Aufbau:

Der Ardubot ist modular aufgebaut. Alle Module werden nur einfach aufeinander gesteckt oder verschraubt. Die Verbindungen zwischen den Modulen sind mit Drähten bzw. Kabel steckbar ausgeführt. Auf dem Trägerplatine bzw. dem Seeeduino  sind alle Steckverbinder angebracht die zum Verbinden der Module benötigt werden. Durch diese flexible Verkabelung lassen sich leicht unterschiedliche Varianten zum Anschluß der Hardware mit dem Arduino ausprobieren.

Die bisher vorhandenen  Module sind im einzelnen:

• Trägerboard mit Motor Treiber, Motoren, Radencoder
• Prozessor Modul
• I²C LCD Modul
• Liniensensor

Als Erweiterungen sind geplant bzw. befinden sich im Bau:

• Asuro Erweiterungs Modul.  Ermöglicht das Anschließen von Asuro Erweiterungen wie SnakeVision,  US Sensor.
• Sensor Modul für verschiedene Ultraschall bzw Infrarot Entfernungssensoren, Lichtsensoren
• Gyro/Acceleration Board um den Ardubot auf  den Hinterrädern balancieren zu lassen
• Funk Kamera Modul mit Schwenk/ Neige Servo
• Bluetooth oder ein anderes drahtloses Kommunikations Modul

Trägerboard:

Das Ardubot PCB ist das Trägerboard für den Ardubot. Wie beim Asuro bildet die Platine zugleich das Chassis für den Roboters. Die Ardubot Platine besteht aus:

• Lochrasterflächen und Strom Versorgungs Reihen,
• einem Arduino konformen Steckplatz und Bohrungen,
• Bohrungen für die Motor Halterungen und das Bugrad
• Anschluß für Batterie und Schalter
• der Anschluß für den L293D  Motor Halter und die Motoren

Leider ist einiges nicht so verdrahtet, wie ich mir das gewünscht hätte. Im Nachhinein hätte ich auch gleich eine fertige doppelseitig kontaktierte Lochraster Platine verwenden können. Folgende Änderungen wurden deshalb an der Ardubot Platine vorgenommen:

• Motor Controller Eingänge von den Arduino Steckplatz durchtrennt und auf eine eigene Buchsenleiste geführt
• Enable Pins des Motor Controller waren mit VCC verbunden. Durchtrennt und ebenfalls auf die Buchsenleiste geführt
• Die beiden Reihen für  Batteriespannung und GND getauscht. Damit sich Sensoren oder Servos mit 3pol Standard Anschlüssen anschließen lassen
• alle Arduino Pins sind nochmals vorne an den Seiten auf Stiftleisten geführt

Trotz aller Umbauten ist die Ardubot Platine immer noch nicht perfekt.

• Durch die verwendeten größeren Räder kann man den USB Stecker am Arduino nicht mehr anstecken, ohne das er am Rad schleift.
• Ich hätte gerne auch das Seeeduino Mega Board ausprobiert. Von den Abmessungen kaum größer als das Seeeduino V328 aber die Steckverbinder sind leider etwas versetzt. Darum paßt es nicht. Auf einem etwas größeren Board (Standard EuoPlatine 100x160mm) müßte es gehen oder mit längeren Steckverbindern.
• Dadurch, dass das Arduino Baord mit den Steckverbindern nach unten auf die Ardubot Platine gesteckt wird, kann man kein Standard Arduino Shield verwenden. Außer es ist ein Shield mit ‘stackable Headers’.

Ardubot Unterseite:

Die Unterseite der Ardubot Platine enthält eine Menge an zusätzlichen Drähten und Bauteilen. Neben dem L293D Motor Controller, einem weiteremPCF8574 Port Expander für den Liniensensor auch ein 74AC14 Hex Inverter C. Derzeit werden 2 Inverter für die Motor Steuerung verwendet, was 2 Arduino IOs einspart.

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Ardubot Oberseite:

Auf der Oberseite sieht man neben den neu verdrahteten Verbindungen eine Menge an SMD Widerständen. Da alles so flexibel wie möglich sein soll, sind alle Eingänge der Chips mit Pulldown Widerständen versehen. Zudem sind alle Ein-und Ausgänge auf die unten zu sehenden Front Steckverbinder geführt. So kann relativ schnell die Hardware neu verdrahtet werden ohne zum Lötkolben greifen zu müssen.

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Quadratur Encoder:

Das folgende Bild zeigt ein Pololu Rad mit dem Quadratur Encoder. Über 2 Trimmer kann man die beiden Ausgangssignale anpassen, damit diese ein perfektes Rechteck Signal und ein 90° phasenverschobenes Signal ausgeben.

Prozessor Modul:

Als Gehirn für den Ardubot kommt ein Seeeduino V328 Board zum Einsatz. Ein Arduino Duemilanove clone. Das Seeeduino wurde von mir nicht nur wegen der zum Trägerboard passenden Farbe ausgewählt. Es hat zudem einige wichtige Vorzüge gegenüber dem Duemilanove:

• 2 extra A/D pins
• seperate Anschlüsse  für I²C und UART
• separate Arduino IOs auf der Rückseite mit Lochraster konformen Abmessungen
• Arbeitet mit 5V oder 3,3V (über Schalter umschaltbar)
• Auto oder Manueller Reset (über Schalter umschaltbar)

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

I²C LCD Modul:

Das LCD Module ist ein DOGM 163 3×16 Zeichen Display von lcd-module.de. Es kann im 8-bit, 4-bit und SPI Mode betrieben werden. Aufgrund der Limitierung der Arduino IOs wird das LCD im 4-Bit Mode über einen I²C Port Expander betrieben. Die Standard LiquidCrystal Arduino Bibliothek wurde entsprechend angepasst. Über Jumper und einen separaten Steckverbinder kann man das Modul auch im SPI Mode betrieben. Über die hinteren Steckverbinder ist auch ein 4-Bit Betrieb möglich. I2C ist natürlich aufgrund des Bussystems natürlich die Methode die die wenigsten Pins benötigt, allerdings auch sehr langsam (100µs pro Zeichen bei 100kHz I2C Bustakt).

Dieses Bild mit Notizen auf Flickr anschauen.

Erster Test, schreibe ‘LMR’:

Der erste Test für den Ardubot gilt den Rad Encodern. Diese sind zwar mit einer Auflösung von 48 Impulsen pro Rad Umdrehung nicht sehr exakt. Um einfache Figuren zu zeichnen, sollte es aber allemal reichen. Bei letsmakerobots gibt es schon seit einiger Zeit einen Wettbewerb, in dem es darum geht, die Buchstaben ‘LMR’, die Abkürzung für letsmakerobots, mit einem Roboter darzustellen. Das ist doch schon mal eine echte Herausforderung.

Als fauler Programmieren baut man natürlich auf etwas, was man schon kennt. In diesem Fall den Asuro und die Asuro Library. Der Asuro hat ja auch Radencoder mit einer ähnlichen Auflösung und in der Asuro Lib gibt es die passenden Funktionen für Go und Turn zum Fahren unter Zuhilfenahme der Radencoder. Die beiden Funtkionen bzw. die aktuelle GoTurn Funktion ist schnell für den Ardubot in ein Arduino Sketch umgewandelt. Aber irgendwie funktioniert das ganze noch nicht so richtig. Es ist scheinbar egal ob ich die Korrektur der Geschwindigkeit durch Vergleich von linkem und rechtem Encoder drinhabe oder nicht. Es kommt fast immer zu einer leichten Abweichung. Wenn ich die Korrektur weglasse, sieht das Ergebnis genauso aus. Da steckt noch irgendwie der Wurm drin. Trotzdem bin ich mit dem ersten Ergebnis soweit zufrieden.

Hier gibt es das Video zu diesem ersten Test.

Wie man beim letzten Buchstaben dem ‘R’ sehen kann ist der Halbkreis doch sehr klein geworden. Das liegt diesmal aber nicht an der Software, sondern an der Hardware. Die Räder bewegen sich erst ab einem PWM Wert von ca. 80. Unter 80 geben die Motoren nur pfeifende Geräusche vonn sich. wenn sich die Räder dann drehen, schafft man es einfach nicht mehr engere Kurven zu fahren. Der Kreis wird gleich zu groß (ca 30cm) wenn sich das innere Rad zu drehen beginnt oder zu klein, wenn es stehen bleibt (ca 9cm). Für den perfekten Halbkreis wären aber 15cm richtig.

Des weitern erkennt man in dem Video, das der Stift bei jeder Drehung einen kleinen Bogen beschreibt. Ist natürlich logisch, da der Stift ja versetzt von der Drehachse des Roboters angebracht ist. Abhilfe könnte hier ein Servo schaffen, der den Stift auf Kommando absetzt oder anhebt. Zudem müßte man dann mit dem Roboter vor jeder Drehung:

• den Stift anheben
• ein kleines Stück zurückfahren
• drehen
• wieder ein kleines Stück vorfahren
• Stift absenken

Daran bastele ich gerade als nächstes.

Weitere Tests:

Für die Zukunft sind weitere Test geplant:

• Zeichnen mit Stift und Servo
• Liniensensor Test
• Enrfernungs Sensoren testen
• IR Fernbedienung
• Balancieren auf den Hinterrädern

Weblinks

• Ardubot Flickr Album

LMR DAGU Mr. Basic Wettbewerb:

Das Chassis von Mr. Red Adair ist das Mr. Basic Chassis der chinesischen Firma DAGU / AREXX. DAGU / AREXX ist auch Hersteller der Asuro Bausätze und hat für letsmakerobots (LMR) eine Sonder Edition von 50 Mr. Basic Chassis für den Wettbewerb zur Verfügung gestellt. Für einen Unkostenbeitrag von 22US$ konnte jedes LMR Mitglied einen der Bausätze erwerben und am Wettbewerb teilnehmen. Regeln gab es keine besonderen. Man musste lediglich den kompletten Bausatz (mit Ausnahme der Aufbauten wie z.B. der Leerplatine und dem Batteriefach) verwenden. Prämiert wurden die ersten 3 Roboter Modelle mit den meisten User Stimmen. Der Wettbewerb endete am 5. Juli 2009. Mit etwas Glück landete Mr. Red Adair unter den ersten Drei und erhielt ein Preisgeld von 100US$.

Aufbau

Mr. Red Adair besteht aus dem Mr. Basic Chassis mit seinem 4-Rad Antrieb. 2 DC Motoren mit angeschlossenem Getriebe und den Antriebsachsen bilden einem gewöhnlichen differentiellem Roboter Antrieb. Nach anfänglichen Schwierigkeiten mit falsch gelieferten Achsen läuft das ganze nun doch noch rund. Die Schrauben müssen allerdings regelmäßig nachgezogen werden oder besser gleich mit Sekundenkleber fixiert werden.

Steuerung

Als Gehirn kommt ein Atmel ATmega328 mit Arduino Bootloader zum Einsatz. Der Controller wurde einfach auf Lochraster aufgebaut, mit den üblichen Steckverbindern für Sensoren/Aktoren (3polig, Signal, VCC, GND) für alle IOs, FTDI USB-UART Kabel (6polig), Reset Taster und einem 16MHz Quartz bestückt. Damit ist er unter der Arduino Oberfläche als normales Arduino Duemilanove Board ohne Änderungen ansprechbar. Aufgrund des USB-UART Anschlusses und dem bereits eingebrannten Bootloader kann der obligatorische ISP Steckverbinder entfallen.

Sensoren

Als Sensoren kommt zum neben einem Maxbotix EZ1 Ultraschall Entfernungsmesser nur noch eine Wii IR Camera als Flammendetektor zum Einsatz. Die Wii IR Camera wurde aus einer Original Wii Remote ausgelötet und zusammen mit einigen anderen Bauteilen auf Lochraster aufgebaut. Dank an U. Jürss vom CC2 für die Schaltung. Die Wii IR Camera verfügt über ein I2C Interface und kann so recht einfach vom Arduino Controller ausgelesen werden. Nach Senden der Initialisierungs Sequenz kann man die Koordinaten (X, Y) und die Intensität von bis zu 4 Infrarot Quellen auslesen. Die Koordinaten umfassen 1024×1024 Punkte, der Erfassungsbereich beträgt etwa 1-2m für eine Kerze in einem horizontalen Winkel von ca 40°. Die Intensität der IR Quelle kann in 15 Stufen erfasst werden, daraus lässt sich in Grenzen auf die Entfernung zum Objekt schließen. Ansonsten dient der EZ1 zum Erkennen der Entfernung zum Objekt.

Der Wii IR Sensor mit externer Beschaltung auf Lochraster. Wichtig ist, den Sensor mit dem IR Filter zu betreiben, jene schwarze Kunststoffsscheibe, die sich vor dem Sensor im Wii Remote Gehäuse befindet.

Aktoren

Da die Mabuchi RE-260 Motoren nur mit max. 4.5 V betrieben werden, aber gerne bis zu 2A ziehen, sind Motor Treiber mit besonderen Anforderungen gefragt. Zwar wäre es nach Reglement möglich mehr Batterien (z.B. 6xAA) zu verwenden und die Motoren über PWM zu regeln (ohne 100% Ansteuerung). Ich entschied mich für den Pololu LVDSMC Low Voltage Serial Dual Motor Controller (LVSDMC) und komme dafür mit dem Original 3xAA Batteriepack aus. Allerdings war noch eine 9V Block Batterie für die Elektronik (5V geregelt) und den Blower Motor (9V ungeregelt) notwendig. Der Blower Motor ist vorne am Chassis mit einem Alu Winkel befestigt und wird einfach über einen N-FET ein- und ausgeschaltet. Eine Motorbrücke ist hier nicht notwendig, da er immer nur in dieselbe Richtung läuft. Zum Einsatz kommt hier ein Motor, den ich aus einem defekten Haar Trockner ausgebaut hatte. Ohne zu wissen, das dieser Motor auch mit Gleichstrom läuft hatte ich ihn mal testweise an eine Batterie geklemmt und er lief. So konnte dann auch gleich der Propeller ohne Änderung mit übernommen werden. Mit t 9V lief der Motor flott genug um eine Kerze oder ein Teelicht auszublasen. Dabei zieht er zwar ca. 500mA, aber er läuft ja nur kurze Zeit.

Der Pololu Low Voltage Dual Serial Motor Controller (LVDSMC) benötigt nur zwei Prozessor Pin und einige wenige externe Bauteile. Ein paar Abblock Kondensatoren (100µF und 100nF) und ganz wichtig ein Pullup Widerstand von 1..1.5kOhm an der Reset Leitung. Über den Reset Pin kann der Motor Controller zurückgesetzt werden, der andere Pin ist für die Kommunikation zuständig. Ein simples serielles Protokoll, mit einer Soft-UART auf dem Arduino Prozessor simuliert, reicht aus. So bleibt die normale UART für Debug Ausgaben frei.

Videos

Das erste Video zeigt den Test der Einzelkomponenten.

Das zweite Video zeigt den finalen Test.

Weblinks:

• Mr. Red Adair Artikel auf LMR
• Wii IR Camera als Standalone Sensor