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Ladestation neben RP6

Induktive Ladestation für RP6

Verwendetes System:

RP6-V1, M32, MultiIO, LCD anzeige 4x20

Beweggründe, Ziele:

Als Beweggrund war für mich der Traum ausschlaggebend einen wirklich autonomen Roboter zu haben. Immer wenn der RP6 am Ladegerät oder einem anderen Kabel hing, hatte ich das Gefühl ihn an einem Pflock angebunden zu haben. Oder – etwas übertrieben - die Vorstellung, die NASA hätte die Kommunikation mit den Mondlandefähren per Kabel realisiert. Ein Albtraum...

Alles begann schon beim Asuro, dieser erwies sich für notwendige Um – und Aufbauten als zu klein und für ungeschickte Lötversuche als zu anfällig.

projekt: asuro sucht selbständig seine ladestation

Die Ladestation lädt den RP6 seit Februar 2014 zuverlässig im abgeschalteten wie im eingeschalteten Zustand auf 8,2V auf. Diese Anleitung beschreibt den Endzustand des Projektes, ohne groß auf die Sackgassen und Irrwege aus der Entwicklungszeit einzugehen. Wenn aber irgendwo Bauteile oder Programmzeilen auftauchen, die ohne Hinweise auf diesen Prozess unverständlich wären, versuche ich detaillierter auf das Thema einzugehen. Wer den ganzen Weg nachverfolgen will (eigentlich empfehlenswert) kann es hier tun: RP6-Ladestation

Last but not least – es soll eine Anleitung vom Anfänger für Anfänger sein, ich hoffe ich kann diesem Anspruch gerecht werden. Das Wort „einfach“ habe ich versucht zu vermeiden, für mich war es auch nicht einfach. An einigen Punkten war ich nahe dran aufzugeben, aber letztendlich wollte ich die Ladestation haben, egal als wie aussichtslos dieser Plan manch Anderem und manchmal auch mir erschien...

Schon vorab möchte ich mich bei Mitgliedern des RP6-Forums für überragende Hilfe bedanken, ohne diese wäre es wohl bei dem Traum geblieben...

Eine reine Vorsichtsmaßnahme – jeglicher Nachbau geschieht auf eigenes Risiko...

Und nun geht es zu der Anleitung...

Ladestation:

Die Ladestation besteht aus folgenden Baugruppen:


Primäre Ladespule mit ihrer Lade-elektronik:

Hier sieht man das Kaufteil , also praktisch das Ausgangsprodukt für den Bau einer induktiven Ladeststion, sowie die primäre Spule mit der Ladeelektronik und dem Anschluss-Stecker ( Alle drei Teile aus dem ursprünglichen Gehäuse entnommen, Stecker wird nicht verwendet )

IQ Ladeschale Kaufteil
IQ Ladespule mit Lade-elektronik und Stecker

Weiter unten sieht man die Bearbeitung des neuen Gehäuses für die primäre Ladespule und die Ladeelektronik.

Spulengehäuse gebohrt
Spulengehäuse mit Öffnung

Das Gehäuse wurde aus einer TOOM 220V Aufputz-Steckdose mit einer Kantenlänge von 64mm erstellt, das passt zusammen mit dem Gestell aus 4-kantprofilen mit einer Kantenlänge von 10mm sehr gut ( auch zum zentrieren der beiden Spulen zueinander ) zwischen die Felgen der Räder der Antriebsketten (Lichte Weite 84,5mm). Das Gehäuse wurde auf 9mm gekürzt (Endmaß 8mm, 0,5- 1mm als Aufmaß für Planschleifen der späteren Auflagefläche drauf lassen, die Lichte Weite zwischen der auf der Bodenwanne aufgeklebten sekundären Ladespule und der Auflagefläche beträgt 10mm). Der vertikale Abstand zwischen den beiden Spulen sollte so gering wie möglich sein, maximal 0,5mm, je größer er wird, um so schlechter spricht die sekundäre Spule an, ab einer bestimmten Entfernung überhaupt nicht mehr. Der innere „Kragen“ der Steckdose wurde ausgebohrt und mit einer Halbrundfeile auf Außenmaß der Spule erweitert. An der Stelle, wo die geflochtene Litze um die Feritplatte gebogen wird muss das neue Gehäuse noch etwas ausgearbeitet werden (das geht ganz gut mit dem Lötkolben).



Hier die fertige primäre Ladespule:

Primäre Ladespule kpl.
Primäre Ladespule von unten

Die Spule selbst wurde mit einem 1mm dickem doppelseitigem Klebeband an den Ecken der Feritplatte ( Vorsicht – brüchig!) mit dem Gehäuse verklebt. Später habe ich festgestellt, dass die Spule nach einer gewissen Zeit (über Nacht) warm wird und dadurch das Klebeband an Haftung verliert, die Spule kippt dann teilweise nach unten und der Ladevorgang wird unterbrochen, da sollte man also noch etwas tun – richtig mit UHU-Plus Schnellfest (oder ähnlich) kleben.

Die Ladeelektronik wurde auf der Rückseite der Feritplatte mit dem gleichen Klebeband an der Lötseite mit der Feritplatte verklebt, das Kabel an der Elektronik angeschlossen. Plus und Minus an der Elektronik sind nicht gekennzeichnet, Vorsicht beim Anschluss des (evtl. gekürzten) USB-Kabels, Lage von rot und schwarz merken! Das Kabel habe ich mit UHU Plus angeklebt (Zugentlastung). Am anderen Ende des USB-Kabels ist ein USB-Steckernetzteil mit einem Ausgangsstrom von 1A. PC-USB Anschluss hat von der Leistung her nicht gereicht.

Hier noch die Belegung des USB Steckers:

Pinbelegung USB-Stecker
Sekundäre Ladespule:

Die Spule ist an der Bodenwanne im vorderen Bereich mit dünnem Doppelseitigem Klebeband mittig zur Wanne des RP6 aufgeklebt (möglichst etwas weniger schief als hier), die Kabel sind mit einem tropfen Kleber fixiert

Sekundärspule mit Anschlussdrähten
Sekundärspule an der Bodenwanne geklebt
Step-Up-Converter:

Der Wandler ist im Heck-seitigem Bereich der Bodenwanne(unterhalb des EXT-Anschlusses) mit einem dickeren doppelseitigem Klebeband aufgeklebt (Lötspitzen auf der Lötseite des Converters verhindern andere Befestigung, Bohrungen zum Anschrauben hat der Wandler nicht).

Step-Up-Converter 4V auf 30V
Step-Up-Converter auf der Bodenwanne montiert

Am Step-Up_converter muss vorher mit dem Potentiometer (am besten auf dem Steckbrett, dazu habe ich die Lötpads mit Lötstiften versehen) die Ausgangsspannung auf 9V eingestellt werden. Diese Stifte wurden später so angepasst bzw. gegen neue getauscht, dass dort die Gegenstecker der Verdrahtung drauf gesteckt werden konnten.

Bei den ersten Tests der Schaltung lief der Wandler nicht an. Die Versuche mit einem Graetz Gleichrichter brachten keine Besserung, ein – mehr oder weniger aus Verzweiflung - gemachter Versuch mit einer 1A Diode am Eingang des Wandlers brachte die Lösung. Der Wandler läuft nach dem einschalten der Ladestation nach ca. 5-10 Sekunden zuverlässig an. Hier der Wandler auf dem Steckbrett, rechts mit der SMD-Diode auf IN+ :

Step-Up-Converter auf dem Steckbrett
SMD Diode auf Anschluss IN+ gelötet

Am Konverter wurden später, während des Ladens, folgende Werte gemessen:

Spannungs- und Stromwerte während des Ladens

Durch Selbstentladung während der nächsten 12 Stunden verringerte sich die hier gemessene Spannung am Voltmeter auf 8V und der Vbat Wert auf 8,1V.

Gestell:
Ladestation von oben
Ladestation von unten
Lichtleitfaser an der LED der Lade-elektronik
blaue LED leuchtet, wenn die Ladestation an ist, beim Laden blinkt sie

LED beim Laden

Gefertigt aus 4kant Profilen 10x1, die erhöhte Stirnseite dient als Anschlag für die Positionierung der Spulen zueinander, die beiden seitlichen Profile liegen beim Laden zwischen den Ketten, damit werden die Spulen in seitlicher Richtung zentriert. Steht der RP6 auf diesem Gestell, haben die Ketten einen Abstand zu Tisch/Bodenplatte und der RP6 kann zu Testzwecken betrieben und gleichzeitig geladen werden. Die Ladestation kann aber auch ohne das Gestell betrieben werden, der RP6 steht dann mit den Ketten auf der Auflage / dem Boden.

Verdrahtung:

Die Verdrahtung verläuft im wesentlichen über die Base-platine und über die Heck- und Front-seitige Flächen der Bodenwanne. Die Verdrahtung des Step-Up-Converters ist auch aus dem vorhergehendem Foto der Einbausituation des Wandlers ersichtlich. Alle Anschlüsse sind mit Steckern versehen um eine Demontage der Base-Leiterplatte möglich zu machen. Will man die Einstellung der (alten) Encoder verändern, muss man vorsichtig die Kleberstreifen vom Wandler entfernen und ihn abnehmen. Bei den neuen Encodern ist ein Demontieren der Gehäusehälften nicht erforderlich, der Step-Up-Converter kann also aufgeklebt bleiben. Daneben noch einmal ein Bild der kompletten Verdrahtung am RP6 im Zusammenhang mit der Ladestation.

Kabelverlauf auf der Baseplate
Verdrahtung der Lade-elektronik am RP6
Bauteilebedarf:
Artikel Name Webseite Distributor
Ladeschale und Empfängerspule Qi Wireless Kabellose Ladegerät Pad Receiver für Samsung Galaxy S3 ebay http://www.ebay.de/itm/Qi-Wireless-Kabellose-Ladegerat-Pad-Receiver-fur-Samsung-Galaxy-S3-S4-Note-2-ED-/171176612540?pt=DE_M%C3%B6bel_Wohnen_Sonstige&var=&hash=item27daebd2bc
Step-up-wandler LM2577S DC-DC-Wandler Step-up Power Supply Modul ebay http://www.ebay.de/itm/290943258842?ssPageName=STRK:MESINDXX:IT&_trksid=p3984.m1436.l2649
SMD Diode 1A / 50V Diotec SM4001 Conrad http://www.conrad.de/ce/de/product/160725/?insert=62&insertNoDeeplink&productname=SMD-Diode-1-A-Diotec-SM4001-Gehaeuseart-MELF-IF-1-A-Sperrspannung-UR-50-V


Doppel_ladestation:

Die Ladestation wurde erweitert:

- Durch Verwendung von zwei Ladespulen kann der RP6 in zwei Positionen geladen werden, so sind Teile / Sensoren auch während des Ladens alle zugänglich (der RP6 muss nur einmal gedreht werden, der Ladevorgang wird sofort nach dem Drehen fortgesetzt).

- Die Ladespulen können getrennt oder gemeinsam betrieben werden. Beim Laden mit beiden Ladespulen gleichzeitig liegt der Ladestrom bei 350mA.


Doppel_ladestation von oben
Doppelspule am Unterboden
Ladeposition_1
Ladeposition_2

Und nun - viel Spaß und Erfolg beim Nachbauen...

Autor

--inka 09:50, 12. Mai 2014 (CET)