Quelltext der Seite AMR 2022

[[Kategorie:AMR]]
Dieses Artikel befasst sich mit dem Aufbau des '''a'''utonomen '''m'''obilen '''R'''oboters '''AMR 2022''' an der HSHL.



== Systemübersicht ==
== Konstruktion ==
== Fahrgestell ==
=== Aktuatorenschalter ===
Der Aktuatorenschalter schaltet den Fahrtenregler und Lenkservo aus, sodass keine Fahrt- und Lenkbewegung möglich ist. 

{| class="wikitable"
! Stellung
! Funktion von hinten auf den Wagen schauend
|-
| Links
| Regler ein
|-
| Mitte
| Regler aus
|-
| Rechts
| Regler aus
|}

=== Motor ===
==== Anschlüsse ====
Der Motor verfügt über zwei Anschlüsse. Der erste Anschluss dient zur Steuerung der drei Phasen des Motors '''A, B und C''' seitens des Fahrtenregler. Da diese Leitungen hohe Ströme führen, ist äußerste Vorsicht bei der Umgang mit denen geboten. des weiteren sind diese ansclüsse kurz zu halten um Störungen zu vermeiden.
Der zweite Anschluss ist der Sensoranschluss. Hier überträgt der Motor mit hilfe von Hallsensoren am Stator den Stand des Rotors an dem Fahrtenregler, um die Transisitor Brücken des Reglers im passenden Momentan zu schalten, sodass sich für den Motor an den Phasen A B C ein Drehfeld ergibt, welches den Rotor des Motors kontinuierlich beschleunigt oder bremst.

==== Hall-Sensor ====
Der Sensoranschluss des Motors wird in Form eines 6-poligen JST ZH-Buchse mit Rastermaß 1,5mm bereitgestellt. Die Signale sind wie folgend belegt:
<gallery>
Datei:Motor Hallsensor Anschluss.png|Hall-Sensor-Anschluss

</gallery>
'''Überprüfen'''
{| class="wikitable"
! Pin !! colspan="2" | Farbe !! Funktion
|-
| 1
! style="background-color: black;" | &nbsp;
| Schwarz
| GND
|-
| 2
! style="background-color: orange;" | &nbsp;
| Orange
| Phase A
|-
| 3
! style="background-color: white;" | &nbsp;
| Weiß
| Phase B
|-
| 4
! style="background-color: green;" | &nbsp;
| Grün
| Phase C
|-
| 5
! style="background-color: blue;" | &nbsp;
| Blau
| NC
|-
| 6
! style="background-color: red;" | &nbsp;
| Rot
| NC
|}

Bei etwa der maximalen Geschwindigkeit ergeben sich Motorphasen der Periodendauer von ca. 10,2ms. Die Mindestzeit zwischen zwei Flanker der Hall-Phasen beträgt dabei ca. 1,5ms. 

<gallery>
Datei:Hallsensor Vorwärts vollgas.png|Hall-Signale des Motors bei maximaler Geschwindigkeit
</gallery>

==== Anschluss an Adapterplatine ====
Die Hall-Signale vom Motor werden an J8_Hall wie folgt an der Adapterplatine angeschlossen:

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf Adapterplatine J8_Hall
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf Adapterplatine J9_Hall_in
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| Hall A
| 6
| 1 & 2
| P1A_33_IO_02_Hall_A
|-
| Hall B
| 5
| 3 & 4
| PIB_33_IO_03_Hall_B 
|-
| Hall C
| 4
| 5 & 6
| PIA_32_IO_04_Hall_C
|-
| +5Vlinear
| 3
| -
| -
|-
| +5Vlinear
| 2
| -
| -
|-
| Digital GND
| 1
| -
| D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,
|}

Des Weiteren werden die Hall-Signale über eine XOR-Kombinationslogik bearbeitet und zur Geschwindigkeitsermittlung genutzt. Weitere Informationen dazu sind verfügbar unter: [[Signalverarbeitung]] und [[Geschwindigkeitsermittlung]].

Damit die Hall-Signale auch von Kombinationslogik erfasst werden können, müssen diese auf der Adapterplatine über Jumper zu Kombinationschip weitergeleitet werden. Auf dem Wannenstecker Steckplatz J9_Hall_in müssen jeweils die gegenüberliegenden Pins miteinander verbunden werden. Also 1 mit 2, 3 mit 4 und 5 mit 6. Analog dazu muss der Ausgang der Kombinationslogik mit der DS1104-Karte verbunden werden. Dazu müssen auf Wannenstecker J10 Pin 1 mit 2 und Pin 3 mit 4 verbunden werden.

''''Achtung Design Fehler  P1B_26_IO_17_INTER4_HALL_LOGIK_INVERT muss mit Kabel verbunden werden an Pin3 von J10 Hall_out''''

Die Hall-Signale sowie das kombinierte Signal sind wie folgt auf der DS1104 verfügbar:

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| Hall A
| IO2
|-
| Hall B
| IO3
|-
| Hall C
| IO4
|-
| Kombi-Hall-Signal
| IO19
|-
| Invertiertes Kombi-Hall-Signal
| IO17
|}

=== Empfängermodul ===
Diese Beschreibung beschränkt sich zunächst auf dem Fernbedienungsempfänger '''Futaba F143F 40MHz FM'''. Nichtsdestotrotz können die hier enthaltene Informationen auf andere Empfänger für die gleiche Anwendung übertragen werden.

Der Fernbedienungsempfänger empfängt die Radiosignale der Fernbedienung und gibt Steuersignale zum Lenkservo und Fahrtenregler ab. 


==== Anschlüsse ====
Die Stromversorgung des Empfängers erfolgt über den Fahrtenregler, der wiederum die Versorgung von Fahrakku entnimmt. Gemessen ist ein Versorgungspegel von 5V.

Die Versorgung des Empfängers kann auch über den '''BAT- oder B/C-Anschluss''' erfolgen. Zu beachten ist, dass die Masse- und Versorgungsanschlüsse jeweils über alle Steckplätze kurzgeschlossen sind. An den Anschlüssen CH1 - CH3 können 3 Ausgänge angeschlossen werden. Hier werden der Fahrtenregler an CH1 und der Lenkservo an CH3 angeschlossen.
CH1 ist mit einem Failsafe ausgestattet, fällt der Empfang aus wird der Motor abgeschaltet, bzw. in eine definierte Position gebracht.


<gallery>
Datei:Fernbed Skizze.png|Skizze des Fernbedienungs-empfängers '''Futaba F143F'''
</gallery>

==== Lenk-Signal ====
Das Lenksignal wird als PWM-Signal vom Empfänger an dem Lenkservo gegeben. Das Signal ist wie folgend beschaffen:

{| class="wikitable"
! Parameter
! Wert
|-
| Amplitude
| 3 V
|-
| Periodendauer
| 18,50 ms
|-
| Frequenz
| 54 Hz
|-
| Pulsweite Lenkung 0-Position
| 1,52 ms
|-
| Tastgrad Lenkung 0-Position
| 8,22%
|-
| Pulsweite Lenkung Rechts
| 1,10 ms
|-
| Tastgrad Lenkung Rechts
| 5,94%
|-
| Pulsweite Lenkung Links
| 1,92 ms
|-
| Tastgrad Lenkung Links
| 10,38%
|}

<gallery>
Datei:Fernbed Lenksignal Periode.png|Periodendauer des PWM-Lenksignals
Datei:Fernbed Lenksignal Amplitude.png |Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals
Datei:Fernbed Lenksignal 0-Pos Pulsweite.png |Pulsweite bei Lenkwinkel = 0
Datei:Fernbed Lenksignal Rechts.png  |Pulsweite bei Rechtsauschlag
Datei:Fernbed Lenksignal Links.png |Pulsweite bei Linksauschlag
</gallery>


==== Gas-Signal ====
Ähnlich wie das Lenksignal wird das Gassignal in einem PWM-Signal moduliert. Das Signal hat folgende Eigenschaften:

{| class="wikitable"
! Parameter
! Wert
|-
| Amplitude
| 2,7 V
|-
| Periodendauer
| 18,50 ms
|-
| Frequenz
| 54 Hz
|-
| Pulsweite bei Pedal 0-Position
| 1,50 ms
|-
| Tastgrad Pedal 0-Position
| 8,11 %
|-
| Pulsweite Vollgas Vorwärts
| 1,93 ms
|-
| Tastgrad Vollgas Vorwärts
| 10,43 %
|-
| Pulsweite Vollgas Rückwärts
| 1,11 ms
|-
| Tastgrad Vollgas Rückwärts
| 6 %
|}

<gallery>
Datei:Fernbed Gassignal Periode.png|Periodendauer des PWM-Gassignals
Datei:Fernbed Gassignal Amplitude.png |Amplitudenmessung des PWM-Gassignals
Datei:Fernbed Gassignal 0-Pos Pulsweite.png |Pulsweite bei Pedalstellung = 0
Datei:Fernbed Gassignal Vollgas Vorwärts.png  |Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung
Datei:Fernbed Gassignal Vollgas Rückwärts.png |Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung
</gallery>

==== Signalschwankungen ====
Die oben dargestellten Pulsbreiten der Signale schwanken bei konstanter Betätigung der Fernbedienung um ca. 65µs.
<gallery>
Datei:Fernbed_Gassignal_Schwankung_Pulsbreite.png|Schwankung der Pulsbreite der Fernbedienungssignale
</gallery>

==== Anschluss des Empfängermoduls an Adapterplatine ====
Die Fahr- und Lenksignale der Fernbedienung werden an der Adapterplatine auf Stecker J6_Empfänger angeschlossen, der wie folgt belegt ist:

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J6_Empfänger
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| GND
| 1 & 4
| D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,
|-
| Lenksignal der Fernbedienung
| 3
| PIA_09_SCAP1_RC-in_Signal_LS
|-
| Fahrsignal der Fernbedienung
| 5
| PIA_08_SCAP2_RC-in_Signal_FR
|-
| +5V
| 2 & 5
| 
|}



{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J7_Servo_Regler
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| GND
| 1 & 4
| D_GND -PIA01, -PIA17, -PIA24, -PIB01, -PIB17, -PIB24,
|-
| Lenksignal der Fernbedienung
| 3
| PIB_12_STPWM_RC-out_Signal_LS
|-
| Fahrsignal der Fernbedienung
| 5
| PIB_16_SPWM7_RC-out_Signal_FR
|-
| +5V
| 2 
| 
|-
| +5V
| 5
| 
|}

=== Fahrtenregler und Lenkservo ===
==== Fahrtenregler ====
Der Fahrtenregler hat folgende Eingangsverkabelung:
{| class="wikitable"
! Pin !! colspan="2" | Farbe !! Funktion
|-
| 1
! style="background-color: black;" | &nbsp;
| Schwarz
| GND
|-
| 2
! style="background-color: red;" | &nbsp;
| Rot
| Vcc
|-
| 3
! style="background-color: white;" | &nbsp;
| Weiß
| PWM-Eingang
|}

==== Lenkservo ====
Der Lenkservo hat folgende Eingangsverkabelung:
{| class="wikitable"
! Pin !! colspan="2" | Farbe !! Funktion
|-
| 1
! style="background-color: brown;" | &nbsp;
| Braun
| GND
|-
| 2
! style="background-color: red;" | &nbsp;
| Rot
| Vcc
|-
| 3
! style="background-color: white;" | &nbsp;
| Weiß
| PWM-Eingang
|}

=== Verkabelung ===

<gallery>
Datei:AMR13 Blockdiagramm Fahrgestell.png|Blockdiagramm der Komponenten und Verkabelung im Fahrgestell
</gallery>

== Karosserie ==
=== Adapterplatine ===
Versorgt wird die Adapterplatine 
<gallery>
Bild:.png|Skizze der Adapterplatine
Bild:.png|Anschlüsse der Adapterplatine
Datei:.png|Stecker J1 zur Spannungsversorgung der Adapterplatine mit 5V
</gallery>



{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pinnummer auf Stecker 
! style="font-weight: bold;" | Anschluss an DS1104
|-
| GN
| 
| 
|-
| 
| 
| 
|}

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pinnummer auf Stecker 
! style="font-weight: bold;" | Anschluss an DS1104
|-
| G
| 
| 
|-
| 
| 
| 
|-
| 
| 
| 
|}


<gallery>
Datei:.png| Stecker zur Messung der Spannung am Fahrakku
Datei:.png| Stecker zur Messung der Spannungen an PC-Akkus
</gallery>


==== Anschlüsse an der Adapterplatine ====
NC: Not Connected, Pin nicht angeschlossen bzw. ohne Funktion.

{| class="wikitable"
! Stecker auf Adapterplatine
! Funktion
! Pin Auf Stecker
! Pin-Funktion
! Pin auf dSPACE DS1104
|-
| 
| 
| 
| 
| 
|-

|}

<gallery>
Datei:|Jumper zur Auswahl des Gyrosignals X und Z
Datei:.png|Jumper zu Auswahl der Verstärkung des Z-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach
Datei:.png|Jumper zu Auswahl der Verstärkung des X-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach
</gallery>

=== Rechner ===
==== dSPACE DS1104 RCP ====
===J17_Kamera_Power ===
[https://www.vrmagic.com/de/imaging/kameraplattformen/d2-intelligente-plattform/ VRmagic D2 OEM-Version]
Spannungsversorgung mit Vcc=5V von der Adapterplatine (J17) und Anschluss an dem Rechner über die Ethernet-Schnittstelle
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pins auf J17
|-
| +5V-Versorgung der Kamera vom PC +5V
| 2
|-
| GND
| 1
|}

<gallery>
Datei:
</gallery>

=== LIDAR ===
Der Lidar wird per USB an den PC angebunden.

=== IR-Sensoren ===

Es sind 4 Infrarotsensoren zur Abstandsmessung am Fahrzeug angebracht. Weitere Information zum Sensor können [[Fahrzeughardware#Infrarot_Sensor|hier]] entnommen werden.
Die Sensoren werden wie folgt angeschlossen:

{| class="wikitable"
! style="text-align: center; font-weight: bold;" | Sensorposition
! style="font-weight: bold;" | Sensornummer
! style="text-align: center; font-weight: bold;" | Anschluss auf 
Adapterplatine
! style="text-align: center; font-weight: bold;" | Anschluss auf 
DS1104
|-
| Hinten Rechts
| 
| 
| 
|-
| Seite Hinten
|
| 
| 
|-
| Hinten Links
| 
| 
| 
|-
| Seite Vorne
| 
|
| 
|}

Dabei haben alle Sensoren folgende Verdrahtung:
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pinnummer
|-
| Vcc
| 
|-
| GND
| 
|-
| Analogausgang des Sensors
| 
|}

<gallery>
Bild:.JPG|Skizze Sensorpositionen Infrarotsensoren
Bild:.png|Anschlüsse der Infrarotsensoren auf der Adapterplatine
</gallery>

=== Lichter ===

==== Fahrzeugbeleuchtung ====
<gallery>
Bild:.png|Anscluss der Lichter an Adapterplatine
</gallery>

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf 
Adapterplatine J20
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| GND
| 
|-
| Blinker Rechts
| 
| 
|-
| Blinker Links
| 
| 
|-
| Bremse
| 
| 
|-
| Rückfahrlicht
| 
| 
|-
| Fahrlicht
| 
|
|}

===== Anschlussplatine der Beleuchtung =====

==== Eingriffsbeleuchtung / Blaue LED ====
Die blaue LED zu Signalisierung des Fernbedienungseingriff wird über Stecker J3 angeschlossen. 
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J3
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| Vcc
| 1
| 
|-
| GND
| 2
| 
|-
| Steuersignal der Diode
| 3
| IO15
|}
<gallery>
Datei:.png| Anschluss der blauen LED an Adapterplatine
</gallery>

=== freie Steckplätze auf der Adapterplatine ===

==== J24_Incrementalgeber ====
An den Incrementalgeber eingängen lassen sich endlos drehende Incrementalgeber anschließen.
Herausgeführt ist nur Kanal 1 
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J24
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| D_Gnd
| 1 
| D_Gnd
|-
| +5V von DS1104 Karte Datenblatt beachten belastbarkeit S100 (Hardware installation configuration) max. 500mA für alle Pins zusammen.
| P1A_10_VCC_+5V_
|-
| P1A_18_IDX_1 invertiert
| 3 
| P1A_18_IDX_1_Invert
|-
| IDX_1
| 4 
| P1A_19_IDX_1
|-
| PHI90_1 invertiert
| 5 
| P1A_20_PHI90_1_Invert
|-
| PHI90_1
| 6 
| P1A_21_PHI90_1
|-
| PHI0_1 invertiert
| 7 
| P1A_22_PHI0_1_
|-
| PHI0_1 
| 8 
| P1A_23_PHI0_1
|}


==== J25_PWM ====

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J24
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| D_Gnd
| 1 
| D_Gnd
|-
| SPWM2
| 2
|
|-
| SPWM3
| 3 
| 
|-
| SPWM4_
| 4 
| 
|-
| ST1_PWM
| 5 
| 
|-
| SCAP3
| 6  
| 
|-
| SCAP3 invert
| 7 
| 
|-
| SCAP4
| 8  
| 
|-
| +5V
| 9 
| 
|-
| +3,3V
| 10  
| 
|}

==== J26_Digital ====
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J26_Digital
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| D_Gnd
| 1 
| D_Gnd
|-
| DIO_0
| 2
|
|-
| DIO_6
| 3
| 
|-
| DIO_7
| 4
|-
| DIO_8
| 5
| 
|-
| DIO_10
| 6
|
|-
| DIO_16
| 7
| 
|-
| DIO_18
| 8
|
|-
| +3,3V
| 9
| -
|-
| +5V
| 10
| -
|}

==== J29_Analog ====
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J29_Analog
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| A_Gnd
| 1 & 3 & 5 & 7 & 9
| A_Gnd
|-
| DACH_1
| 2
|
|-
| DACH_2
| 4
| 
|-
| DACH_3
| 6
|-
| DACH_4
| 8
| 
|-
| DACH_5
| 10
|
|}

==== J27_SPI ====

{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J27_SPI & J28_SPI
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| D_Gnd
| 1 & 8
| D_Gnd
|-
| +5V linear
| 7
|-
| 3,3V linear
| 6 
| -
|-
| MISO
| 5 
| 
|-
| MOSI
| 4 
| 
|-
| STE
| 3 
| 
|-
| SCLK
| 7 
| 
|}

=== Powerpanel ===
==== Taster ====
===== Programmtaster =====
Es sind 4 Programmtaster vorhanden. Damit können verschiedene Programmmodi geschaltet werden. Die Taster sind an der Adapterplatine an Stecker J angeschlossen.
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | Funktion
! style="font-weight: bold;" | Pin auf J
! style="font-weight: bold;" | Anschluss auf DS1104
|-
| GND
| 
| 
|-
| Taster 1
| 
| 
|-
| Taster 2
| 
| 
|-
| Taster 3
| 
| 
|-
| Taster 4
| 
| 
|}

<gallery>
Datei:.png|Anschluss der Taster an der Adapterplatine
</gallery>

==== Schaltung und Layout ====
==== Aufladen der Akkus ====

=== Verkabelung ===