AMR 2022
Dieses Artikel befasst sich mit dem Aufbau des autonomen mobilen Roboters AMR 2022 an der HSHL.
Systemübersicht
Konstruktion
Fahrgestell
Aktuatorenschalter
Der Aktuatorenschalter schaltet den Fahrtenregler und Lenkservo aus, sodass keine Fahrt- und Lenkbewegung möglich ist.
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:
-
Hall-Sensor-Anschluss
Überprüfen
Pin | Farbe | Funktion | |
---|---|---|---|
1 | Schwarz | GND | |
2 | Orange | Phase A | |
3 | Weiß | Phase B | |
4 | Grün | Phase C | |
5 | Blau | NC | |
6 | 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.
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Hall-Signale des Motors bei maximaler Geschwindigkeit
Anschluss an Adapterplatine
Die Hall-Signale vom Motor werden an J8_Hall wie folgt an der Adapterplatine angeschlossen:
Funktion | Anschluss auf Adapterplatine J8_Hall | Anschluss auf Adapterplatine J9_Hall_in | 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:
Funktion | 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.
-
Skizze des Fernbedienungs-empfängers Futaba F143F
Lenk-Signal
Das Lenksignal wird als PWM-Signal vom Empfänger an dem Lenkservo gegeben. Das Signal ist wie folgend beschaffen:
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% |
-
Periodendauer des PWM-Lenksignals
-
Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals
-
Pulsweite bei Lenkwinkel = 0
-
Pulsweite bei Rechtsauschlag
-
Pulsweite bei Linksauschlag
Gas-Signal
Ähnlich wie das Lenksignal wird das Gassignal in einem PWM-Signal moduliert. Das Signal hat folgende Eigenschaften:
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 % |
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Periodendauer des PWM-Gassignals
-
Amplitudenmessung des PWM-Gassignals
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Pulsweite bei Pedalstellung = 0
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Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung
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Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung
Signalschwankungen
Die oben dargestellten Pulsbreiten der Signale schwanken bei konstanter Betätigung der Fernbedienung um ca. 65µs.
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Schwankung der Pulsbreite der Fernbedienungssignale
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:
Funktion | Pin auf J6_Empfänger | 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 |
Funktion | Pin auf J7_Servo_Regler | 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 |
-
Anschluss des Empfangsmodul an Adapterplatine
Fahrtenregler und Lenkservo
Fahrtenregler
Der Fahrtenregler hat folgende Eingangsverkabelung:
Pin | Farbe | Funktion | |
---|---|---|---|
1 | Schwarz | GND | |
2 | Rot | Vcc | |
3 | Weiß | PWM-Eingang |
Lenkservo
Der Lenkservo hat folgende Eingangsverkabelung:
Pin | Farbe | Funktion | |
---|---|---|---|
1 | Braun | GND | |
2 | Rot | Vcc | |
3 | Weiß | PWM-Eingang |
Die Steuersignale für Fahrtenregler und Servo aus der DS1104 sind auf Stecker J10 zu finden. Der Stecker hat folgende Belegung:
Funktion | Pin auf J9 | Anschluss auf DS1104 |
---|---|---|
Nicht verbunden | 1 | |
PWM-Ausgang des Lenksignals | 2 | ST2PWM |
PWM-Ausgang des Fahrsignals | 3 | SPWM7 |
Vcc bei Geschlossenen Jumper auf J21 | 4 | |
GND | 5 |
Es besteht auch die Möglichkeit, Den Fahrtenregler und Servo an Vcc der Adapterplatine anzuschliessen. Dazu müssen beide Pins des Steckers J21 miteinander über ein Jumper angeschlossen werden.
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Anschluss zu Ansteuerung des Fahrtenreglers und Servo
-
Jumper zu Weiterleitung von Vcc zu Pin 4 von Stecker J10
Verkabelung
-
Blockdiagramm der Komponenten und Verkabelung im Fahrgestell
Karosserie
Adapterplatine
Versorgt wird die Adapterplatine aus dem Powerpanel mit 5V über den Stecker J1
-
Skizze der Adapterplatine
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Anschlüsse der Adapterplatine
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Stecker J1 zur Spannungsversorgung der Adapterplatine mit 5V
Auch verfügt die Adapterplatine über 2 Anschlüsse zur Spannungsmessung der Akkus. PC-Akkus können an J27 angeschlossen werden und Fahr-Akku an J26. Über Analogeingang der DS1104 können die Spannungen an der Akkus gemessen werden.
Funktion | Pinnummer auf Stecker J26 | Anschluss an DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | |
Spannungseingang Fahrakku | 2 | ADCH2 |
Funktion | Pinnummer auf Stecker J26 | Anschluss an DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | |
Spannungseingang PC-Akku 1 | 2 | ADCH3 |
Spannungseingang PC-Akku 2 | 3 | ADCH1 |
-
Stecker zur Messung der Spannung am Fahrakku
-
Stecker zur Messung der Spannungen an PC-Akkus
Anschlüsse an der Adapterplatine
NC: Not Connected, Pin nicht angeschlossen bzw. ohne Funktion.
Stecker auf Adapterplatine | Funktion | Pin Auf Stecker | Pin-Funktion | Pin auf dSPACE DS1104 |
---|---|---|---|---|
J1 | 5V DC | 1 | Vcc = 5V | |
2 | GND | |||
J2 | Spannungsversorgung der Kamera | 1 | Vcc | |
2 | GND | |||
J3 | Steuersignal der blauen LED-Diode
(Fernbedienungseingriff) |
1 | Vcc | |
2 | GND | |||
3 | Steuersignal | IO15, B-27 | ||
J4 | Eingang der Hall-Signale vom Motor | 1 | NC | |
2 | Hall-Signal A | IO6, A-31 | ||
3 | Hall-Signal B | IO7, B-31 | ||
4 | Hall-Signal C | IO8, A-30 | ||
5 | GND | |||
J5 | Infrarotsensor 3 hinten rechts | 1 | Vcc | |
2 | GND | |||
3 | Analogausgang des Sensors | , A-44 | ||
J6 | Infrarotsensor 2 hinten seitlich | 1 | Vcc | |
2 | GND | |||
3 | Analogausgang des Sensors | , B-46 | ||
J7 | Ultraschallsensor 1 vorne links | 1 | GND | |
2 | Triggersignal des Sensors | , A-16 | ||
3 | Triggersignal des Sensors | , A-16 | ||
4 | Echosignal des Sensors | , A-7 | ||
5 | Vcc | |||
J8 | Ultraschallsensor 2 vorne rechts | 1 | GND | |
2 | NC | |||
3 | Triggersignal des Sensors | , | ||
4 | Echosignal des Sensors | , | ||
5 | Vcc | |||
J9 | Eingangssignal der Fernbedienung | 1 | NC | |
2 | Lenksignal der Fernbedienung | , A-9 | ||
3 | Fahrsignal der Fernbedienung | , A-8 | ||
4 | Vcc | |||
5 | GND | |||
J10 | Ausgangssignal zu Fahrtenregler | 1 | NC | |
2 | Lenksignal | , B-12 | ||
3 | Fahrsignal | , B-16 | ||
4 | Vcc bei eingesetztem Jumper J21 | |||
5 | GND | |||
J11 | UART RS232 | 1 | CTS | , B-3 |
2 | RTS | , A-3 | ||
3 | DRS | , B-4 | ||
4 | GND | |||
5 | DTR | , A-4 | ||
6 | RXD | , B-5 | ||
7 | TXD | , A-5 | ||
8 | DCD | , B-2 | ||
J12 | Infrarotsensor 4 hinten links | 1 | Vcc | |
2 | GND | |||
3 | Analogsignal des Sensors | , B-44 | ||
J13 | Taster | 1 | GND | |
2 | Taster 1 | , B-29 | ||
3 | Taster 2 | , A-28 | ||
4 | Taster 3 | , B-28 | ||
5 | Taster 4 | , A-27 | ||
J14 | Infrarotsensor 1 vorne seite | 1 | Vcc | |
2 | GND | |||
3 | Analogsignal des Sensors | , A-46 | ||
J15 | Anschluss A an der dSPACE DS1104 | |||
J16 | Anschluss B an der dSPACE DS1104 | |||
J17 | Jumper zur Auswahl, welche Achse aus Gyrosensor gelesen wird | 1 | Z-Achse | |
2 | Ausgangssignal der gewählten Achse | , B-48 | ||
3 | X-Achse | |||
J18 | Jumper zur durchleitung der Hall-Signale zu der XOR-Auswertelogik | 1 | Eingang Hall-A | |
2 | Ausgang Hall-A | |||
3 | Eingang Hall-B | |||
4 | Ausgang Hall-B | |||
5 | Eingang Hall-C | |||
6 | Ausgang Hall-C | |||
J19 | Ausgang der XOR-Auswertelogik der Hall-Signale. Weiterleitung der Signale über Jumper | 1 | Anschluss des Ausgangssignals von Hall-Auswertelogik an DS1104 | , B-25 |
2 | Ausgangssignal von Hall-Auswertelogik | |||
3 | Anschluss des invertierten Ausgangssignals von Hall-Auswertelogik an DS1104 | , B-26 | ||
4 | Invertiertes Ausgangssignal von Hall-Auswertelogik | |||
J20 | Steuerung der Lichter | 1 | GND | |
2 | Blinker Links | |||
3 | Blinker Rechts | |||
4 | Bremslicht | |||
5 | Rückfahrlicht | |||
6 | Fahrlicht | |||
J21 | Jumper zur Durchleitung von Vcc zu Fahrtenregler | 1 | Pin 4 auf J10 | |
2 | Vcc | |||
J22 | Jumper zur Auswahl des Z-Signals aus dem Gyrosensor. Es soll entweder 1 mit 2 oder 2 mit 3 verbunden werden | 1 | 1x Z | |
2 | Weiterleitungspin | |||
3 | 4x Z | |||
J23 | Jumper zur Auswahl des X-Signals aus dem Gyrosensor. Es soll entweder 1 mit 2 oder 2 mit 3 verbunden werden | 1 | 1x X | |
2 | Weiterleitungspin | |||
3 | 4x X | |||
J24 | ||||
J25 | ||||
J26 | Spannungseingang des Fahr-Akkus zur Spannungsmessung | 1 | GND | |
2 | Spannungseingang Akku | , B-50 | ||
J27 | Spannungseingang der PC-Akkus zur Spannungsmessung | 1 | GND | |
2 | Spannungseingang Akku 2 | , A-50 | ||
3 | Spannungseingang Akku 1 |
Gyrosensor
Im AMR 2013 wird der Gyroskop LPR510AL eingesetzt. Informationen zum Gyrosensor können hier gelesen werden.
Per Jumper können 3 Einstellungen vorgenommen werden:
- X-Signal wird einfach oder vierfach verstärkt.
Funktion | Pins auf J23 kurzschließen |
---|---|
X-Signal einfach verstärkt | 1 und 2 |
X-Signal vierfach verstärkt | 2 und 3 |
- Z-Signal wird einfach oder vierfach verstärkt.
Funktion | Pins auf J22 kurzschließen |
---|---|
Z-Signal einfach verstärkt | 1 und 2 |
Z-Signal vierfach verstärkt | 2 und 3 |
- X- oder Z-Signal werden an DS1104 weitergeleitet.
Funktion | Pins auf J17 kurzschließen |
---|---|
Z-Signal an DS1104 weiterleiten | 1 und 2 |
X-Signal an DS1104 weiterleiten | 2 und 3 |
-
Jumper zur Auswahl des Gyrosignals X und Z
-
Jumper zu Auswahl der Verstärkung des Z-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach
-
Jumper zu Auswahl der Verstärkung des X-Signals des Gyrosensors 1- oder 4-Fach
Rechner
dSPACE DS1104 RCP
Kamera
VRmagic D2 OEM-Version Spannungsversorgung mit Vcc=5V von der Adapterplatine (J2) und Anschluss an dem Rechner über die Ethernet-Schnittstelle
Funktion | Pins auf J2 |
---|---|
5V-Versorgung der Kamera | 1 |
GND | 2 |
-
Stecker zur Spannungsversorgung der Kamera
LIDAR
Ultraschallsensoren
Vorgesehen sind 2 Ultraschallsensoren zur Distanzmessung zu Hindernissen vor dem Fahrzeug. Diese werden an Stecker J7 und J8 angeschlossen.
Sensorposition | Sensornummer | Anschluss auf Adapterplatine |
---|---|---|
Vorne Links | 1 | J7 |
Vorne Rechts | 2 | J8 |
Der Sensor 1 ist wie folgt verdrahtet:
Funktion | Pinnummer auf Stecker J7 | Anschluss an DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | |
Triggersignal | 2 | SPWM1 |
Triggersignal | 3 | SPWM1 |
Echosignal | 4 | SCAP3 |
Vcc | 5 |
Der Sensor 2 ist wie folgt verdrahtet:
Funktion | Pinnummer auf Stecker J8 | Anschluss an DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | |
Nicht verbunden | 2 | |
Triggersignal | 3 | SPWM2 |
Echosignal | 4 | SCAP4 |
Vcc | 5 |
-
Stecker für die Ultraschallsensoren
IR-Sensoren
Es sind 4 Infrarotsensoren zur Abstandsmessung am Fahrzeug angebracht. Weitere Information zum Sensor können hier entnommen werden. Die Sensoren werden wie folgt angeschlossen:
Sensorposition | Sensornummer | Anschluss auf
Adapterplatine |
Anschluss auf
DS1104 |
---|---|---|---|
Hinten Rechts | 3 | J5 | ADCH7 |
Seite Hinten | 2 | J6 | ADCH6 |
Hinten Links | 4 | J12 | ADCH8 |
Seite Vorne | 1 | J14 | ADCH5 |
Dabei haben alle Sensoren folgende Verdrahtung:
Funktion | Pinnummer |
---|---|
Vcc | 1 |
GND | 2 |
Analogausgang des Sensors | 3 |
-
Skizze Sensorpositionen Infrarotsensoren
-
Anschlüsse der Infrarotsensoren auf der Adapterplatine
Lichter
Fahrzeugbeleuchtung
-
Anscluss der Lichter an Adapterplatine
Funktion | Anschluss auf
Adapterplatine J20 |
Anschluss auf DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | GND |
Blinker Links | 2 | IO9 |
Blinker Rechts | 3 | IO5 |
Bremse | 4 | IO1 |
Rückfahrlicht | 5 | DACH8 |
Fahrlicht | 6 | Vcc / immer an! |
Anschlussplatine der Beleuchtung
Eingriffsbeleuchtung / Blaue LED
Die blaue LED zu Signalisierung des Fernbedienungseingriff wird über Stecker J3 angeschlossen.
Funktion | Pin auf J3 | Anschluss auf DS1104 |
---|---|---|
Vcc | 1 | |
GND | 2 | |
Steuersignal der Diode | 3 | IO15 |
-
Anschluss der blauen LED an Adapterplatine
Powerpanel
Taster
Programmtaster
Es sind 4 Programmtaster vorhanden. Damit können verschiedene Programmmodi geschaltet werden. Die Taster sind an der Adapterplatine an Stecker J13 angeschlossen.
Funktion | Pin auf J3 | Anschluss auf DS1104 |
---|---|---|
GND | 1 | |
Taster 1 | 2 | IO11 |
Taster 2 | 3 | IO12 |
Taster 3 | 4 | IO13 |
Taster 4 | 5 | IO14 |
-
Anschluss der Taster an der Adapterplatine
Schaltung und Layout
Anschlüsse des Mikrocontrollers
Folgende Tabelle zeigt die Funktion der Anschlüsse des Mikrocontrollers auf der Steuerplatine
Pin | Port/Name | Funktion |
---|---|---|
1 | PB0 | PC_ON_SWITCH |
2 | PB1 | PC_ON_SIGNAL |
3 | PB2 | uC_PC_PWR_ENABLE |
4 | PB3 | Einschalten Bar-Anzeige 1 |
5 | PB4 | Einschalten Bar-Anzeige 2 |
6 | PB5 | Baranzeige LED0 |
7 | PB6 | Baranzeige LED1 |
8 | PB7 | Baranzeige LED2 |
9 | !RESET | |
10 | VCC | |
11 | GND | |
12 | NC | |
13 | NC | |
14 | PD0 | uC_ENABLE_PC_BAT |
15 | PD1 | uC_ENABLE_PC_EXTERNAL |
16 | PD2 | Baranzeige LED3 |
17 | PD3 | Baranzeige LED4 |
18 | PD4 | Baranzeige LED5 |
19 | PD5 | Reserviert für ein Buzzer |
20 | PD6 | Baranzeige LED6 |
21 | PD7 | Baranzeige LED7 |
22 | PC0 | Baranzeige LED8 |
23 | PC1 | Baranzeige LED9 |
24 | ||
25 | ||
26 | ||
27 | ||
28 | PC6 | BAT_CHECK_SWITCH |
29 | ||
30 | ||
31 | ||
32 | ||
33 | ||
34 | ||
35 | ||
36 | ||
37 | PA3 | Status-LED der externen Stromversorgung (Netzteil) |
38 | PA2/ADC2 | Spannungsmessung Fahr-Akku |
39 | PA1/ADC1 | Spannungsmessung externe Versorgung (Netzteil) |
40 | PA0/ADC0 | Spannungsmessung PC-Akku |