Rpibot: Kostengünstiger, erweiterbarer mobiler Roboter für Embedded Systems Lernen

Diese simple, kostengünstige mobile Roboterplattform wurde erstellt, um Entwicklern praktischen, hands-on Weg zu Embedded Systems Learning zu geben.

Als Embedded Software Engineer bei deutschem Automobilunternehmen startete ich Projekt als Lernplattform. Obwohl Originalprojekt früh gecancelt wurde, trug Begeisterung es als Hobby weiter – resultierend in Rpibot.

Klare Anforderungen:

• Minimale, software-zentrierte Hardware
• All-in-One 100 € Budget
• Eingebaute Erweiterbarkeit für zukünftige Module
• Einzige 5 V Stromquelle (z. B. USB-Powerbank) für alle Komponenten

Plattform dient Bildung, Überwachung, Robotikwettbewerbe – aber kein Beginner-Tutorial. Grundkenntnisse Python, Elektronik, PID-Regelung erwartet.

Herausforderungen unvermeidlich, aber neugierige, persistente Mindset hilft überwinden. Quellcode bewusst knapp, kritische Abschnitte kommentiert für Guidance.

Voller Quellcode & Hardwareschaltpläne auf GitHub: https://github.com/makerobotics/RPIbot

Material:

Mechanik

• 1 × A4 Sperrholzplatte, 4 mm dick
• 3 × M4 × 80 Schrauben & Muttern
• 2 × Getriebemotoren mit sekundärem Ausgangswelle für Encoder (Räder)
• 1 × Freilauf-Rad
• 1 × Pan-Tilt-Kamerahalterung (optional)

Elektronik

• 1 × Raspberry Pi Zero (mit Header & Kamera)
• 1 × PCA 9685 Servocontroller
• 2 × Optische Encoderräder & Schaltungen
• 1 × Female Jumperkabel
• 1 × USB-Powerbank
• 1 × DRV8833 Dual-Motortreiber
• 2 × SG90 Mikro-Servos für Kamera Pan/Tilt (optional)
• 1 × MPU9250 IMU (optional)
• 1 × HC-SR04 Ultraschallsensor (optional)
• 1 × Lochrasterplatine, Lötzinn, Header, etc.

Schritt 1: Chassis bauen

Chassis absichtlich simpel, leicht, schnell montier- & demontierbar.

• Erschwingliche Materialien
• Schnelle Montage
• Platz für zukünftige Sensorerweiterungen
• Leicht für geringen Stromverbrauch

Sperrholz ideal – einfach mit Laubsäge schneiden & bohren. Kleine Holzstücke leimen für Sensor- & Motormontagepunkte. Kritische Teile mit Schrauben sichern für Austausch/Debug ohne kompletten Rahmen demontieren. Heißklebepistole bequem, aber hält Langzeit evtl. nicht. 3D-Druck Alternative, aber kostspielig & zeitaufwändig.

Freilauf-Rad leicht & reibungsfrei, ermöglicht sanftere Bewegung. Einfacher Holzspacer nivelliert Hinterrad nach Hauptradmontage.

Radeigenschaften (für Softwareberechnungen)

Umfang: 21,5 cm
Encoder-Pulse: 20 Pulse/Umdrehung.
Auflösung: ≈1 cm pro Pulse (vereinfacht Distanzberechnung)

Schritt 2: Elektronik & Verkabelung

Module wie im Diagramm vernetzt.

Raspberry Pi Zero – Zentralcontroller. Liest Sensoren, treibt Motoren via PWM. Verbindet zu Remote-PC über WiFi.

DRV8833 – Dual-H-Brücken-Motortreiber, liefert sufficient Strom für Motoren (Pi-GPIO kann nicht).

Optische Encoder – Liefern Rechteckwelle bei jedem Lichtpfadunterbruch am Rad. Hardware-Interrupts auf Pi erfassen jede Flanke.

PCA 9685 – I²C Servocontroller, liefert PWM-Signale & 5 V für Pan-Tilt-Servos.

MPU9250 – 3-Achsen Beschleunigungsmesser, Gyroskop, Magnetometer, primär für Heading-Info.

Alle Komponenten mit Jumperkabeln verdrahtet. Breadboard als Verteilerhub für 5 V, 3,3 V, Ground Rails. Verbindungstabelle (siehe Anhang) detailt jeden Link. Nie 5 V direkt an 3,3 V Pin; Verkabelung vor Inbetriebnahme doppelt prüfen. Hauptversorgungsspannungen nach Breadboard-Setup mit Multimeter messen.

Module mit Nylonschrauben am Chassis gesichert – stabil & entfernbar für Wartung.

Löten beschränkt auf Motoranschlüsse, Breadboard, Header-Pins. Jumperkabel bequem, können locker werden; Software-Diagnostik hilft intermittierende Verbindungen identifizieren.

Quelle: Rpibot – About Learning Robotics