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.

Mein Roboter „minibot“

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:

minibot - Neuer Schaltregler 1
Rechts: der fette LAOMAO DC-DC-Wandler
Links: Ein Standard-Schaltregler

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€:

Rechts: AD-Wandler
Links: OLED-Display

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:

minibot mit markierter Mitte und BNO055
minibot mit markierter Mitte und BNO055

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:

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:

Alles neu macht die Litze.

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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.
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 Unterseite des Motor HAT
Die Unterseite des Motor HAT
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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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.

minibot - Neuer Schaltregler 1
minibot – alter (links) und neuer Schaltregler (rechts)

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Debugging minibot

Manchmal sieht etwas so einfach aus: Schaltplan skizzieren, alles aufbauen und los geht’s. Das dachte ich auch bei meinem neuen Roboter dem minibot. Aber leider bewegten sich die Motoren meines kleinen Bots kein Stück.

Lange suchte ich den Fehler in der neu erstellten Test-Software, die ich (erstmals) in Python programmierte. Insbesondere, da das Monster Moto Shield zur Geschwindigkeitsregelung der Motoren PWM (Pulsweitenmodulation) benötigt. Diese wird mit dem verwendeten Python-Modul GPIO per Software erzeugt. Zum Mitmachen und Suchen des Fehlers hier einmal der verwendete Sourcecode:

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Motor Fehlersuche Finale

Wie es aussieht, weisen die Motorcontrol-Boards einen Defekt auf. Hier wurde nun eines der Boards bereits gegen ein neues ausgetauscht. Und *tusch* hier das Ergebnis:

 

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Motor Fehlersuche Teil 4 und 5

Im letzten Video zeigte sich, dass anscheinend immer 12 Volt bei den Motoren ankommen, zumindest per Messgerät gemessen. Nun erfolgt der gleiche Test erneut, also mit Betrachtung der Portbits über die 7-Segement-Anzeige (die offenbar immer okay sind). mit angeschlossenen Messgeräten aber zusätzlich mit angeschlossenen Motoren. Hier das Ergebnis:

Ofenbar verhält sich das Motorboard anders, wenn die Motoren anschlossen sind und schaltet die 12 Volt nicht immer / nicht mehr korrekt. Um nun noch als letzte Fehlerursache die Motoren auszuschließen, wurde als nächstes das Ganze noch einmal mit einem Motor im Austausch getestet – mit dem Scheibenwischermotor im Vordergrund:

Das Finale ist nah…

PS.: Leider war es im Video etwas dunkel und man erkennt die Spannungen auf den Messgeräten nicht wirklich. Sorry.

 

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Motor Fehlersuche Teil 3

Als nächstes galt es festzustellen, ob vielleicht die 12 Volt nicht durch die Motorcontrol-Boards nicht korrekt „geschaltet“ werden. Dazu wurden nun je Motor ein Messgerät angeschlossen und parallel die Ports über die 7-Segement-Anzeige beobachtet. Aber seht selbst:

Das Ergebnis ist noch nicht wirklich erklärbar. Anscheinend funktionieren die Motorcontrol-Boards korrekt. Die Motoren an sich waren aber okay. Fortsetzung folgt…

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Motor Fehlersuche Teil 2

Bei der weiteren Analyse wurde nun die 7-Segement-Anzeige zu Signalisierung der Portbits parallel zum Motorboard it den Motoren angeschlossen. Wie man sieht, werden die Bits korrekt gesetzt, aber trotzdem bleibt gelegentlich ein Motor stehen:

Fortsetzung folgt…

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