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#0004, 18.05.2014, 01:08Uhr

Was bisher geschah - Teil 2

aufgeklappte Motorhaube

Langsam wurde mir auch klar, wieviele Kabel nötig waren und vor allem, wieviel Platz diese benötigten. Auf der linken Seite sieht man auch den Schlitten, der für den ausfahrbaren Kiefer gedacht war. Durch die Anlenkung konnte man den oberen Bereich wie eine Motorhaube aufklappen.

Nachdem die wichtigsten Platinen und Bauteile verkabelt waren, konnte ich erste Software-Tests durchführen, um die Sensoren auszulesen und die Servos anzusteuern. Das Beagelbone Black hatte ich vorher mit einigem Aufwand nach meinen Wünschen konfiguriert - als Linux Noob hatte das leider etwas länger gedauert.

Die vier Distanzsensoren

Die Idee bei der Entwicklung des Roboters ist ja die, mit möglichst wenig Informationen, möglichst viel zu leisten. Eine Spinne hat z.B. (meist) 8 Augen, mit denen sie nicht viel mehr als hell und dunkel sieht. Trotzdem kann sie die wenigen Informationen gut auswerten und z.B. Bewegungen erkennen.

Diese Augen entsprechen bei unserem Roboter den vier Sharp-Entfernungssensoren. 2 gucken jeweils um 5° nach rechts und links, einer gerade aus und einer um 5° nach oben. Damit ist es möglich, bei Hindernissen sowohl die Entfernung (bis 1,5 Metern), als auch den Winkel zu erkennen, in dem z.B. eine Wand verläuft.

Fühler

Die Spinne hat 2 Fühler. Die eigentliche Tastspitze ist hohl und mit einem Kugelgelenk in alle Richtungen beweglich. Durch 5 Mikroschalter wird die Tastspitze zentriert. Leichteste Berührungen lösen direkt Kontakt aus.

Dadurch, dass an jedem Mikroschalter ein Widerstand mit aufsteigend doppelten Widerstandswerten sitzt (1. Schalter 1kΩ, 2. Schalter 2kΩ, 3. Schalter 4kΩ, usw.), kann man genau messen, welche Schalter gerade auslösen. Je nach Winkel können das auch 2 Schalter sein, so dass man schließlich 10 verschiedene Richtungen unterscheiden kann, aus denen auf den Tastkopf Druck ausgeübt wird.

Die Fühler haben jeweils 3 Freiheitsgrade, dadurch waren sie auch gut geeignet, mit der Spitze an eine bestimmte Position zu fahren, um z.B. irgendeinen Wert anzuzeigen. Ebenso konnten sie als Taster dienen, mit denen man verschiedenen Funktionen auslösen konnte. (Das war zwar nicht der eigentlich Zweck der Fühler, aber recht praktisch, wie das Beispiel unten zeigt. :-)

Im Video simuliere ich mit dem Blatt Papier eine Wand. Die Software wertet die Entfernungssensoren aus und ermittelt Position und Winkel der "Wand". Um das Ergebnis in Echtzeit zu beurteilen, lasse ich die Spinne mit dem Fühler in Richtung "Wand" zeigen und ebenso durch Vor- und Zurückbewegungen die Entfernung.

Man kann also aus wenigen Informationen viel herausholen und das mit programmiertechnisch wenig Aufwand.

Schließlich waren alle Tests positiv verlaufen und es wäre jetzt der große Augenblick gekommen, zu investieren: Einmal in den Druck der 7 übrigen Beine, als auch in die Roboter-Servos. Nach einigen vergeblich Anfragen bzgl. der Servos bei diversen Händlern weltweit, bekam ich endlich heraus, dass hitec seine komplette Robot-Servo-Serie eingestellt hatte und diese nicht mehr produziert. (Keiner der Händler hatte mir das verraten...!)

Spider, Roboter 1. Version

Da darauf die komplette Konstruktion basierte, war diese damit kurzerhand gestorben! Auf dem Bild sieht man, wie die Spinne fertig ausgesehen hätte.

Aber die Tatsache, dass ich jetzt (fast) von vorne anfangen musste, hatte auch einige positive Seiten. Nachdem ich das Problem im roboternetz.de gepostet hatte, stellte sich raus, dass die Spinne vermutlich so gar nicht funktioniert hätte, da die Arme zu schwach für das Gewicht gewesen wären.

Ich wurde dort mit viel Mühe bekehrt (denn ich bin ziemlich stur...), dass ich kräftig abspecken müsse. Und so entstand ein neues Konzept: Aus der Spinne wurde eine Laus.

Die Laus hatte nur 6 Beine statt 8, was unter dem Strich günstiger bzgl. des Gewichts war, sowie keine Fühler und keinen Kiefer. Die Beinlänge wurde ebenfalls erheblich gekürzt.

Ein wichtiger Punkt waren die Servos. Da vernünftige Roboterservos jetzt nur noch für sehr viel Geld zu bekommen waren, hab ich einen Gang zurück geschaltet und bin auf Standard-Servos umgeschwenkt. Die Gelenk-Konstruktion wurde dadurch leider etwas klobiger, die Anschaffung der Servos (billige China-Servos) dafür erheblich günstiger.

Wie lange und wie gut diese ihren Dienst tun, wird sich noch zeigen.


#0003, 12.05.2014, 23:40Uhr

Das musste jetzt sein: Laus im Garten!

Laus im Garten!

...Nein, ich hab nicht vor, die wirklich so groß zu bauen! ;-)


#0002, 10.05.2014, 00:45Uhr

Was bisher geschah - Teil 1

Vor ca. einem Jahr hatte ich die Idee, einen Roboter zu bauen und diesen mit vielen Sensoren auszustatten, um mich bzgl. Software austoben zu können. Eine geeignete Hardware musste her.

Erster Versuch einer Anlenkung

Mein erster Ansatz war eine Spinne, die einer Tarantel nachempfunden sein sollte. Also 8 Beine, ein Kiefer und ein Hinterleib.

Wie man sieht, waren die ersten Ansätze zur Anlenkung zum Scheitern verurteilt. Eine indirekte Anlenkung wäre wackelig, kompliziert und vom Platzbedarf nicht machbar gewesen.

Grundsätzlich war die Bauform der Standard-Servos ein Problem, die oben einen Hebelarm und unten kein Gegegenlager hatten.

Robot-Servos & Aluminium-Aufbau

Ich bin dann auf die Robot-Servos der Firma hitec gestossen, die genau passend für meine Zwecke schienen. Durch das Gegenlager konnte man die Mechanik sehr viel kompakter konstruieren.

Meine erste Idee war, die Spinne aus Aluminiumblech zu bauen. Aber auch diese Idee hab ich sehr schnell wieder verworfen, da ich nicht in der Lage gewesen wäre, dieses Material selber sauber zu verarbeiten.

Beine mit 3D-Druck-Technik

Da klar war, dass ich relativ detaillierte Formen benötige, kam ich schnell auf die Idee des 3D-Drucks, insbesondere des 3D Lasersinter-Verfahrens, welches sehr genaue und verzugsfreie Ergebnisse liefert.

Die Füße hatten bereits in diesem Stadium Drucksensoren vorgesehen. Um das Gewicht der Spinne aufzufangen und die Servos zu entlasten, hatte ich Federn vorgesehen.

Alles in allem hatte die Konstruktion noch viel von der "Wild Wild West - Spinne"... :-p

fertige Konstruktion der Spinne

Die Beine wurde also verkürzt, um die Servos zu entlasten, der ausfahrbare Kiefer mit Drucksensoren wurde erstellt, sowie die Fühler, die mit jeweils 5 Mikroschaltern ausgestattet auf 36° genau ein Hindernis ertasten können sollten.

Parallel dazu wurde die Elektronik konzipiert. Die Spinne sollte mit einem BeagleBone Einplatinen-PC gesteuert werden. (Dieser ist einen Deut schneller als der verbreitetere Raspberri Pi.)

Der Mini-PC sollte über USB dann mehrere Servo Controller ansteuern (Pololu Mini Maestro), die gleichzeitig in der Lage sind, Spannungen zu messen, die z.B. von Sensoren kommen. An die Servo-Controller sollten die 35 Servos angeschlossen werden.

Im Video hab ich die komplette Kette getestet: Die Signale des Drucksensors werden vom Controller-Board gemessen, vom Mini-PC mit einem Python-Script ausgewertet und das Ergebnis wird als Steuersignal für das Servo wieder an das Controller-Board zurück geschickt.

Der Sinn der Drucksensoren in den Füßen ist es, dass der Roboter auch über unebenes Gelände laufen können soll.

In späteren Tests habe ich es über eine ziemlich komplexe Formel hinbekommen, mit einem fertigen Test-Bein den Druck am Fuß in Gramm mit einem Fehler von unter 10% zu messen. (Geeicht mit einer digitalen Haushalts-Küchenwaage ;-) D.h. dass man später durch den gemessenen Druck an den Füßen in der Lage sein wird, auf die Neigung der Spinne zu schließen. Denn wenn diese schräg steht, wird an den tiefer gelegenen Füßen ein größerer Druck herrschen.

reale Spinne mit einem Bein und einem Fühler

Schließlich gingen die Pläne zum 3D-Drucker und wurden Realität. Zunächst habe ich nur ein Bein und einen Fühler ausgedruckt um bei Konstruktionsfehlen nicht unnötig Geld zu verbrennen...

...und das war gut so, denn ich habe bei den Beinen 3 Anläufe gebraucht, bis alles richtig passte. Letztendlich ist in den Füßen genau die Konstruktion enthalten, die auch jetzt in der Laus verbaut sind. S. Infos zu Federung und Drucksensor.


#0001, 07.05.2014, 19:15Uhr

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