Tragbares Überwachungs-Roboter-System mit Raspberry Pi & Android-App

Komponenten

Bauteil	Menge
Arduino Pro Mini 328 – 5 V / 16 MHz	1
2× DC-Getriebemotor mit Rad & Halter	1
SparkFun Dual H-Bridge L298	1
Raspberry Pi 3 Model B	1
Raspberry Pi Camera Module	1
2× Infrarot-Hindernissensor	1
NPN-Transistor (für Scheinwerfer)	1
L7805CV 5 V Regler	1
3,3 V Regler (Pi ↔ Arduino Pegelwandler)	1
2S 1300 mAh LiPo (XT60) + 5 V Powerbank	1
Plexiglas / Kunststoffplatten, Schrauben, Distanzbolzen	1 Satz

Werkzeuge

• FTDI-Adapter (FT232RL) zum Flashen des Pro Mini
• Arduino IDE
• Bohrmaschine, Feinsäge, Schraubendreher, Lötkolben, Seitenschneider

Projektüberblick

Ein fahrbarer Roboter mit Kamera, der per Android-App über WLAN ferngesteuert wird. Die Steuerkette: App → MQTT (Mosquitto) → Docker-Container (Python) auf Pi → Serial → Arduino → Motoren/Licht. Sensoren (IR vorne/hinten) senden Distanzen zurück.

Mechanik (Chassis)

• Bodenplatte 18×13 cm: Motoren, H-Bridge (unterseite), hinten 2 Lenkrollen (360°).
• Obere Platte (L-Form): Abdeckung, Scheinwerferhalterung, Pi-Gehäuse mit Kamera.
• Verbindung über 6 cm Distanzbolzen.

Elektronik (PCB, Eigenbau)

Pinbelegung Arduino Pro Mini:

• D3 – Scheinwerfer (via Transistor)
• D5 (PWM), A4, A5 – linker Motor
• D6 (PWM), A3, A2 – rechter Motor
• A0 – IR vorne, A1 – IR hinten
• D11 (TX), D10 (RX) – Kommunikation Pi (3,3 V Pegelwandler!)

Aufbau: Lochrasterplatine mit Steckverbindern für alle Module, Spannungsregler (5 V für Arduino/Motoren, 3,3 V für Pi-TX), LiPo-Schalter, USB-Netzteil für Pi.

Arduino-Firmware

Empfängt Text-Kommandos per Serial:
M:-25:16; → Links -25, Power 16 → linker Motor 17 %, rechter 32 %, vorwärts.
L:1; / L:0; → Licht an/aus.
Sendet alle 500 ms Distanzen: F=3:B=0; (0–10 skaliert).

// Bibliothek: TextMotorCommandsInterpretter (GitHub)
#include <SoftwareSerial.h>
#include <TextMotorCommandsInterpretter.h>
// ... Pin-Definitionen, Setup, Loop ...
// Verarbeitet Kommandos, setzt PWM, liest IR-Sensoren, sendet Daten.

Vollständiger Code: GitHub

Raspberry Pi Software-Stack

• uv4l – MJPEG-Stream der Pi-Cam auf Port 9090.
• Docker + docker-compose – zwei Container: mosquitto (MQTT Broker, Port 1883) und python-server (Serial ↔ MQTT Bridge).
• systemd – Dienste robot-camera.service (Python) & robot-camera-video.service (uv4l) auto-start.

Android-App

• WebView zeigt uv4l-Stream.
• Steuerung: Joystick (Lenkrad) + Licht-Button.
• MQTT-Verbindung zu Pi (Port 1883), Anzeige: Hindernis-Pfeile, Verbindungsstatus.
• Build: Android Studio, passwords.xml für MQTT/Stream-Credentials.

Inbetriebnahme & Debugging

1. Arduino per FTDI flashen, manuell per Serial testen (Bluetooth/Terminal).
2. Pi: Raspbian + Kamera + SSH. Git-Repo klonen (/home/pi/robot-camera-platform). Serial Console deaktivieren.
3. uv4l installieren (sh uv4l/install.sh), start.sh anpassen (Passwort, Port, Auflösung).
4. Docker & docker-compose installieren (Pi-Blog Anleitung).
5. docker-compose up → Container laufen. systemd Services aktivieren & reboot.
6. App bauen, Credentials eintragen, starten. „Connected“ oben rechts?

Erweiterung: Farbverfolgung

Python-Skript object_tracking.py (OpenCV, HSV-Schwellwert) erkennt farbiges Objekt & steuert Roboter autonom. Dependencies via pip3 install -r requirements.txt.

Code-Repositories

• Arduino, Python, Docker, systemd: robot-camera-platform
• Android-App: android-robot-camera

Schaltplan & PCB

Fritzing-Datei sketch_nWf7cZeUWL.fzz im Haupt-Repo.