AMR 2022

Aus HSHL Mechatronik
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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

    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.

  • Hall-Signale des Motors bei maximaler Geschwindigkeit

    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

    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

    Periodendauer des PWM-Lenksignals

  • Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals

    Amplitudenmessung des PWM-Lenksignals

  • Pulsweite bei Lenkwinkel = 0

    Pulsweite bei Lenkwinkel = 0

  • Pulsweite bei Rechtsauschlag

    Pulsweite bei Rechtsauschlag

  • Pulsweite bei Linksauschlag

    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 %
  • Periodendauer des PWM-Gassignals

    Periodendauer des PWM-Gassignals

  • Amplitudenmessung des PWM-Gassignals

    Amplitudenmessung des PWM-Gassignals

  • Pulsweite bei Pedalstellung = 0

    Pulsweite bei Pedalstellung = 0

  • Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung

    Pulsweite bei Vollgas in Vorwärtsrichtung

  • Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung

    Pulsweite bei Vollgas in Rückwärtsrichtung

Signalschwankungen

Die oben dargestellten Pulsbreiten der Signale schwanken bei konstanter Betätigung der Fernbedienung um ca. 65µs.

  • Schwankung der Pulsbreite der Fernbedienungssignale

    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

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

Verkabelung

  • Blockdiagramm der Komponenten und Verkabelung im Fahrgestell

    Blockdiagramm der Komponenten und Verkabelung im Fahrgestell

Karosserie

Adapterplatine

Versorgt wird die Adapterplatine


Funktion Pinnummer auf Stecker Anschluss an DS1104
GN
Funktion Pinnummer auf Stecker Anschluss an DS1104
G



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

Rechner

dSPACE DS1104 RCP

Kamera

VRmagic D2 OEM-Version Spannungsversorgung mit Vcc=5V von der Adapterplatine (J) und Anschluss an dem Rechner über die Ethernet-Schnittstelle

Funktion Pins auf J
5V-Versorgung der Kamera
GND

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 hier entnommen werden. Die Sensoren werden wie folgt angeschlossen:

Sensorposition Sensornummer Anschluss auf

Adapterplatine

Anschluss auf

DS1104

Hinten Rechts
Seite Hinten
Hinten Links
Seite Vorne

Dabei haben alle Sensoren folgende Verdrahtung:

Funktion Pinnummer
Vcc
GND
Analogausgang des Sensors

Lichter

Fahrzeugbeleuchtung

Funktion Anschluss auf

Adapterplatine J20

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.

Funktion Pin auf J3 Anschluss auf DS1104
Vcc 1
GND 2
Steuersignal der Diode 3 IO15

freie Steckplätze auf der Adapterplatine

J24_Incrementalgeber

An den Incrementalgeber eingängen lassen sich endlos drehende Incrementalgeber anschließen. Herausgeführt ist nur Kanal 1

Funktion Pin auf J24 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

Funktion Pin auf J24 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

Funktion Pin auf J26_Digital 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

Funktion Pin auf J29_Analog 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

Funktion Pin auf J27_SPI & J28_SPI 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.

Funktion Pin auf J Anschluss auf DS1104
GND
Taster 1
Taster 2
Taster 3
Taster 4

Schaltung und Layout

Aufladen der Akkus

Verkabelung

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