Markus Knapp

Allgemeiner Aufbau minibot

Mein Roboter

An dieser Stelle möchte ich zeigen, welche Komponenten aktuell bei meinem Roboter minibot verbaut sind und was diese so kosten können.

Chassis/Plattform

Als erstes haben wir das Chassis Arexx Wild Thumper (in der Vierrad-Version). Kosten: ca. 190€, zum Beispiel bei voelkner. Das Kit kommt fertig aufgebaut mit dem Metallgehäuse, vier Getriebemotoren mit eingebauten Rad-Encodern.

Links: Arexx Wild Thumper.
Rechts: Arexx RP5/6

Steuerung

Herz des Roboters ist ein Raspberry Pi 3B für ca. 32 EUR. Auf diesem sind RASPIAN und ROS installiert:

Motorsteuerung

Auf den Raspberry Pi kommt ein Adafruit Motor HAT zur Ansteuerung der Motoren und ein bisschen Kleinkram (LED, Widerstände, Taster, weitere Buchsen) für ca. 30€:

Schaltregler

Um die Akku-Spannung für die Motoren herunter zu regeln, wurde ein LAOMAO DC-DC-Wandler (Schaltregler) für ca. 10€ verbaut. Für die Stromversorgung des Raspberry Pi (5 Volt USB) wurde einfacher LM2569-Schaltregler für ca. 1,50€ verbaut:

AD-Wandler und Display

Um die Batteriespannung zu messen und zu überwachen, habe ich einen Adafruit ADS1015 AD-Wandler für ca. 13€ verwendet. Zur Anzeige einiger Systemwerte wie Akku-Spannung, IP-Adresse, CPU-Temperatur usw. verwende ich ein kleines 0,96″ OLED-Display für ca. 7€:

Lagesensor, Beschleunigungssensor und Kompass

Zur Lageerkennung und Ausrichtung (Kompass) habe ich das Adafruit 9DOF-Modul für ca. 38€ mit dem bekannten BNO055-Sensor von Bosch benutzt. Es ist unterhalb des Rasperry Pi verbaut und daher nur hier zu sehen:

Laserscanner und Kamera

Zur Bildübertragung kommt eine übliche Rasperry Pi-Kamera für ca. 22€ zum Einsatz (in dem kleinen Gehäuse unten rechts im Bild).

Das teuerste Bauteil ist und bleibt leider der Hokuyo Laserscanner URG-LX04-UG01 mit USB-Abschluss für ca. 1000€:

Laserscanner und Kamera — Laserscanner (links) und Kamera (rechts)

Stromversorgung

Für die Stromversorgung wird ein handelsüblicher LiPo-Akku 3S (11,1 Volt) mit 2,2 Ah Kapazität für ca. 24€ verwendet.

Sonstiges

Zusätzlich sind noch ein Piezo-Signalgeber und zwei Kippschalter verbaut, und natürlich die Grundplatine, auf der alles montiert ist und viele Strippen, die man nur unten nicht sieht. ;-)

Alles bei Amazon?

Nein, ich habe nicht immer alles für Amazon bestellt. Aber als schnellen Einstiegspunkt habe ich diese Affiliate-Links hier verwendet.

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Kabel ab, Kabel dran, Kabel ab, Kabel dran…

Na ja, was soll man von fertig aufgebauten, mit Heißkleber zugeschmadderten Kabeldurchführungen auch halten…

Nach langer Fehlersuche mit einem der Motorencoder stellte sich schlicht und einfach heraus, dass die Lötstellen von wirklich schlechter Qualität sind; na ja und die Leitungen eigentlich auch. Aber gut, flus das ganze auseinander gebaut, vom Kleber befreit und neu verlötet:

Nicht wirklich leicht zu demontieren…
Vorher
Nachher

Toll dann, wenn man alles fertig hat und nach einiger Zeit wieder eine Leitung ab ist… Hatte ich erwähnt, dass die Leitungen offenbar nicht die tollsten sind? Also gut, nun eigene angelötet und hoffen, dass diese länger halten:

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Raspberry Pi 3 B+ bootet nicht – grüne LED blinkt

Vielleicht hat ja noch jemand das Problem, ein nagelneuer Raspberry Pi 3B+ ist da und dann das: die bisherige SD-Karte aus „altem“ RasPi in den neuen gesteckt, aber er bootet einfach nicht. Raspberry Pi 3 B+ bootet nicht – grüne LED blinkt weiterlesen

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Verkabelung der Encoder

Da ich mit dem neuen Chassis ja bessere Odometrie bekommen wollte, als mit dem Raupenantrieb, war es langsam an der Zeit die Encoder der Motoren zu verkabeln.

Hier sprechen wir von vier Leitungen pro Motor: GND, 3.3 Volt, „links“ und „rechts“. Diese sollen am besten per Flachbandkabel mit dem Raspberry Pi verbunden werden. Hierzu habe ich mir eine kleine Adapterplatine mit Wannenstecker gelötet:

Auf die kleinen Pins kommen die Stecker von den Motoren.

Etwas unscharf, aber man bekommt eine Idee.

Auf dem Motor HAT für den Raspberry Pi ist praktischerweise noch Platz für eigene Bauteile, hier habe ich nun den Wannenstecker für das Flachbandkabel als Gegenstück eingelötet und mit den GPIOs der Pi verbunden.

Die vier grünen Leitungen sind jeweils für die Richtung "vorwärts" eines Motors. — Die vier grünen Leitungen sind jeweils für die Richtung „vorwärts“ eines Motors.

Und da man am Ende immer vergessen hat, wie die Belegung war, hier schnell ein Foto für meine eigene Dokumentation:

PS.: Ja, hier fehlen noch ein paar Pins links und rechts für GND und 3,3 Volt. Kommen…!

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Erster Motor- und Fahrtest

Nachdem der neue Schaltregler verbaut war, galt es nun, erste Motor- und Fahrtests durchzuführen. Hier die Videos dazu:

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Neue Motoren, neuer Schaltregler

Durch das neue Chassis für den minibot, und damit den neuen vier Motoren, stieg der Stromverbrauch derart an, dass ein neuer Schaltregler her musste. Dieser regelt die Spannung von der LiPo-Batterie auf 6 Volt für die Motoren bzw. das Motor-Hat herunter.

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Ein neues Fahrgestell für den minibot

Wie sich bei Tests herausstellte, sind die zuvor aufwändig montierten Lichtschranken/Encoder offenbar nicht das Gelbe vom Ei. Wie man im folgenden Screenshot gut erkennen kann, erzeugt die Lichtschranke nämlich Impulse, obwohl die Räder still stehen:

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Spannungsmessung mit AD-Wandler am Raspberry Pi – verbessert mit I2C

Bisher hatte ich für meinen Roboter die Akku-Überwachung mittels MCP3008 realisiert. Aber irgendwie funktionierte dieser auf einmal nicht mehr – und lässt sich wegen SPI nicht groß auf dem Raspberry Pi debuggen. Also habe ich mir eine schöne neue Lösung mit I2C gesucht. Außerdem wurde das OLED komplett neu angesteuert und die Spannung überwacht. Spannungsmessung mit AD-Wandler am Raspberry Pi – verbessert mit I2C weiterlesen

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SSH-Zugriff auf Raspberry Pi nicht mehr möglich

Vielleicht hattet ihr das Problem auch schon mal oder es betrifft euch gerade. Ich konnte mich plötzlich nicht mehr per SSH mit dem Raspberry Pi verbinden – obwohl ich eigentlich nichts auf dem Pi verändert hatte. Eigentlich. SSH-Zugriff auf Raspberry Pi nicht mehr möglich weiterlesen

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minibot Radencoder für den RP5/RP6 mit Aufkleber als Download

Odometrie

Wie weiß man, wie weit ein Roboter gefahren ist oder wo er sich befindet? Mit Odometrie! Um dieses für meinen minibot umzusetzen habe ich auf Radencoder zurückgegriffen, die bei jeder Bewegung der Räder Impulse an ein Lichtschranken auslösen. minibot Radencoder für den RP5/RP6 mit Aufkleber als Download weiterlesen

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