AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 1 Konzeptentwicklung und Umsetzung eines selbst Balancierenden Elektroroller Im Rahmen der Veranstaltungen: Lehrforschungsprojekt SS2012 und Fertigungsmesstechnik zur Qualitätsverbesserung WS2012/13 1. & 2. Semester Management & Engineering Anthimos Georgiadis, Prof. Dr. rer. nat. Prof. h.c. Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 2 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

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 3 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.

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 4 Technischer Aufbau Elektronik 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)

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 5 Technischer Aufbau Elektronik

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 6 Technischer Aufbau Regler Genereller Aufbau der PID Regelung Vorteile dieses Konzepts: einfach zu implementieren Nachteile: Regelung von nur einer Größe (Abhilfe schafft hier die Kaskadierung)

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 7 Technischer Aufbau Regler

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 8 Technischer Aufbau Mechanik 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

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 9 Technischer Aufbau Mechanik

AT2go – Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme eines selbstbalancierenden Rollers Leuphana Universität Lüneburg Fakultät Wirtschaft Institut für Produkt- und Prozessinnovation Lüneburg 2013 Hans-Christian Otto Gerrit Mank Christian Stelter Simon Schmidt Seite: 10 Projektteam mit AT2go Roller von links: Christian Stelter, Gerrit Mank, Hans-Christian Otto, Simon Schmidt