Rpibot – Robotik lernen

Dies ist eine einfache und kostengünstige mobile Roboterplattform, die zum Lernen und Erweitern entwickelt wurde. Ich habe mein Konzept erklärt und auch meine Probleme, die ich gelöst habe.

Ich bin Embedded Software Engineer in einem deutschen Automobilunternehmen. Ich habe dieses Projekt als Lernplattform für eingebettete Systeme gestartet. Das Projekt wurde vorzeitig abgesagt, aber es hat mir so viel Spaß gemacht, dass ich in meiner Freizeit weitergemacht habe. Das ist das Ergebnis…

Ich hatte folgende Anforderungen:

• Einfache Hardware (Schwerpunkt ist die Software)
• Günstige Hardware (ca. 100€)
• Erweiterbar (einige Optionen sind bereits Teil der Beschreibung)
• Versorgungsspannung für alle Komponenten aus einer einzigen 5V-Quelle (Powerbank)

Es gab nicht wirklich ein Ziel außer dem Lernen. Die Plattform kann zum Lernen, Überwachen, Roboterwettbewerben usw. verwendet werden.

Es ist kein Anfänger-Tutorial. Sie benötigen einige Grundkenntnisse über:

• Programmierung (Python)
• Grundelektronik (um Module durch die richtige Spannung miteinander zu verbinden)
• Grundlegende Regelungstheorie (PID)

Schließlich werden Sie wahrscheinlich Probleme haben, wie ich es getan habe. Mit etwas Neugier und Ausdauer gehen Sie durch das Projekt und lösen die Herausforderungen. Mein Code ist so einfach wie möglich und die kritischen Codezeilen sind kommentiert, um Hinweise zu geben.

Der vollständige Quellcode und die Dateien sind hier verfügbar: https://github.com/makerobotics/RPIbot

Vorräte:

Mechanik

• 1x Sperrholzplatte (A4-Format, 4 mm dick)
• 3x M4 x 80 Schraube und Mutter
• 2x Getriebemotoren mit sekundärer Abtriebswelle für Encoder. Räder.
• 1x Freilauf
• 1x Schwenk- und Neigekamerahalterung (optional)

Elektronik

• 1x Raspberry Pi Zero mit Header und Kamera
• 1x PCA 9685 Servosteuerung
• 2x Optisches Encoderrad und Schaltung
• 1x weibliche Überbrückungsdrähte
• 1x USB-Powerbank
• 1x DRV8833 Dual-Motor-Treiber
• 2x Micro-Servos SG90 für Kameraschwenk und -neigung (optional)
• 1x MPU9250 IMU (optional)
• 1x HC-SR04 Ultraschall-Distanzsensor (optional)
• 1x Lochplatte und Lötdraht, Stiftleisten, …

Schritt 1:Bauen Sie das Gehäuse

Ich bin kein guter Mechaniker. Auch das Ziel des Projekts ist es, nicht zu viel Zeit im Chassis zu verbringen. Jedenfalls habe ich folgende Anforderungen definiert:

• Billige Materialien
• Schnelle Montage und Demontage
• Erweiterbar (z. B. Platz für zusätzliche Sensoren)
• Leichte Materialien, um Energie für die Elektronik zu sparen

Ein einfaches und billiges Chassis kann aus Sperrholz hergestellt werden. Es ist einfach mit einer Laubsäge und einer Handbohrmaschine zu bearbeiten. Sie können kleine Holzteile kleben, um die Halterungen für Sensoren und Motoren zu erstellen.

Denken Sie an den Austausch defekter Komponenten oder die elektrische Fehlersuche. Die Hauptteile sollten mit Schrauben befestigt werden, um austauschbar zu sein. Eine Heißklebepistole mag einfach sein, aber wahrscheinlich nicht der beste Weg, um ein Chassis zu bauen… Ich brauchte viel Zeit, um über ein einfaches Konzept nachzudenken, um die Teile leicht zu demontieren. 3D-Druck ist eine gute Alternative, kann aber recht teuer oder zeitaufwendig sein.

Der Freilauf ist endlich sehr leicht und einfach zu montieren. Die Alternativen waren alle schwer oder voller Reibung (ich habe ein paar davon ausprobiert, bevor ich die letzte gefunden habe). Ich musste nur einen Holzabstandshalter schneiden, um den Heckfreilauf nach der Montage der Haupträder auszugleichen.

Radeigenschaften (für Softwareberechnungen)

Umfang:21,5 cm
Impulse:20 Impulse/Umdr.
Auflösung:1.075 cm (letztendlich ist 1 Impuls ca. 1 cm, was für Softwareberechnungen einfach ist)

Schritt 2:Elektronik und Verkabelung

Das Projekt verwendet verschiedene Module, wie im Diagramm gezeigt.

Der Raspberry Pi Zero ist der Hauptcontroller. Es liest die Sensoren und steuert die Motoren durch ein PWM-Signal. Es ist über WLAN mit einem Remote-PC verbunden.

Der DRV8833 ist eine Doppelmotor-H-Brücke. Es liefert den Motoren ausreichend Strom (was der Raspberry Pi nicht kann, da die Ausgänge nur einige mA liefern können).

Der optische Encoder liefern jedes Mal ein quadratisches Signal, wenn das Licht durch die Encoderräder geht. Wir verwenden die HW-Interrupts des Raspberry Pi, um die Informationen jedes Mal zu erhalten, wenn das Signal umgeschaltet wird.

Das pca9695 ist eine Servosteuerplatine. Es kommuniziert über einen seriellen I2C-Bus. Dieses Board liefert die PWM-Signale und die Versorgungsspannung, die die Servos zum Schwenken und Neigen der Cam steuern.

Der MPU9265 ist ein 3-Achsen-Beschleunigungs-, 3-Achsen-Winkeldrehzahl- und 3-Achsen-Magnetflusssensor. Wir werden es hauptsächlich verwenden, um den Kompasskurs zu ermitteln.

Die verschiedenen Module sind alle durch Steckbrücken miteinander verbunden. Ein Breadboard fungiert als Dispatcher und stellt Versorgungsspannungen (5V und 3,3V) und Masse bereit. Die Anschlüsse sind alle in der Anschlusstabelle (siehe Anhang) beschrieben. Wenn Sie 5 V an einen 3,3 V-Eingang anschließen, wird Ihr Chip wahrscheinlich zerstört. Passen Sie auf und überprüfen Sie Ihre gesamte Verkabelung vor der Lieferung zweimal (hier muss besonders der Encoder berücksichtigt werden). Sie sollten die Hauptversorgungsspannungen auf der Versandplatine mit einem Multimeter messen, bevor Sie alle Platinen anschließen. Die Module wurden mit Nylonschrauben im Chassis befestigt. Auch hier habe ich mich gefreut sie repariert aber auch im Störungsfall abnehmbar zu haben.

Das einzige Löten waren schließlich die Motoren und das Steckbrett und die Header. Um ehrlich zu sein, mag ich die Überbrückungsdrähte, aber sie können zu Wackelkontakten führen. In manchen Situationen können einige Softwareüberwachungen Sie bei der Analyse der Verbindungen unterstützen.

Quelle:Rpibot – Über das Lernen von Robotik