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

Einleitung

Der Name Arduino ist italienisch und bezieht sich nach offizieller Meinung auf Arduino von Ivrea (955-1015), der Markgraf von Ivrea und später König von Italien war. Nach inoffizieller Meinung ist der Name eher trivialer Natur, es ist einfach der Name einer hiesigen Studentenkneipe . Einiger der Arduino Entwickler arbeiten am Interaction Design Institute von Ivrea darunter Massimo Banzi und David Cuartielles.

Hardware

Die Arduino Hardware benutzt den Atmel AVR ATmega8/168 als Prozessor Plattform. Zur Kommunikation mit einem PC mit dem Arduino Board steht die serielle Schnittstelle des Atmel Prozessors zur Verfügung. Neuere Boards verfügen zudem über einen USB-Seriell Wandler, Bluetooth oder ZigBee Adapter.

Das Arduino Board kann man:

• fertig montiertes Board kaufen,
• gefertigte Platine, ohne Bauteile
• das Board komplett selbst aufbauen.

Folgende Fertigboards gibt es:

• Arduino Serial, der Ur-Vater mit RS232 Anbindung
• Arduino NG, (Nuova Generazione) mit USB Anbindung
• Arduino Diecimila, die neuste Generation mit USB Anbindung
• Arduino BT mit Bluetooth Anbindung
• Arduino Mini, 24poliger DIL Sockel ähnlich der BasicStamp

Zudem gibt es noch einige Arduino Clones:

• Freeduino Board, ein Arduino Clone
• Boarduino, ein Arduino für Steckbretter

Arduino Diecimila

Das Arduino Diecimila ist das neueste Arduino Board auf dem Markt. Der Name Diecimila ist italienisch und bedeuted übersetzt 10000. Das soll auf die Zahl von über 10000 bisher verkauften Arduino Boards hindeuten. Die wichigtste Neuerung des Diecimila Boards ist die Fähigkeit das laufende Programm über die Arduino IDE jederzeit abzubrechen und ein anderes Programm zu laden. Bei den anderen Boards mußte dazu immmer noch der Reset Schalter auf dem Board gedrückt werden. Für ältere Boards ist allerdings ein Hardware Patch verfügbar, der dieses Feature nachbildet.

Arduino-BT

Das Arduino Board mit Bluetooth Modem bluegiga WT11. Der Atmega168 Porzessor ist hier aus Platzgründen ein SMD Typ. Ansonsten ist das Arduino-BT bis auf den Stromversorgungsstecker Pin kompatibel zu anderen Arduino Boards. Bei diesem Board ist darauf zu achten, dass die externe Stromversorgung höchstens 5,5V betragen darf.

Software

Der Microcontroller auf dem Board wird mit Hilfe der Arduino Programmiersprache programmiert. Diese basiert auf Processing mit der Syntax von C, bzw. C++. Als Entwicklungsumgebung steht die auf Wiring basierende Arduino IDE zur Verfügung. Ein Arduino Projekt kann als Stand-Alone Lösung arbeiten oder auch PC gesteuert. Dazu gibt es fertige Bibliotheken zur Anbindung des Arduino Boards an Flash, Processing, MaxMSP…

Die Arduino API

Die Arduino API besteht aus einer Reihe von High-Level Funktionen, die den Zugriff auf die AVR Hardware vereinfachen.Über zusätzlichen Bibliotheken läßt sich die Funktionalität erweitern (z.B. I2C, Schrittmotoransteuerung etc.). Es gibt eine Fülle von Tutorials und Beispielprogramme für die Arduino Plattform. Im Arduino Playground kann jeder angemeldete User seine eigenen Projekte vorstellen.

Die Arduino IDE

Mit der Arduino IDE kann man neue Sketche erstellen oder Beispiel Sketche laden. Auf Knopfdruck wird das Sketch kompiliert und falls fehlerfrei direkt auf das Arduino Board geladen. Über das eingebaute Terminalprogramm kann man sich die Ausgaben des Arduino Boards ansehen. Hinter der schicken Oberfläche steckt die AVR-GCC Compiler Suite. Natürlich ist es auch möglich in die Sketche direkten AVR Code einzubinden.

Arduino Programmierung

Ein Arduino Programm im folgenden auch sketch genannt besteht im Grund aus den beiden Funktionen setup() und loop(). Beide Funktionen werden zur Laufzeit vom Arduino Core Programm aufgerufen. Die Funktion setup() wird einmalig beim Programmstart aufgerufen. Sie enthält den Code für die Initialisierung der Hardware. Die loop() Funktion wird anschließend zyklisch vom Arduino Core aufgerufen.

Hello World für Arduino

Das folgende sketch läßt eine LED am Digitalausgang 13 im Sekundentakt blinken.


int ledPin = 13;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(ledPin, LOW);
delay(1000);
}

Arduino für Robotik

Arduino eignet sich durchaus für kleinere Roboter-Projekte. Beispiele hierfür sind der Wiimote controlled firefighting robot und die Portierung für den Asuro. Auch zur Prototypen Entwicklung ist es aufgrund der einfachen Programmierung sehr gut geeignet. Ich arbeite zur Zeit auch an einem Arduino Roboter, über den ich dann natürlich auch hier berichten werde.

Weblinks

Englisch

• Arduino Homepage
• Arduino Forum
• Arduino Playground
• http://www.freeduino.org/ – Arduino Index und FreeduinoBoard
• todbot blog >> Arduino
• todbot blog >> Spooky Arduino, Tutorials
• ITP – Physical computing
• tigue.net – Arduino/Wiring, Beispiele
• Jeff Gray Blog, Arduino Beispiele
• Arduino Sourcecode, SVN Repository
• Wiimote controlled firefighting robot
• http://wiring.org.co/
• http://www.processing.org/

Deutsch

• incom.org - Arduino Bauanleitung

Bezugsquellen

• Segor Elektronik
• Watterott