Schematischer Aufbau direcs1

Auf dieser Seite ist der aktuelle schematische Aufbau des Roboters direcs1 dargestellt:

Stand: 04.04.2011

 

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Unterstützung für Joysticks unter Mac OS X fertiggestellt, noch immer Unterbrechungen durch Stromspitzen

 Heute wurde die Unterstützung für Joysticks unter Mac OS C fertiggestellt. Alle Funktionen sind wie unter Linux. Genutzt wurde C++-Code, der die HID-Devices ausliest und prüft, welches HID ein Joystick ist.

Das ist übrigens der verwendete Joystick, na ja, eigentlich ein Gamepad:

 

Erste Tests haben ergeben, dass trotz 10A-Netzteil und "aufgebocktem" Roboter noch immer die Spannung beim "Losfahren" kurz zusammenbricht (Spitzenstrom). Daher wird der nächste Schritt die komplette Überarbeitung des "seriellen Protokoll" sein mit der der PC/Mac Daten mit dem Atmel austauscht. Denn durch den genannten winzig-kurzen Zusammenbruch der Spannung verliert der Atmel kurzzeitig die Stromversorgung und "antwortet" dem PC/Mac nicht mehr. Hier ist also noch so etwas wie ein ACK, Heartbeat o.ä. nötig.

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Laserscanner und Touchscreen verkabelt

 Heute wurden nun der Laser und der Touchscreen auf dem Roboter verkabelt, denn so wie es sich hier darstellt, konnte es für den endgültigen Betrieb natürlich nicht bleiben:

Ein Stromanschluss für den Laserscanner war vom alten Scanner noch vorhanden. Der Touchscreen, der mit 12V betrieben wird, benötigte jedoch noch eine Anschlussbuchse. Da dazu die Verteilerplatine ausgebaut werden musste, wurden bei der Gelegenheit zwei zusätzliche Buchsen für 5V und 24V als Reserve mit verbaut:

    

Und das Ergebnis kann sich doch sehen lassen, oder?

    

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Roboter unter Linux getestet

 Heute wurden noch einmal alle Komponenten direkt auf dem Roboter unter Linux getestet:

 Wie man sieht, sind der Laserscanner und der Touchscreen noch nicht endgültig verkabelt. Sowohl deren Stromversorgungen als auch die Datenkabel müssen jeweils noch auf dem Bot angeschlossen und verlegt werden.

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Allgemeiner Aufbau direcs1

Auf dieser Seite sollen die einzelnen Bestandteile des Roboters direcs1 näher beschrieben werden.

Das Grundgerüst des Roboters sieht wie folgt aus:

Als Rahmen wurden Aluminium-Profile verwendet, die verhältnismäßig günstig sind:

 

Bezugsquelle: Kalms Flightcase GmbH

Die Räder sind so genannte Mecanum-Räder. Diese versetzen den Roboter in die Lage

  • sich auf der Stelle um sich selbst zu drehen
  • links und rechts seitwärts zu fahren
  • ganz normal vorwärts und rückwärts zu fahren oder
  • diagonal, also schräg nach vorne oder hinten links oder rechts zu fahren:

 

Die im rechten Bild zu sehenden Aluminium-Halter sind Eigenentwicklungen.

Bezugsquelle: About AndyMark, Inc.

Die Motoren sind vom teuren Conrad. 1-12V Getriebemotoren Modelcraft . Der Roboter besitzt vier 1-12V Getriebemotoren Modelcraft (RB350050-22723R) mit 6200 UPM und 1:50 Untersetzung was dann 110 UPM ergibt. Der Stromverbrauch beträgt je Motor maximal 0,75A wobei sie maximal 0,695 Nm leisten [und nicht 5 Nm wie im Datenblatt fälschlicherweise angegeben]:


Im Bild bereits zu sehen, dass der Motor um einen stabileren Halter aus den obigen Aluminiumprofilen erweitert wurde.

Bezugsquelle: Conrad Electronic SE

Der Antrieb wurde mittels Zahnriemen und Zahnriemenscheiben realisiert:

Bezugsquelle: Conrad Electronic SE

Die Stromversorgung des Roboters erfolgt über vier 12V-Akkus mit jeweils 7Ah zwei LiPo-Akkus: Einen 4S und einem 6S mit jeweils 5000 mAh und C30:

11-1V-30c-5000mAh-3-Cells-Li-Po-Rechargeable-Battery-With-Deans-T-Plug  Mystery_22_2V_30C_5000mAh_6S_RC_LiPo_Battery_Deans_plug

Bezugsquelle: Pollin Electronic GmbH Ebay

Auf dem Roboter direcs1 stehen drei verschieden Spannungen in zwei verschiedenen Stromkreisen zur Verfügung

  • 24V für den Laserscanner in Stromversorgungskreis 1
  • 12V für das Commel Mainboard in Stromversorgungskreis 1
  • 5V für den Microcontroller und sonstige Sensoren / Schaltkreise in Stromversorgungskreis 1
  • 12V für die Motoren in einem eigenen Stromversorgungskreis 2.

Erzeugt werden diese Spannungen mittels Schaltregler auf den folgenden Platinen:

 

Bezugsquelle: reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Die Schaltkreise sind über Sicherungen geschützt:

Bezugsquelle: reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Über ein zentrales Panel können die Spannungen (und damit der Roboter) eingeschaltet werden. Der silberne Taster ganz links dient zum Einschalten des fit-PCs. Der Not-Aus-Schalter unterbricht lediglich die Stromzufuhr zu den Motoren:

Bezugsquelle Lochblech: Praktiker Deutschland GmbH
Bezugsquelle Bauteile: reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Die Low-Level-Steuerung, also die Ansteuerung der Motorcontroller erfolgt über ein Atmel-Board mit einem AVR2560 STM32F4-Discovery-Board mit ARM-Prozessor:

Auf dem Bild ebenfalls erkennbar diverse Steckverbinder zu weiteren Platinen, Eingänge zum A/D-Wandler, welcher die Akkuspannungen überwacht, ein Optokoppler zum Ansteuern der Warnleuchte (siehe auch Folgefotos), diverse Spannungsversorgungsstecker und ein USB-Seriell-Wandler.

Bezugsquelle: watterott.com

Die Motorsteuerung bzw. Regelung der Geschwindigkeiten erfolgt über die folgenden Boards:

Bezugsquelle: robotikhardware.de

Ein weiterer verwendeter Sensor ist ein 3D-Kompass befindet sich mit auf dem STM32F4-Board, ist aber derzeit noch nicht im Einsatz.

Der größte „Sensor“ ist sicher der SICK Laserscanner (rechts im Bild):

Links im Bild ist noch der zuvor verwendete Laserscanner älterer Bauart (PLS 101-312) zu sehen, der aktuell durch ein moderneren namens S30B-2011BA (S300 Standard) ersetzt wurde. Dieser weist zudem eine Auflösung von 0,5° (gegenüber 1°) und ein Überwachungsfeld von 270° (gegenüber 180°) auf.

Bezugsquelle: eBay

Das eigentliche „Herz“ des Roboters ist ein fit-PC2 vollwertiges pico ITX Mainboard LP-170G von Commell mit Atom-Prozessor, 2 GB RAM, 2,5″ Festplatte, 4 USB-Ports, 2 seriellen Ports, 2 PS/2-Ports, Gigabit-LAN, WLAN, CF-Kartenleser, Audio-Ein und Ausgang und VGA-Ausgang:

  

Bezugsquelle: HRT Informationstechnik

Zur Anzeige diverser Stati und späteren Steuerung dient ein 7″ Touchscreen von Faytech dessen Eingangssignal über einen Wandler von HDMI nach VGA gewandelt wird:

  

Bezugsquelle: reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Damit der Roboter auch etwas „sieht“, hat er eine Logitech Webcam seit neuestem eine Microsoft Kinect Kamera, deren Bild per WLAN zu eine separaten Applikation oder auf eine beliebige Webseite per motion überträgt:

 

Da direcs1 auch über eine Sprachausgabe verfügt, sind zwei Lautsprecher mit integriertem Verstärker ebenfalls vorhanden:

 

Um den Roboter über einen externen Joystick oder Gamepad manuell zu steuern, wurde eine externe USB-Buchse von Neutrik montiert (hier noch ein altes Foto mit dem alten Laserscanner rechts):

 

Bezugsquelle: reichelt elektronik GmbH & Co. KG

Als letztes hat er natürlich auch eine Warnleuchte, wie es sich für einen richtigen Roboter gehört:

Und so sieht er nun (01.09.2012) vollständig aus:

    

 

 

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Test der Motoren per Joystick

Hier nun ein recht neues Video, bei dem die Ansteuerung der Motoren getestet wird:

Wie man sieht, bleibt hier gelegentlich noch der ein oder andere Motor stehen bzw. dreht sich erst gar nicht. Ursache dafür scheint ein kurzer Spannungabfall am Atmel zu sein, der nacheinander die verschiedenen Port-Bits für das Motorcontrol-Board setzt. Da er beim Spannungseinbruch sich neu startet, „kommt“ er nicht bis zum letzten Bit, was gesetzt werden soll. Als Folge dessen, werden nun alle Boards ihre 5V Spannungsversorgung über den 24V-Akku erhalten. Dieser ist nicht so großen Belastungen (Schwankungen) ausgeliefert, wie die 12V-Akkus, an denen die Motoren hängen.

Die Motoren scheinen kurzzeitig bis zu 8A Strom zu „ziehen“. Höhere Werte konnten mangels ausreichendem Netzteil noch nicht getestet werden…

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Austausch der Stromversorgungs-Buchsen, Verkabelung der PC-Stromversorgung

Heute wurden die Buchsen für die externe Stromversorgung bzw. zum Laden der Akkus gegen "Sicherheitsbuchsen" ausgetauscht. In die vorigen "normalen" Buchsen passten die Sicherheitsstecker leider nicht rein (nicht tief genug).  Das ist das Ergebnis:

 

 

Nun galt es noch die Kabel für die Stromversorgung für den fit-PC 2 zu verlegen. Bei der Gelegenheit wurden auch die Sicherungshalter neu beschriftet, den der PC bekam natürlich einen eigenen Stromkreis mit Sicherung:

 

 

Auch das zentrale Panel wurde von der Unterseite beschriftet, damit auch alles an den richtigen Platz gesteckt wird, wenn man es mal ummontiert o.ä.

 

Jetzt nur nichts vertauschen…

 

…und alles läuft (wider Erwarten einmal) auf Anhieb:

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Schaltpläne und Layouts

An dieser Stelle werden nach und nach die Schaltpläne veröffentlicht. Los geht’s mit dem Teil des Spannungswanders, der die 24 V der beiden Akkus, welche in erster Linie die beiden Laserscanner mit Energie versorgen auf 12 V runterwandelt.  Genutzt wurde hierzu der Schaltregler LM2576-T12. Die 12 V werden übrigens benötigt, um den fit-PC 2 mit Strom zu versorgen. Seine Stromversorgung sollte unabhängig von der der Motoren sein, weil stabiler. Und mit nur einer Hand von Bauteilen sieht das Ganze dann so aus:

 

Hier ein mögliches Layout:

 

Auf dem Roboter verbaut sieht das Endergebnis wie folgt aus:

 

Und hier der Schaltplan mit Platine als Download im Target 3001! Format:

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