Raspberry Pi Hindernis-vermeidenden Roboter bauen – Einsteiger-Anleitung

Wenn Sie neu bei Raspberry Pi sind und ein praxisnahes Projekt suchen, das Software und Hardware verbindet, führt Sie diese Anleitung durch den Bau eines Python-gesteuerten Roboters, der Hindernisse mit Infrarotsensoren erkennt und vermeidet.

Hindernis-vermeidende Roboter sind beliebt für Robotik-Lernen und überraschend einfach zu montieren. Dieser Tutorial vermittelt zuverlässige Objektvermeidung für Ihren Roboter oder lässt Sie einfach Python und Raspberry Pis GPIO-Ökosystem erkunden.

Was Sie brauchen

1. Raspberry Pi B, B+, 2, 3 oder 4 plus Basis-Peripherie (SD-Karte, Tastatur, Maus, Netzteil).
2. IR-Distanzsensor-Module (z. B. beliebter 4-Kanal-IR-Sensor).
3. Getriebene DC-Motoren mit passendem Drehmoment für Ihr Chassis.
4. L293D-Motortreiber-Platine.
5. Roboter-Chassis und Räder.
6. Lenkrolle für Stabilität.
7. Steckbrett und doppelseitiges Klebeband.
8. Male-to-Male / Female-to-Male Jumper-Kabel.
9. 9-V-Batterie und passende Anschlüsse.
10. Taster und 220-Ω-Widerstand (für Power-On-Kontrolle).

Funktionsweise

Die Kernfunktionalität des Roboters basiert auf zwei IR-Sensoren, die Objekte in 5–6 cm Reichweite erkennen. Bei Objektpräsenz geht der Sensor-Ausgangspin auf LOW (0 V). Bei freier Strecke bleibt er HIGH (5 V). Der Raspberry Pi liest diese digitalen Signale via GPIO-Pins ein, und das angehängte Python-Skript steuert die Motoren entsprechend.

IR-Module (Infrarot) bestehen aus IR-LED-Sender und Photodioden-Empfänger. Ein Objekt reflektiert Teil des emittierten IR-Lichts zurück zum Empfänger, was ein LOW-Signal auslöst, das Nähe signalisiert. Diese Signale werden an GPIO-Eingänge des Pi geleitet.

Beim Start – ausgelöst durch Drücken des Tasters – treibt der Pi die DC-Motoren via L293D-Treiber vorwärts. Erkennt ein IR-Sensor ein Hindernis, kehrt das Skript die Motoren kurz um, dann führt es eine Drehung aus, um das Hindernis zu umfahren.

Schritt 1: IR-Sensoren verdrahten

Sensoren mit 5 V und GND vom Raspberry Pi versorgen, Ausgangspins an GPIO-Pins 3 und 16 anschließen (per offiziellem GPIO-Pinout-Diagramm). Das Board's GPIO.BOARD-Modus nummeriert Pins wie sie auf dem Header erscheinen.

Folgendes Skript als irtest.py speichern:

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# Rechter Sensor (GPIO 3)
GPIO.setup(3, GPIO.IN)
# Linker Sensor (GPIO 16) mit Pull-Up
GPIO.setup(16, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)
while True:
 right = GPIO.input(3)
 left = GPIO.input(16)
 if right == 0:
  print "Obstacle detected on Right", right
  time.sleep(0.1)
 elif left == 0:
  print "Obstacle detected on Left", left
  time.sleep(0.1) 

Mit sudo python irtest.py ausführen. Wenn Sie einen Sensor mit der Hand blockieren, gibt die Konsole eine Meldung aus, welche Seite das Hindernis erkannte.

Schritt 2: Motoren via L293D-Treiber anschließen

L293D mit 9-V-Batterie versorgen (Plus an +-Pin, Minus an –-Pin). Board-Masse mit Raspberry Pi's GND verbinden. Motorausgänge an Treiber-Ausgangspins und Steuerpins an zusätzliche GPIOs verdrahten (Pin-Definitionen im L293D-Datenblatt nachschlagen). Mit verkabelten Motoren kann das Skript Vorwärts, Rückwärts und Drehbewegungen befehlen.

Hardware montiert, Raspberry Pi starten, Taster drücken und Roboter beim Navigieren mit Hindernisvermeidung beobachten.

Für zusätzliche Lernressourcen kostenloses E-Book zu Raspberry Pi und Arduino herunterladen, um Skills zu vertiefen.