Turtle Bot WS 20/21

Aus HSHL Mechatronik
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Anforderungen an die Roboterhardware

  • Low Cost (max. 60€)
  • Bestellbar im September
  • Arduino Hardware
  • Turtle Bot 2WD Basis (2 Antriebsräder + 1 Stützkugel)
  • Bluetooth Modul als Diagnoseschnittstelle
  • Akkubetrieb
  • Sensorik
    • Abstandsssensorik (Ultraschall oder IR)
    • Radencoder (vorwärts und rückwärts)
    • Kompass
    • Gierrate
    • Optional: Beschleunigungsssensoren (z.B. MPU-9250)
    • Line-Tracking Sensor


Anforderungen an die Robotersoftware

  • Programmierbar in C und
  • programmierbar in MATLAB.

Nächste Aufgaben/Meilensteine

  1. Projektplanung bis Semesterbeginn (bitte Meilensteine terminieren)
  2. Beschaffung zweier Prototypen (Bestellt, angekommen 24.08.20)
  3. Aufbau eines Prototypen (etwa 1h-2h)
  4. MS1: Ergebnisdokumentation:
    1. Vollständige Materialliste zur Nachbestellung (Kostenvoranschlag für Roboter 60 Stück liegt vor, für die Batterien muss entscheidunggetroffen werden welche reichen, genauso Ladegeräte)
    2. Werkzeugliste (z.B. Schraubendreher Kreuz (PH0 + PH1) + Kombizange )
    3. Vollständiger Bauplan für Studierende
    4. Einführungsvideo: Montagevideo(Online-Video ist verlinkt Foto serie geschossen vom Zusammenbau (A:\Sciebo Mechatronik-Labore\Organisation\Labor_Robotik\Arduino Roboter\AlphaBot Zusammenbau Bilder) muss noch hochgeladen werden )
  5. Inbetriebnahme mit Visual C
  6. Auslesen der Sensoren
  7. Ansteuerung der Aktoren
  8. MS2: Ergebnisdokumentation:
    1. Rahmenprogramm für die Studierenden (Hier kann man sich an der Toolbox der RWTH Aachen orientieren.)
    2. Beispiel 1: LeseAbstandsssensorik
    3. Beispiel 2: FahreEinQuadrat (mit LeseRadEncoder)
    4. Beispiel 3: LeseKompass
    5. Beispiel 4: LeseGierrate
    6. Beispiel 5: LeseLineTrackingSensor
    7. Beispiel 6: LeseBeschleunigungssensor
    8. Einführungsvideo: Installation der Software
    9. Einführungsvideo: Erste Schritte mit Visual C
    10. Einführungsvideo: Ausführung eines der Beispiele
  9. Beschaffung der Roboter & Senoren
  10. Beschaffung von Transportkisten
  11. Planung eines unkomplizierten "Pfandsystems" z.B. über Paypal?!
  12. Vorbereitung der Verleihkisten (inkl. Leihschein)
  13. Ausgabe der Kästen
  14. MS3: Ergebnisdokumentation:
    1. Leihscheine gegen Pfand
    2. Jede Gruppe/jeder Student hat ein Fahrzeug


Vorlesungsbeginn ist die finale Deadline: 12.10.2020

Hardware

AlphaBot robot building kit for Arduino

[1] 80€ Teuer aber hat alles was benötigt wird

er hat zusätzlich ein Zusatz Boards mit folgenden Funktionen: 

   Joystick (5 directions)
   Adjustable potentiometer
   Buzzer
   RGB LED
   Temperature sensor
   High precision RTC
   0.96inch OLED
   XBee interface


es fehlt

  • Akku 2* 18650 es dürfen nur 18650 Zellen ohne eingebaute Schutzschaltung verwendet werden, da nur diese in den AplhaBot passen.

Das Board besitzt eine automatische Unterspannungsabschaltung, es wird empfohlen Li-Ion Akkus mit 3,7V Nennspannung zu wählen, also keine LiFePo4.


  • Ladegerät:

Einfache Li/LiFepo Lader 2 Zellen 19€

Nitecore UM2 USB Speisung

oder

Nitecore NEW i2 12V DC/230V AC Speisung

Minimal Lader 2 Zellen 8,95€

KeepPower C2 USB Speisung

Zusammenbau

  • Überprüfen sie Ihr Set auf Vollständigkeit
  • Laden sie die Li- Ionnen Akkus, beachten sie die allgemeingültigen Vorsichtsmaßnahmen beim Laden von Akkus (nicht unbewacht laden, Temperatur überwachen, Akku nicht Tiefentladen, Akkus nicht entladen zur Seite packen sondern abkühlen lassen nach benutzung und dann wieder laden, bei längerer nicht benutzung Akkus mit 70% Ladung zur Seite legen, nicht in die Sonne legen, ...).
  • Bitte entladen sie sich in dem sie z.B. ein blankes Heitzungsrohr anfassen, sonst können sie die Ic's auf den Platinen beschädigen.
  • Bitte folgen sie nicht der Bauanleitung im Video sie soll ihnen nur einen Überblick verschaffen es sind dort Fehler vorhanden. Folgen sie der Schrittweisen bebilderten Bauanleitung.

AlphaBot Zusammenbau

  • Bitte überprüfen sie alle Steckverbinder auf sauberen Sitz

Schrittweise bebilderte Bauanleitung

Folierte Bauteile

Ziehen sie alle Folien von den Bauteilen ab.

  • Abb1: MontagePlatte

    Abb1: MontagePlatte

  • Abb2: MontagePlatte

    Abb2: MontagePlatte

  • Abb3: Motor

    Abb3: Motor

  • Abb4: Motor

    Abb4: Motor

  • Abb5: Motorhalter

    Abb5: Motorhalter

  • Abb6: Motorhalter

    Abb6: Motorhalter

Schrauben

Es gibt verschiedene Schrauben.

  • Die schwarzen Kunststoffschrauben dürfen nur mt Kunststoffmuttern verwendet werden. Sie sind sehr empfindlich und dürfen nur Handfest angeschraubt werden.
  • Die mittelangen 3mm Schrauben.
  • Die kleinen 3 mm Schrauben dienen der Montage der Messingbolzen.
  • Mit den langen Schrauben werden die Motoren befestigt.
  • Die 2mm Schrauben halten das Servo in Position.
  • Die kleinen selbstschneidenden Schrauben dienen der Montage des Servoruderhornes an dem Ultraschallträger.
  • Abb1: Schrauben

    Abb1: Schrauben

  • Abb2: Schrauben

    Abb2: Schrauben

Bolzen

Es gibt drei längen an Bolzen.

Die 6 längsten werden auf der Bodenplatte verschraubt.

Die beiden mitleren gehören zum Ultraschallsensor und die kleinen sind Teil der Aufhängung des Liniensensors.

  • Abb1: Bolzen

    Abb1: Bolzen


Bodenplatte

Beginnen wir mit der Montage der Bodenplatte.

Dazu suchen wir 6 lange Bolzen und 6 kurze 3mm Schrauben und verschrauben alles anhand der Bilder.

Dannach legen wir die Bodenplatte erst mal zur Seite und wenden uns dem Mainboard und den Sensoren zu.

  • Abb1:Bodenplatte

    Abb1:Bodenplatte

  • Abb2: Bodenplatte

    Abb2: Bodenplatte

  • Abb3: Bodenplatte

    Abb3: Bodenplatte


Mainboard
  • Abb1: Mainboard von Unten

    Abb1: Mainboard von Unten

  • Abb2: Mainboard von Oben

    Abb2: Mainboard von Oben

Akkuhalter

Der Akuhalter ist ein Universalhalter, deswegen sollte man die doppeldeutigen Symbole aus dem Halter kratzen.

Dieses geht mit einem Schlitzschraubendreher mit einem Messer oder mit einem Bohrer.

Dabei nur Oberflächlich die + und - Symbole entfernen.

Die richtigen Symbole stehen zur Sicherheit auf der Platine.

Anschließend sollten im Akkuhalter ebenfalls nur diese Symbole sichtbar sein, damit es nicht zu Verwechslungen kommt.

  • Abb1: AlphaBot_Akkuhalter

    Abb1: AlphaBot_Akkuhalter

  • Abb2: AlphaBot_Akkuhalter

    Abb2: AlphaBot_Akkuhalter

  • Abb3: AlphaBot_Akkuhalter

    Abb3: AlphaBot_Akkuhalter

  • Abb4: AlphaBot_Akkuhalter nach der Behandlung

    Abb4: AlphaBot_Akkuhalter nach der Behandlung

Drehzahlsensor- Gabellichtschranke

Beim Drehzahlsensor hat sich ein kleiner Produktionsfehler eingeschlichen.

Dieser passt leider nicht immer in den dafür vorgesehenen Schlitz.

Dafür müssen die Ecken die noch rund sind mit einem Messer oder einer Feile Eckig gefeilt werden, bis der Sensor sauber in das Loch passt.

Dannach kann mann den Sensor mit einer 3mm Schraube 10mm lang befestigen.

Hier hat sich ein weiterer Fehler eingeschlichen.

Leider kann der Sensor nur mit der inneren Schraube befestigt werden, da bei der äußeren die Muttter gegen den Motor stoßen würde. Deswegen stecken wir außen die Schraube nur in den Sensor, ohne das wir sie mit einer Mutter befestigen, so bekommt der Sensor noch zusätzlichen halt.

  • Abb1: Gabellichtschranke

    Abb1: Gabellichtschranke

  • Abb2: Gabellichtschranke

    Abb2: Gabellichtschranke

  • Abb3: Gabellichtschranke passt nicht in den gefrästen Schlitz

    Abb3: Gabellichtschranke passt nicht in den gefrästen Schlitz

  • Abb4: Gabellichtschranke mit bereits installierten Ultraschallsensor und Infrarotsensor

    Abb4: Gabellichtschranke mit bereits installierten Ultraschallsensor und Infrarotsensor

Motoren

Nun wechseln wir zum Mainboard und Montieren wie in den Bildern und im Video gezeigt die Motoren.

  • Abb1: Motor

    Abb1: Motor

  • Abb1: Motor

    Abb1: Motor

  • Abb1: Motor_Montage

    Abb1: Motor_Montage

  • Abb2: Motor_Montage

    Abb2: Motor_Montage

  • Abb3: Motor_Montage

    Abb3: Motor_Montage

  • Abb4: Motor_Montage

    Abb4: Motor_Montage

  • Abb5: Motor_Montage

    Abb5: Motor_Montage

  • Abb6: Motor_Montage

    Abb6: Motor_Montage


Infrarot-Abstandssensor

Für die Montage des Infrarot Sensores benötigen wir die schwarzen Kunststoffschrauben und Muttern.

  • Abb1: Infrarotsensor

    Abb1: Infrarotsensor

  • Abb2: Infrarotsensor

    Abb2: Infrarotsensor

  • Abb3: Infrarotsensor

    Abb3: Infrarotsensor

  • Abb4: Infrarotsensor

    Abb4: Infrarotsensor

Stecker

Die Sensoren können nun wie im Video verkabelt verkabelt werden.

Linensensor

Der Linsensor wird nun genauso wie im Video beschrieben montiert. Dazu werden die kleine Messing bolzen verwendet und die kleinen 3 mm Schrauben.

Abb1: Liniensensor
Ultraschallsensor

Ebenfalls kann hier der Zusammenbau wie im Video beschrieben durchgeführt werden.

Das Servo Kabel sollte zweimal um den Servo gewickelt werden, da es sonst zu lang ist.

Bei der Montage des Servoarms auf den Servo muss man aufpassen, das man den Servo richtig ausrichtet, bevor man den Servoarm festschraubt.

Servos reagieren sehr empfindlich, wenn man an ihrem Kopf dreht.

Dieses Servo hat zudem ein Kunststoff Getriebe.

Deswegen bitte beim einstellen der Richtigen Position den Servo Kopf langsam drehen.

Der Servo dreht sich um 180Grad + (10-20Grad). Daher setzt man einen der beiliegenden Servoarme auf den Kopf und dreht den Servo vorsichtig bis zum Anschlag in eine Richtung.

Dann nimmt man den Servoarm ab und befestigt den Servoarm mit dem Ultraschallsensor so,

dass der Ultraschallsensor in die Drehrichtung zur Seite schaut etwa 110Grad aus der Mitte.

Dann dreht man den Kopf langsamm zur anderen Seite um Sicher zu stellen, dass beide den gleichen Winkel einnehmen.

Darauf wird der Servoarm mit der bei den Servoarmen beiliegenden Schraube am Servo befestigt.

  • Abb1: Ultraschall Set

    Abb1: Ultraschall Set

  • Abb2: Ultraschall

    Abb2: Ultraschall

  • Abb3: Ultraschall Richtige Montage des Servos am Servo Träger

    Abb3: Ultraschall Richtige Montage des Servos am Servo Träger

  • Abb4: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

    Abb4: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

  • Abb5: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

    Abb5: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

  • Abb6: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

    Abb6: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

  • Abb7: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

    Abb7: Ultraschall Befestigung des Servoarms an der Ultraschallplatte

  • Abb8: Ultraschall Montage des Ultraschallsensors am Träger

    Abb8: Ultraschall Montage des Ultraschallsensors am Träger

  • Abb9: Ultraschall

    Abb9: Ultraschall

  • Abb10: Ultraschall

    Abb10: Ultraschall

  • Abb11: Ultraschall Ausrichtung des Servos im rechten Anschlag

    Abb11: Ultraschall Ausrichtung des Servos im rechten Anschlag

  • Abb12: Ultraschall Verkabelung des Servos und des Ultraschall-Sensors

    Abb12: Ultraschall Verkabelung des Servos und des Ultraschall-Sensors

  • Abb13: Ultraschall Verkabelung des Servos und des Ultraschall-Sensors

    Abb13: Ultraschall Verkabelung des Servos und des Ultraschall-Sensors

  • Abb14: Ultraschall Servo zweimal umwickelt

    Abb14: Ultraschall Servo zweimal umwickelt

Montage Arduino

Die Hochzeit zwischen Arduino und Mainboard kann anhand des Videos vollzogen werden.

  • Abb1:Arduino Board Pinbelegung

    Abb1:Arduino Board Pinbelegung

  • Abb2: Arduino Board Pinbelegung

    Abb2: Arduino Board Pinbelegung

Montage des Sensorboards
  • Abb1: Sensorboard

    Abb1: Sensorboard

  • Abb2: Sensorboard

    Abb2: Sensorboard

  • Abb3: Sensorboard

    Abb3: Sensorboard

  • Abb4: Sensorboard

    Abb4: Sensorboard

Montage des Bluetooth Boards

Das Bluetooth Modul bitte vorsichtig auf das sensorboard aufstecken. Dabei bitte auf die Ausrichtung achten.

  • Abb1: Bluetooth Modul

    Abb1: Bluetooth Modul

  • Abb2: Bluetooth Modul im eingebauten Zustand

    Abb2: Bluetooth Modul im eingebauten Zustand

Montage der Bodenplatte am Mainboard

montieren sie nun die Bodenplatte unter dem Mainboard mit 6 kleinen Schrauben.

  • Abb1: Mainboardmontage

    Abb1: Mainboardmontage

  • Abb2: Mainboardmontage

    Abb2: Mainboardmontage

Montage der Reifen

Die Reifen werden einfach auf die Getreibe Achse vorsichtig aufgeschoben.

  • Abb1: Rad

    Abb1: Rad

  • Abb1: Rad

    Abb1: Rad

  • Abb1: Rad

    Abb1: Rad

Restteile

Bitte packen sie die Restlichen Teile wieder in eine Tüte da die Bauteile für Modul Ergänzungen benötigt werden.

Inbetriebnahme

Laden sie die beiden Lithium Akkus.

Legen sie VORSICHTIG die beiden Lithium Akkus in die Akkuschächte.

Achten sie dabei auf die richtige Polung der Zellen.

Überprüfen sie alles noch einmal.

Schalten sie den Roboter ein mit dem PWR Switch.

Ihr Roboter sollte sich so wie in dem Video verhalten alle LEDs solten genauso blinken und er solte Piepen.

Links

[2]


Ultrashall

Bluetooth

Line Tracking Line Tracking Beispiel

OLED Accessory Shield

Photo Interrupter

Motor

Ir Remote

Proximity sensor

Robot War


Weitere Mögliche Varianten

Hauptproblem bei der Beststellung von fertig Robotoren:

  • Die meisten haben keinen Drehimpulsgeber implementiert (AlphaBot2).

Diesen könnte man durch aufkleben von Hallsensoren auf die Motoren oder an das Getriebe umgehen, bedeutet aber einen nicht unerheblichen Mehraufwand an Arbeit bei 60 Bausätzen. z.B. [3]

  • Desweiteren fehlt allen ein Beschleunigungssensor/Magnetsensor /Gierrate

AlphaBot2 robot

Drehzahlsensor muss man nachrüsten Gyro fehlt, es gibt ihn mit und ohne Arduino, was den Vorteil hat, das man einen Arduino UNO R4 Plus verbauen könnte. [4] 80€ 60 ohne Arduino hat Bluetooth und iR Fernbedienung es fehlt:

  • Radencoder (vorwärts und rückwärts)
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren

Smartduino

[5] 58€ hat Bluetooth und iR Fernbedienung es fehlt:

  • Radencoder (vorwärts und rückwärts)kann aber hier nachgerüstet werden da gelber Motor mit durchgehender Achse(muss getestet werden)
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren



Turtle DIY Assembly Kit Smart Robot Car Kit with Tutorial for Arduino

[6] hat Bluetooth und iR Fernbedienung

es fehlt:

  • Radencoder (vorwärts und rückwärts)gleicher Motor wie AlphaBot2 robot daher Sensor aufkleben Position der Reifen würde auch eine Montage eines Sensors an der außen Seite des Reifens zulassen.
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren

39$

1602 Ultrasonic Sensor RC Ultrasonic Ranging Remote Controller Smart Robot Car Kit

[7] gleich Motoren wie der AlphaBot2 robot daher nur durch Hallsensor Drehzahl dedektierbar . Drehzahlsensor muss man nachrüsten Gyro fehlt. 39$ inkl ladegerät für Akku iR Fernbedienung +LCD es fehlt:

  • Radencoder (vorwärts und rückwärts)gleicher Motor wie AlphaBot2 robot daher Sensor aufkleben Position der Reifen würde auch eine Montage eines Sensors an der außen Seite des Reifens zulassen.
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren

Smart Robot Car 2WD Chassis Kit for Arduinos DIY Kit

[8] hat die gelben Motoren verbaut an dennen man ein Drehencoder nachrüsten kann, da die Welle auf beiden Seiten herausgeführt wird. Ob dieses Platzmäßig passt muss man testen. Drehzahlsensor muss man nachrüsten Gyro fehlt. 47$ iR Fernbedienung es fehlt:

  • Line sensor
  • Radencoder (vorwärts und rückwärts)kann aber hier nachgerüstet werden da gelber Motor mit durchgehender Achse(muss getestet werden)
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren
  • Line-Sensor
  • Bluetooth,

DIY L298N 2WD Ultraschall Smart Tracking Motor Roboter Auto Satz Für Arduino

[9] 18€ Es fehlt line Sensor Bluetooth, dafür Drehzahlsensor vorgesehen aber Lichtschranke anscheinend nicht dabei. Es fehlt

  • Line-Sensor
  • Bluetooth,
  • ir Fernbedienung
  • Drehencoder Drehzahlsensor vorgesehen aber Lichtschranke anscheinend nicht dabei gelber Motor.
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren

2WD-Vermeidung, die intelligentes Roboter-Fahrgestell-Auto Satz mit Geschwindigkeits-Kodierer-Ultraschall für UNO R3 aufspürt

[10] 22€ Es fehlt

  • Line-Sensor
  • Bluetooth,
  • ir Fernbedienung
  • Drehencoder Lichtschranke aber anscheinend nachrüstbar gelber Motor.
  • Kompass
  • Gierrate
  • Beschleunigungsssensoren

Ladegeräte

KeepPower C2 Ladegerät für Lithium-Ionen-Akkus

8,95€

  • 14500 / 14650 / 16340 / 18350 / 14650 / 16650 / 17500 / 17670 / 18500 / 18650 / 20700 / 21700 / 22500 / 26500 / 26650 / 32650 3,6V und 3,7V Li-Ionen Akkus
  • 1A pro Ladeport

Nitecore UM2

18,9€

  • Li-Ion/LiFePO4: 10440, 14500, 14650, 16500, 16340(RCR123), 16650, 17350, 17500, 17650, 17670, 17700, 18350, 18490, 18500, 18650, 18700, 20700, 21700, 22500, 25500, 26500, 26650, 26700 Ladeschacht Länge 77mm.
  • 0,1-1,5A pro Schacht
  • Eigenständiges erkennen des Akkutyps (Li-Ion, Ni-MH oder Ni-Cd) LiFePo4 manuell zuschaltbar
  • benötigt USB Port zum Laden --

Nitecore NEW i2

19,9€

  • Li-Ion, LiFePo4 IFR:10340, 10350, 10440, 10500, 12340, 12500, 12650, 13450, 13500, 13650, 14350, 14430, 14500, 14650, 16500, 16340(RCR123), 16650, 17350, 17500, 17650, 17670, 18350, 18490, 18500,18650, 18700, 20700 (ungeschützte), 21700 (ungeschützte), 22500, 22650, 25500, 26500, 26650 (max. Länge 71mm)
  • Ni-MH/Ni-CD: AA, AAA, A, SC, C
  • max 1A pro Schacht
  • laden von 12 V oder aus dem Netz

Nitecore Sysmax NEW i4

22,25€

  • Li-Ion, LiFePo4 IFR:10340, 10350, 10440, 10500, 12340, 12500, 12650, 13450, 13500, 13650, 14350, 14430, 14500, 14650, 16500, 16340(RCR123), 16650, 17350, 17500, 17650, 17670, 18350, 18490, 18500,18650, 18700, 20700, 21700, 22500, 22650, 25500, 26500, 26650
  • Ni-MH/Ni-CD: AA, AAA, A, SC, C
  • 1,5A / benutzte Schächte
  • laden von 12 V oder aus dem Netz

AKKU

18650 Li Ionen ohne Schutzschaltung

Panasonic

Links

Videos

Anleitungen

Bausätze

Sensoren

  • [ Gyro]
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