassung der Druckeinstellungen, die Wahl des richtigen Materials und die Nachbearbeitung sind alles Faktoren, die über den Erfolg des Projekts entscheiden können. Das regelmäßige Testen und Justieren der Einstellungen hilft dabei, die besten Ergebnisse zu erzielen. Wenn Teile nicht perfekt zusammenpassen oder sich nach dem Druck verzogen haben, kann dies durch gezielte Nachbearbeitung oder erneuten Druck korrigiert werden. Geduld und Präzision sind bei jedem Schritt des Prozesses von entscheidender Bedeutung.

Wie man ein Robotersystem mit Raspberry Pi, Servos und Kamerastream aufbaut

Um ein voll funktionsfähiges Robotersystem zu bauen, das mithilfe von Servos gesteuert wird und gleichzeitig eine Live-Videoübertragung bietet, sind mehrere Schritte erforderlich. Diese beginnen mit der Montage der Räder und der Integration der Servos, gefolgt von der Einrichtung des Raspberry Pi, um die Servos zu steuern und das Kamerabild zu streamen. Es ist wichtig, dass jeder Schritt präzise durchgeführt wird, um eine reibungslose Funktion des Systems zu gewährleisten.

Zunächst werden die Servos an die Radaufhängungen montiert. Hierbei ist es erforderlich, die Servos mit jeweils zwei M3 x 10mm Schrauben an der Radhalterung zu befestigen. Die Montage sollte so erfolgen, dass die Räder später frei drehen können. Um dies zu ermöglichen, werden M4 x 12mm Schrauben durch jeweils 624 Kugellager von der Unterseite der Oberplatte eingeführt. Die Gewinde sollten dabei nach oben zeigen, sodass die Räder sich später auf diesen Schrauben drehen können. Zu jeder Schraube werden M4-Unterlegscheiben hinzugefügt, damit die Radhalterungen ohne Widerstand auf den Lagern rotieren können.

Nachdem die Räder (die STL-Datei Skycam-wheel.stl) auf die Servoantriebsstifte aufgesetzt wurden, werden diese mit kleinen selbstschneidenden Schrauben gesichert. Ein kleiner Gummiband wird in das Radnaben-Tal gewickelt, um die Radhaftung zu verbessern, wenn das Rad mit der Paracord-Schnur in Kontakt kommt. Es ist ebenfalls wichtig, dass genügend Spielraum in den Kabeln der Servos bleibt, sodass die Räder in beide Richtungen um 45 Grad rotieren können.

Die nächsten Schritte betreffen die Software-Konfiguration auf dem Raspberry Pi, um den Robotereinsatz zu ermöglichen. Der Raspberry Pi bietet eine großartige Plattform für die Entwicklung von Robotern, insbesondere aufgrund der Möglichkeit, eine benutzerdefinierte Benutzeroberfläche zu erstellen und Videos live an einen Webbrowser zu streamen. Für diese Funktionen müssen Sie zunächst Google Coder und Pi-Blaster installieren, die für die Kommunikation mit den Servos notwendig sind. Zusätzlich wird MJPG-Streamer benötigt, um das Kamerabild live zu streamen.

Die Installation von Google Coder auf dem Raspberry Pi erfolgt über einen direkten Ethernet-Anschluss. Die Anweisungen zur Installation finden sich auf der Google Coder-Projektseite. Nach der Installation und der Verbindung zum Raspberry Pi über den Browser (http://coder.local) können Sie mit der Einrichtung des WiFi fortfahren. Nachdem das WiFi eingerichtet wurde, starten Sie den Pi neu und verbinden sich erneut über den Browser, um den Coder-Umgebung zu betreten.

Um die Steuerung der Servos zu ermöglichen, wird Pi-Blaster auf dem Raspberry Pi installiert. Dazu ist es notwendig, zunächst die IP-Adresse des Pi zu ermitteln, um dann via SSH eine Verbindung zum Pi herzustellen. Die Installation erfolgt durch das Herunterladen und Entpacken der Software, gefolgt von der Kompilierung und dem Installieren der benötigten Dateien. Pi-Blaster wird nach der Installation automatisch auf dem Raspberry Pi ausgeführt.

Schließlich müssen Sie MJPG-Streamer installieren, um das Live-Video der Kamera zu streamen. Dazu wird zunächst die Kamera im Raspberry Pi konfiguriert, indem Sie das Menü "Raspberry Pi Software Configuration Tool" aufrufen und die Kamera aktivieren. Nach einem Neustart des Raspberry Pi müssen alle notwendigen Updates installiert werden, um sicherzustellen, dass der Pi mit den neuesten Dateien und Daten ausgestattet ist.

Wichtig bei der Einrichtung des Systems ist, dass alle Verbindungen korrekt und fest sind, um Wackelkontakte oder Verbindungsprobleme zu vermeiden. Die Servo-Steuerung über Pi-Blaster kann auch Herausforderungen mit sich bringen, insbesondere wenn die Geschwindigkeit und Genauigkeit der Servo-Bewegungen optimiert werden müssen. Eine fehlerhafte Kalibrierung der Servos kann zu einer ungenauen Bewegung der Räder führen, was den Betrieb des Roboters erheblich beeinträchtigen könnte. Daher sollten Sie nach der Installation regelmäßig Tests durchführen und sicherstellen, dass die Servos die erwarteten Bewegungen ausführen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der beim Arbeiten mit Raspberry Pi und Servos zu beachten ist, betrifft die Stromversorgung. Achten Sie darauf, dass der Pi und die Servos genügend Energie erhalten, um ihre Aufgaben effizient auszuführen. Insbesondere bei der Verwendung mehrerer Servos kann es zu Spannungsabfällen kommen, die die Leistung des Systems beeinträchtigen. Ein stabiler und ausreichender Stromfluss ist daher unverzichtbar für die Funktionsfähigkeit des Roboters.

Für die zukünftige Nutzung und Erweiterung des Systems können zusätzliche Module wie Abstandssensoren oder Kamerasysteme hinzugefügt werden. Diese Erweiterungen ermöglichen eine bessere Interaktion mit der Umgebung und verbessern die Funktionalität des Roboters erheblich. Ebenso sollten Sie regelmäßig Software-Updates durchführen, um sicherzustellen, dass die neuesten Features und Sicherheitsfunktionen des Raspberry Pi und der verwendeten Bibliotheken genutzt werden.

Wie funktionieren Strom- und Signalversorgung bei einem Raspberry-Pi-Projekt mit Skycam?

Der Raspberry Pi benötigt eine saubere, stabile 5-Volt-Versorgung, um zuverlässig zu funktionieren. Aus diesem Grund wird eine eigene Stromplatine entworfen, die eine Eingangsspannung von etwa 8,4 bis 12 Volt aus einer Batterie annimmt und diese auf die benötigten 5 Volt für den Pi herunterregelt. Wichtig ist hierbei, dass der Schalter nicht die Plusleitung, sondern die Masseleitung (Ground) unterbricht, womit der Stromkreis geöffnet oder geschlossen wird.

Die Wahl der Batterie ist flexibel: Von handelsüblichen 6-AA-Batteriepacks über 2- oder 3-zellige LiPo-Akkus bis hin zu 18650-Li-Ionen-Zellen kann alles verwendet werden, solange Spannung und Anschlüsse passen. Die Stromplatine wird auf einer kleinen Lochrasterplatine aufgebaut, wobei Bauteile wie ein 100µF-Elektrolytkondensator und ein 5V-Spannungsregler zum Einsatz kommen. Nach dem Löten sollten alle Verbindungen mit Isolierband geschützt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden – besonders wichtig, da der begrenzte Platz im Gehäuse ungewollte Berührungen begünstigt.

Die Signalleitung wird über eine eigene Platine realisiert, die die Steuerung der Servos übernimmt und die Endschalter des Skycams mit dem Raspberry Pi verbindet. Diese Signalplatine erhält ihren Strom von einem separaten 4-AA-Batteriepack, das über einen zweiten Schalter ein- und ausgeschaltet wird. Die Verdrahtung erfolgt ebenfalls über eine Lochrasterplatine, bei der durch Lötverbindungen auf der Unterseite die Bauteile verbunden werden.

Die Verbindung zur Steuerplatine des Pi erfolgt über Jumperkabel, die präzise an definierte GPIO-Pins angeschlossen werden, damit die Servos und Endschalter richtig angesprochen werden. Die Softwaresteuerung erfolgt über eine Browser-Schnittstelle mit dem Skycam-Coder-Projekt, welches es erlaubt, die Kamera über Pan- und Tilt-Servos zu bewegen. Wichtig ist, dass die mechanische Justierung vor dem endgültigen Zusammenbau erfolgt, damit die Bewegungsspielräume der Servos optimal genutzt werden.

Das Skycam-System wird an einer sogenannten „Skyway“ befestigt – einer Führung aus hochfestem Angelschnur, die über sichere Befestigungspunkte gespannt wird. Durch 3D-gedruckte Ecken können sogar Kurven eingebaut werden, allerdings muss darauf geachtet werden, dass die Schnur immer oben am Übergang anliegt, damit die kleinen Räder des Skycam eine reibungslose Bewegung gewährleisten. Da die Microservos nur wenig Drehmoment besitzen, sollte die Führung möglichst waagrecht und ohne starke Steigungen gespannt sein.

Zusätzlich zu den technischen Details ist es entscheidend, die Zusammenhänge zwischen Stromversorgung und Signalsteuerung zu verstehen: Saubere, stabile Spannungen verhindern Ausfälle und Fehlfunktionen. Das Unterbrechen der Masseleitung statt der Plusleitung ist eine bewährte Methode, um den Stromkreis sicher zu schalten und potenzielle Kurzschlüsse zu vermeiden. Ebenso ist das sorgfältige Isolieren aller Lötstellen und die Verwendung von standardisierten Steckverbindern unerlässlich für Wartbarkeit und Sicherheit.

Die Verbindung zwischen Software und Hardware ist nicht nur eine Frage der Verkabelung, sondern auch des Verständnisses der GPIO-Pinbelegung und der Programmierlogik, die die Bewegungen des Skycams steuert. Nur durch präzises Zusammenspiel aller Komponenten – Stromversorgung, Signalverarbeitung, mechanische Konstruktion und Software – wird das Projekt stabil und zuverlässig funktionieren.