Cube-Design, das sich selbst auf einer Kante ausbalanciert

Sich ausbalancierender Cube

• Dieser Cube kann sich selbst auf einer Kante ausbalancieren und sich gleichzeitig kontrolliert um seine Achsen drehen.
• Dies wird durch drei Reaktionsräder und ein cleveres Steuerungssystem erreicht.
• Die ursprüngliche Idee für dieses Gerät wurde von Forschenden der ETH Zürich vorgeschlagen und später in einigen Punkten verbessert.

Mechanisches Design

• Das mechanische Design des Cube ist dem ursprünglichen Cubli größtenteils sehr ähnlich, weist aber einige leichte Unterschiede auf.
• Die Hauptstruktur besteht aus acht „Cornerstones“ und sechs Seitenplatten.
• Drei der Seitenplatten besitzen zusätzliche Funktionen zur Aufnahme der Motor- und Reaktionsrad-Baugruppen.
• Alle Teile wurden in (con)Fusion 360 gezeichnet.

Elektromechanisches Design

• Für Motoren und Motor-Controller wurden Maxon-Motoren verwendet, wie sie auch in anderen balancierenden Cubes eingesetzt werden.
• Die Auswahl hochwertiger Komponenten ist wichtig.
• Es wurde ein 4-Quadranten-Motor-Controller gewählt, der mit einem 60W-Motor kompatibel ist.
• Die Software des Escon-Motor-Controllers ist angenehm zu verwenden.
• Als Akku wurde ein 6S1P-Lithium-Polymer-Akku gewählt.
• Das Mainboard ist ein kundenspezifisches Design, das mehrere Komponenten integriert.

Controller-Design und Tuning

• Der Controller wurde nicht direkt selbst entworfen; stattdessen wurde die Arbeit von Fabio Bobrow auf Arduino portiert.
• Das Design des zentralen Lageregelungs-Controllers ist besonders interessant.
• Es lässt sich als ein Ausbalancieren zwischen zwei gegensätzlichen Zielen beschreiben.
• Die Inbetriebnahme und Abstimmung des Controllers macht den größten Teil der codebezogenen Arbeit aus.

Nächster Schritt: Springen

• Geplant ist, den Reaktionsrädern mechanische Bremsen hinzuzufügen.
• Dadurch soll der Cube in der Lage sein, sich selbst in die Balanceposition zu bewegen.

Quelldateien und Dokumentation

• Alle Design-, Konfigurations- und Codedateien zu diesem Projekt sind im GitHub-Repository zu finden.
• Wer Fragen zum Projekt hat oder seinen eigenen Cube bauen möchte, kann Kontakt aufnehmen.
• Die BOM-Kosten liegen bei etwa 2500 €.

GN⁺-Meinung:

1. Dieses Projekt ist sehr nützlich, um komplexe Konzepte aus Maschinenbau und Elektronik praktisch anzuwenden und dabei zu lernen.
2. Der Open-Source-Ansatz kann anderen Ingenieurinnen, Ingenieuren und Studierenden helfen, diese Technik zu erforschen und ihre eigene Version zu bauen.
3. Solche Technologien können dazu beitragen, das Verständnis von Reaktionsradsystemen zu vertiefen, wie sie in Hochtechnologie-Anwendungen wie Satelliten eingesetzt werden.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Wie ein erfahrener Regelungstechniker habe ich auch mehrere Tage lang die Vorzeichen verschiedener Signale hin und her geändert, bis es gepasst hat.

  • Jemand mit einem Masterabschluss in Regelungs- und Signalverarbeitung dachte, das Umkehren der Signalvorzeichen liege an mangelnder Erfahrung, erkannte dann aber, dass selbst erfahrene Ingenieure das häufig durchmachen.

• Dieses Video anzusehen, ist wirklich verblüffend.

  • Beim Anschauen des Videos wirkt die Reaktion auf das Wegschieben des Objekts fast wie Magie, als würde man eine neue Kraft erleben. Besonders beeindruckend ist, wie das Objekt wie ein lebendiges Wesen die Balance hält und Veränderungen in seiner Umgebung widersteht.

• Ich mag meine Karriere als Softwareingenieur, aber manchmal wünschte ich, ich hätte etwas studiert, mit dem man so etwas bauen kann.

  • Es wird ausgedrückt, dass man zwar als Softwareingenieur zufrieden ist, aber Interesse und Sehnsucht nach einem Fachgebiet hat, in dem man solch erstaunliche Werke erschaffen kann.

• Ich plane, dem Reaktionsrad eine mechanische Bremse hinzuzufügen ... Damit kann sich der Würfel selbst in die Gleichgewichtsposition bringen.

  • Es wird Vorfreude auf die Funktion geäußert, bei der sich der Würfel selbst aufrichtet und ausbalanciert, und ein entsprechender Videolink wird geteilt.

• Das erinnert mich an die Brennan-Monorail.

  • Die im Video gezeigte Technik erinnert an die Brennan-Monorail und wird als faszinierend empfunden.

• Ein großartiges Kunstwerk. Auch die anderen Werke dieses Ingenieurs sind sehr interessant und schön anzusehen.

  • Es wird Bewunderung und Zuneigung für die Kunstwerke des Ingenieurs ausgedrückt, und ein Videolink zu weiteren Arbeiten wird geteilt.

• Mit der richtigen Strategie und den richtigen Einstellungen kann man erfolgreich sein. Genau darum geht es beim Investieren.

  • Es wird berichtet, dass man mit 10k in den Markt eingestiegen sei und in kurzer Zeit 68k Gewinn gemacht habe; mit diesem Gewinn habe man ein Unternehmen gegründet. Für weitere Trading-Tipps wird ein bestimmter Instagram-Account empfohlen.

• Mich fasziniert weniger, dass das Objekt balanciert, als vielmehr, wie großartig es aussieht.

  • Die Funktion des Objekts wirkt weniger anziehend als sein Design und äußeres Erscheinungsbild.

• Sonntags bin ich begeistert davon, mit Code neue Höhen zu erreichen. Es erfüllt mich, Beharrlichkeit und Kreativität auszureizen. Aber wenn ich solche Beiträge sehe, fühle ich mich völlig hilflos, und meine kurze Geduld macht mir Angst, so etwas selbst zu versuchen.

  • Durch das Programmieren empfindet man Erfüllung, hat aber Angst vor der Herausforderung solcher Projekte und das Gefühl, nicht genug Geduld dafür zu haben.

• Das sieht großartig aus. Könnte jemand das leiser machen?

  • Das Produkt wirkt hervorragend, zugleich wird die Frage aufgeworfen, wie sich das Lüftergeräusch verringern ließe.