ANDY – Der vielseitige humanoide Roboter

Wie die Software funktioniert

Unten ein knapper Überblick über Andys Betriebszyklus, vom Boot bis zum Shutdown. Der gesamte Codebase ist Open Source und kann hier eingesehen werden. Ein vereinfachtes Flussdiagramm veranschaulicht den Prozess.

Schritt eins: Andy starten

Andy über den hinteren Netzschalter aktivieren. Strom fließt von einem 11,1-V-1300-mAh-LiPo-Akku über einen UBEC zu den L298N-Motortreibern und dem Raspberry Pi. Sobald der Pi bootet, führt er automatisch boot.sh aus, was die Hauptanwendung startet. Das Skript lädt dann zwei Konfigurationsdateien – prüft, ob der Server starten soll, ob Client-Logins erlaubt sind und zukünftige Modus-Flags. Schließlich kalibriert Andy das Mikrofon auf einen definierten Stille-Schwellenwert.

Schritt zwei: Befehl empfangen

Mit laufendem System arbeitet Andy als Zustandsmaschine. Er lauscht kontinuierlich auf Befehle vom eingebauten Mikrofon und, falls Server aktiv, vom Netzwerk. Erkannte Sprache wird in Text transkribiert und an den Befehlshandler übergeben.

Schritt drei: Befehl ausführen

Die passende Routine in cmds.py wird aufgerufen. Eine Shutdown-Anforderung beendet Software und Hardware sicher; alle anderen Befehle werden ausgeführt bevor zum Lauschzustand zurückgekehrt wird.

Fazit

Andys Software umfasst über 1.600 Zeilen, inklusive Motorkontrolle, Spracherkennung und Networking. Für tieferen Einblick Demo-Video von Prototyp #1 ansehen. Der Code bleibt vollständig transparent, lädt zu Beiträgen und Review ein.

Das Gehirn

Der Raspberry Pi fungiert als Andys Zentralprozessor, handhabt alles von Motortreibern bis Sprachverarbeitung. Die gesamte Logik ist im oben verlinkten Open-Source-Repository gekapselt.

Stromversorgung

Andy wird von einem 11,1-V-1300-mAh-LiPo-Akku betrieben. Ein UBEC regelt die Spannung auf 5 V für den Pi herunter, was stabilen Betrieb sicherstellt.

Motorensteuerung

Drei L298N-H-Brücken-Treiber steuern insgesamt sechs DC-Motoren – zwei pro Treiber – und ermöglichen Andy komplexe Bewegungsmuster.

GPIO-Erweiterung

Um die begrenzten GPIO-Pins des Pi zu überwinden, fügt ein MCP23017 I²C-Expander zusätzliche Ausgänge hinzu. Aktuell versorgt er eine Status-LED, kann aber für zukünftige Peripherie erweitert werden.

Zukünftige Iterationen – Version 2

Andys nächster Prototyp wird einen voll artikulierten Körper mit zehn Freiheitsgraden (10 DOF) im Vergleich zu den ursprünglichen sechs haben. Unten ein Überblick der geplanten Hardware-Verbesserungen.

Schaltplan und neue Features

• Batteriespannungsüberwachung mit automatischem Low-Voltage-Shutdown zum Schutz von SD-Karte und Akkulebensdauer.
• Power-On-LED zur Anzeige des Raspberry-Pi-Starts.
• 10-Segment-LED-Balkengrafik für Echtzeit-Batteriestatus, Umgebungsdezibel und Fehleranzeige.
• Zehn Servos: vier für die Beine (4 DOF) und sechs für die Arme (6 DOF).

Batterieüberwachung

Der integrierte Schaltkreis prüft kontinuierlich die Batteriespannung. Fällt der Pegel unter einen sicheren Schwellenwert, fährt Andy kontrolliert herunter, verhindert Datenkorruption und verlängert Akkulebensdauer. Restladung wird auf LED-Balken visualisiert.

Power-On-Indikator

Eine grüne LED, getrieben von Pi's 3,3-V-Schiene, leuchtet sofort beim Boot, gibt schnellen visuellen Hinweis, dass Andy online ist.

5-Segment-LED-Ausgabe

Obwohl ein dediziertes 5-Segment-Display noch nicht verfügbar ist, wird ein individueller LED-Balken Batteriespannung, Umgebungslärm anzeigen und bei Fehlern blinken.

10 Servomotoren

Mit 10 Servos erreicht Andy 4 DOF in jedem Bein und 6 DOF in jedem Arm, was natürlicheres Gehen und präzisere Manipulation ermöglicht.

Projektausblick

Teile für die bipedalen Beine werden für August erwartet, woraufhin ein Geh-Demo gefilmt wird. Zusätzliche Features – inklusive vollständiger Arm-Artikulation – werden im Herbst und Winter ausgerollt, abhängig von Komponentenverfügbarkeit. Beiträge und Feature-Vorschläge sind im Kommentarbereich willkommen.

Für umfassenden technischen Deep Dive vollständige Projektdokumentation „ANDY – A Multi-Purpose Humanoid Robot“ konsultieren.