![\"Franz](\"http:\/\/www.admindu.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2011\/07\/franz-joseph-side.jpg\" "\\"franz-joseph-side\\"")
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Auf diesem Bild sieht man Franz Joseph von der Seite. Die “Pillendose” am linken Ende dient zur Aufnahme des Funkmoduls. Mit dessen Hilfe habe ich eine bidirektionale Telemetrie realisiert, um Kommandos an den Roboter zu senden und Daten von dort zu lesen. Als Funkmodul setze ich ein RFM12 von HopeRF<\/a> ein. Das bekommt man g\u00fcnstig bei Pollin.<\/a> Das Modul kann sehr einfach per SPI<\/a> an einem Atmega 1284<\/a> angebunden und betrieben werden. Ich habe mich daf\u00fcr entschieden, die PDIP Variante des Controllers zu verwenden um erst mal komplizierte SMD-Arbeiten zu vermeiden. Au\u00dferdem kann man die “through hole” Bauteile auf einer einfachen Rasterplatine “f\u00e4deln”, und sich somit erst mal die Investitionen und den Aufwand zur Platinenerstellung zu sparen. Die Basis des Roboters bildet ein Kettenfahrgestell von Conrad<\/a>.\u00a0 Es hat zwei Motoren und kann einen Akku-Pack aufnehmen. An den gro\u00dfen Zahnr\u00e4dern des Getriebes kann man eine Gabellichtschranke zur Odometrie<\/a> anbringen. Das Ritzel hat schon ein entsprechendes Loch, dass man verwenden kann. Oben habe ich ein einfaches TEKO-Geh\u00e4use<\/a> von Reichelt aufgesetzt, um die Elektronik unter zu bringen.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n In der Draufsicht sieht man alle relevanten Komponenten. Ich habe das System in zwei Module geteilt. Oben im Bild ist das “Command- and Control Modul”. Dort ist das Funkmodul und der in der Mitte sichtbare Display angebunden. Die Anbindung ist \u00fcber Steckverbinder realisiert. Das hat beim Funkmodul den Sinn, dass das Modul mit dem Deckel abgenommen werden kann. Der Display dient dem Debugging beim Programmieren und kann im “Produktivbetrieb” entfernt werden. Den unteren Teil bildet die “Motorstufe”. Die Motorstufe hat einen eigenen Atmega8 Controller<\/a>. Dieser k\u00fcmmert sich um das PWM<\/a> zur Leistungsregelung der Motoren, steuert die Relais zur Schaltung der Laufrichtung der Ketten, und wertet die Odometrie-Signale der Gabellichtschranken aus. Die Anbindung an das “Command- und Control Modul” erfolgt via TWI\/I2C<\/a>. TWI ist ein sehr einfach zu handhabendes Protokoll um eine Kommunikation zwischen Microcontrollern zu realisieren. Das “Command- und Control Modul” kann also der Motorstrufe Kommandos senden bzw. Werte von Dieser lesen. Die Motorstufe kann dann selbstst\u00e4ndig agieren und z.B. die Geschwindigkeit halten. Oder \u00fcber einen Vergleich der Ketten-Laufzeiten sicherstellen, da\u00df das System gerade aus f\u00e4hrt. Geplant ist hier noch eine “Endschalter-Logik”, die der Motorstufe die Chance gibt eine Kollision zu erkennen und abzuschalten, bis weitere Kommandos des “Command- und Control Moduls” eintreffen. Auch k\u00f6nnte die Motorstufe das C&C Modul via Interrupt informieren, dass ein Problem vorliegt. Ein Heartbeat stellt sicher, dass die Motorstufe nicht weiter agiert, wenn das C&C Modul abgesemmelt ist. Kommt f\u00fcr eine gewisse Zeit kein “ping” vom C&C Modul, schaltet die Motorstufe in Standby. Das PWM-Signal des Atmega wird \u00fcber zwei BD235 Transistoren<\/a> verst\u00e4rkt und dann direkt auf die Motoren gef\u00fchrt. Die Signale der Gabellichtschranke werden mit einem Schmitt-Trigger<\/a> aufbereitet und auf den Interrupt-Ports des Atmega8 gez\u00e4hlt. Der Baustein mit 4x Schmitt-Trigger ist auf der Motorstufe unten Links zu erkennen.<\/p>\n Damit der Roboter auch auf seine Umwelt reagieren kann, braucht er weitere Sensorik. F\u00fcr eine grobe Erfassung von Hindernissen habe ich mich f\u00fcr Ultraschall-Sensoren<\/a> entschieden. Zuerst habe ich versucht, auch diese Sensoren komplett selber zu bauen. Allerdings war das wesentlich komplizierter als ich dachte, und auch die Gr\u00f6\u00dfe der selbst gebauten L\u00f6sung hat mich letztlich dazu bewogen, die Sensoren zu zukaufen. Ich habe mich f\u00fcr SRF02-Module<\/a> entschieden. Die Sensoren haben eine TWI-Schnittstelle, mit der sie direkt an das C&C Modul angebunden werden k\u00f6nnen. Au\u00dferdem sind die Module relativ g\u00fcnstig. Im folgenden Bild sieht man Franz Joseph von vorne. In der Mitte ist der Sensor angebracht. Oben rechts sieht man nochmal das Display-Modul. Das kann sehr g\u00fcnstig bei Pollin<\/a> bezogen werden.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Hinten ist es identisch realisiert. Im Moment stecken die Sensoren noch in Papp-Ausschnitten. In\u00a0 der fertigen Version werden diese dann in den Alu-Frontplatten des Geh\u00e4uses eingebaut sein. Leider hat sich heraus gestellt, dass Ultraschall nicht besonders gut geeignet ist die Umgebung detailliert zu erfassen. Vor allem weil der Roboter an sich schon relativ klein ist, stellt sie schlechte Aufl\u00f6sung ein Problem dar. Eine gro\u00dfe Fl\u00e4che wie eine Wand oder eine T\u00fcre zu erkennen klappt gut. Schmalere Hindernisse wie z.B. Tisch- oder Stuhlbeine, aber auch niedrige Gegenst\u00e4nde wie ein Buch, sind ein echtes Problem.<\/p>\n Um da zu einer besseren L\u00f6sung zu kommen habe ich\u00a0 ein Subprojekt mit optischen Distanzscannern gestartet. Im folgenden Bild sieht man einen Versuchsaufbau mit einem Sharp GP2Y0A02YK0F<\/a>. Der Sensor ist auf einem Servo montiert, mit dem er um ca. 270 Grad gedreht werden kann. Die Steuerung des Servo und die Auswertung der analogen Distanzdaten des Sensors \u00fcbernimmt ein Atmega 8.<\/p>\n <\/p>\n <\/p>\n Die Anbindung an das C&C Modul soll dann wieder \u00fcber TWI\/I2C erfolgen. Im Bild sieht man, dass die Schaltung im Moment mit einem UART2USB Modul<\/a> direkt an den Rechner angebunden ist, um ein einfache Softwareentwicklung zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n Weitere Probleme sind eine “Abgrunderkennung”, damit das Fahrzeug nicht direkt in den Tod f\u00e4hrt, wenn es sich z.B. einer Tischkante n\u00e4hert. Auch ein Beschleunigungsensor<\/a> ist noch geplant um die Neigung des Fahrzeugs in 3 Achsen bestimmen zu k\u00f6nnen. GPS<\/a> habe ich angedacht, aber erst mal zur\u00fcck gestellt, da das Fahrzeug zu klein scheint um sinnvoll per GPS zu navigieren. Au\u00dferdem treibt es den Projektpreis deutlich in die H\u00f6he. Last but not least soll das Ding ja auch was k\u00f6nnen, sodass noch Sensoren f\u00fcr Druck, Feuchtigkeit und Temperatur ggf. ein CCD-Sensor an Bord sollen, damit ich dann unentdeckte Keller oder G\u00e4rten erforschen kann \ud83d\ude42<\/p>\n Vielleicht noch ein paar Worte zur Programmierung: Ich programmiere in C unter Linux. Es gibt dort avr-gcc<\/a> und avr-lib<\/a> als leistungsstarke Tools. Wer m\u00f6chte kann auch Eclipse<\/a> verwenden. Ich pers\u00f6nlich programmiere lieber ohne eine IDE, solange die Projekte noch \u00fcberschaubar sind. Zum flashen der Bausteine verwende ich avrdude<\/a> \u00fcber die serielle Schnittstelle, sowie ein g\u00fcnstiges Devel-Board von Pollin<\/a>. Oder ich integriere ein ISP-Schnittstelle direkt in meine Schaltungen. Schaltpl\u00e4ne zeichne ich mit KiCAD<\/a>. Sollte ich sp\u00e4ter noch den Bedarf haben Platinen zu erstellen, kann das Layout auch mit KiCAD gemacht werden. Auf Debian oder Ubuntu k\u00f6nnen avr-gcc, avr-lib, avrdude und KiCAD einfach \u00fcber APT installiert werden.<\/p>\n<\/a><\/a><\/a>