ToyCollect V1.1, V1.3 (K3D) Roboter - Bauanleitung
15.07.2018
Wenn Sie einen V1.1 Roboter bauen wollen, lassen Sie das Kùla Bebe und dessen Halterung einfach weg und ergänzen ein Sumo Blade.
Es folgen alle notwendigen Informationen damit Sie einen ToyCollect V1.1 oder V1.3 (K3D) Roboter bauen können.
Hardware
Zuerst müssen Sie einkaufen gehen. Wir brauchen:
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- 1x Zumo Chassis Kit (#1418)
- 2x 100:1 Micro Metal Gearmotor HP (#1101)
- Nur für V1.1: 1x Basic Sumo Blade for Zumo Chassis (#1410)
- 1x Pololu Qik 2s9v1 Dual Serial Motor Controller (#1110)
- 1x 0.100" (2.54 mm) Breakaway Male Header: 1x40-Pin, Right Angle
(Leitungsverteiler, #967)
- 1x Premium Jumper Wire 50-Piece Rainbow Assortment F-F 6"
(Verbindungsleitungen, #1700)
erhältlich bei Pololu Robotics and Electronics. Viele Teile sind auch bei EXP-Tech, BuyZero oder Conrad erhältlich.
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- 1x Raspberry Pi Model 3B+ mit 16G Speicherkarte (#172-0556)
- 1x Raspberry Pi Camera Modul V2 (#913-2664)
- 1x Gehäuse für 3B+ (#167-7048, ohne Deckel zu montieren)
erhältlich bei RS Components oder vielen anderen
Geschäften (zB EXP-Tech, BuyZero, Conrad - s.o). Die Bestellnummer ist jeweils die von RS Components.
Es kann jedes Gehäuse verwendet werden, vorausgesetzt es sind oben Löcher für die 2x20 Pins, man kann ein Kamera-Flachbandkabel ausfädeln und Löcher hineinbohren, um die Komponenten und den Roboter-Untersatz mit Schrauben und Muttern zu befestigen. Auch ein RPi 4 kann verwendet werden, benötigt allerdings ein anderes Gehäuse. WLAN ist integriert, also entfällt die WLAN-USB-Karte von V1.0. |
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- Nur für V1.3:1x Kùla Bebe Doppelperiskop (hier erhältlich)
Mit diesem Doppelperiskop - eigentlich nur vier sehr präzise angeordnete Spiegel - macht man aus einer Kamera eine Stereokamera - auf Kosten eines wesentlich reduzierten Sichtbereiches.
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- 1x LED Weiß PLCC6 (#156428-7M, erhältlich bei Conrad)
Da die originale LED nicht mehr erhältlich ist, einfach eine kompatible nehmen mit IF ~ 100mA oder kleiner, UF ~ 3.3V, Lichtstärke ~ 45.000 mcd und Abstrahlwinkel ~ 50°.
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- 1x Heatsink mit aktivem Lüfter (#1553480-7M)
Ab dem RPi 3B+ ist eine aktive Kühlung dringend angeraten, da sich der Roboter sonst in kürzester Zeit überhitzt. Ein passiver Kühlkörper ist zu wenig.
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- 1x DC-DC Buck Step-Down Spannungskonverter (basierend auf LM2596)
Diese Geräte bekommt man günstig bei eBay oder Amazon. Sie können
bis zu 4A bei 5V ausgeben. Es ist unbedingt erforderlich das die
Ausgangsspannung auf 5V gesetzt wird (mittels Voltmeter und 2x
nachmessen)! Wenn Sie es sich zutrauen, kann auch ein IC mit
einer fixen 5V Ausgangsspannung verwendet werden (zB L78S05CV)
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- Nur falls Sie noch keine Speicherkarte haben: 1x min. 8GB MicroSD-Karte, welche
kompatibel
mit dem RPi ist. Wenn Sie TCserver selbst kompilieren wollen - was für die neue Steuerungssoftware zwingend erforderlich ist - benötigen Sie ein vollständiges Entwicklungssystem am RPi in
diesem Fall besser eine größere MicroSD-Karte nehmen (wir verwenden 32G)
- mindestens 4x AA Lithium 1,5V Batterien mit zumindest 2900mAh
Ladung pro Batterie
ODER 4x AA Lithium-Ionen 3,7V Akkus mit IC Protection und zumindest 750mAh (diese benötigen ein spezielles Ladegerät)
Bedenken Sie das man 5V plus die minimale Spannungsdifferenz des
Spannungskonverters für den RPi und die Motoren benötigen. Aus
diesem Grund können keine aufladbaren NiMH oder NiCD Akkus verwendet
werden da diese nur 4,8V liefern würden. Die Lithium Batterien sind nicht aufladbar und betreiben den Roboter ca. 1,5h. Die Lithium-Ionen Akkus sind aufladbar und betreiben den Roboter ca. 2,5h. Wir empfehlen daher die Verwendung der Akkus. Verfügbar zB bei Amazon, oder googlen Sie "aw lithium rechargable 14500". Die Eingangsspannung ist hier 3.7V * 4 = 14,8V - bitte prüfen Sie gegebenenfalls ob Ihr Spannungskonverter kompatibel ist!
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Zusammenbau
- Löten Sie die gewinkelten Leitungsverteiler (breakaway angled male header) an den
Motor-Controller. Die Richtung ist an sich egal, wir haben die Rückseite (ohne Bauelemente) nach oben. Die Pins für
eine fixe Baudrate von 38.400 sollten permanent verbunden werden,
indem ein kleines Stück Leitungsverteiler darüber gelötet wird. Wir
haben keinen Platz für einen echten Jumper. Die Montage erfolgt über M2 Schrauben und Sicherungsmuttern durch zwei Montagelöcher (ggf. am Gehäuse passende Löcher bohren)
- Nur für V1.1: Schneiden Sie einen kleinen Teil des Sumo blades weg, damit die
Kamera etwas sehen kann. 5mm x 8mm (BxH, Porträt) vom mittleren Teil
sollten ausreichen (in der Mitte). Verwenden Sie eine Metallsäge
oder einen Bolzenschneider.
- Schneiden Sie den Stecker von einigen Verbindungsleitungen (jumper
cables) und löten Sie das offene Kabel direkt an die zwei Motoren.
Der Motor-Controller wird gleich neben den 2x USB Ports montiert -
die Kabel müssen dorthin reichen. Wenn man die Kabel gleich hinter
dem Stecker abschneidet sind diese leicht lang genug.
- Bauen Sie den Zumo Kit inklusive der Motoren - für V1.1 auch das Sumo-Blade - nach der Anleitung auf der Pololu-Seite
zusammen.
- Verbinden Sie den RPi über den unteren Teil des
Gehäuses und verwenden Sie falls möglich vorhandene Befestigungslöcher. Die
Zumo Plattform hat viele kleine Löcher auf der Oberseite, man
benötigt sehr kleine Schrauben und Muttern. M2,5 sollte passen. Leider sind aus Platzgründen keine Sicherungsmuttern verwendbar, wir empfehlen deshalb einen Tropfen Schraubensicherung, um das allmähliche Lockern während der Fahrt zu verhindern. Es ist aber normalerweise kein Problem, es sei denn Sie fahren oft über unebene Böden.
- Da nach Montage der Kamera der Zugang zur SD-Karte typischerweise nicht mehr möglich ist, muß spätestens jetzt der RPi 3B+ installiert werden.
- Laden Sie die RPi Softwaredistribution Ihrer
Wahl herunter - wir verwenden die Raspbian Lite Distribution - kopieren diese auf die MicroSD-Karte und legen sie ein. Schließen Sie eine USB-Tastatur und einen HDMI-Monitor an und stecken dann ein passendes Netzteil am micro-USB Stromanschluß an.
- Sie benötigen ein funktionierendes WLAN (d.h. existierende WLAN
Infrastruktur, zB ein WLAN Router). Konfigurieren Sie WLAN - am besten mit einer statische IP Adresse sofern vom Router unterstützt - und
richten Sie es so ein, daß der RPi beim Hochfahren automatisch
verbindet. Konfigurieren Sie auch SSH, sodaß für die weitere Installation und Troubleshooting
ein Remotezugang zur Verfügung steht.
- Deaktivieren Sie die grafische Oberfläche. Auto-Login sollte ausgeschaltet sein.
- Testen Sie ob nach dem Hochfahren WLAN automatisch verbindet und Sie per SSH auf den RPi 3B+ zugreifen können.
- Verbinden Sie die Kamera über ein geeignetes Flachbandkabel, führen Sie dieses aus dem Gehäuse und montieren Sie die Kamera mit M2 Schrauben und Muttern an die Vorderseite des Gehäuses (ggf. wieder Löcher bohren). Es reicht entweder die oberen beiden oder die unteren beiden Montagelöcher zu verwenden, allerdings ist dann Heißkleber oder ein doppelseitiges Klebeband zur Fixierung erforderlich. Achten Sie darauf das die Kamera horizontal gerade ist und verwenden Sie als Abstandhalter am besten Kunststoffmuttern.
- Trennen Sie vom Kùla Bebe den Montageteil mit dem Loch, wo das Doppelperiskop montiert wird, ab (mit Säge, Bolzenschneider oder durch vorsichtiges mehrfaches Knicken über ein Lineal) und kleben Sie dieses mit viel Heißkleber auf die Kameraplatine herum, sodaß die Kamera genau in der Mitte bleibt. ACHTUNG: Es darf kein Heißkleber auf die Kamera kommen! Es sollte dann so aussehen wie rechts angezeigt. Wenn das zu russisch ist: eine 3D-gedruckte Halterung sollte möglich sein - wenn Sie eine erstellt und getestet haben, verlinken wir Sie gerne!
- Schneiden Sie von zwei weiteren Verbindungsleitungen den Stecker
und löten Sie deren offene Kabelseite an die LED. Diese Kabel müssen
GPIO18 auf dem RPi erreichen. Kleben Sie die LED auf die Kamera
oder auf das Kùla Bebe (jeweils oben mittig) und verbinden Sie diese wie im Anschlußdiagramm
angegeben.
- Wir haben den Spannungskonverter verkehrt auf die Unterseite des
Gehäuses montiert, da es 2cm hinter der Zumo-Plattform hervorsteht.
Der Eingang des Spannungskonverters muß an den Ausgang des
Batteriefachs angeschlossen werden. Der Ausgang des
Spannungskonverters muß die entsprechenden Pins des RPi erreichen
können. Man muß alle Verbindungen direkt auf den Spannungskonverter
löten, da zu wenig Platz darunter ist. Wir haben auf der Ober- und
Unterseite gelötet je nach verfügbarem Platz (an den IN+ und OUT+
Verbindern wäre ein Leitungsverteiler möglich gewesen). Wenn man die
Kabel gleich hinter dem Stecker abschneidet, sind diese leicht lang
genug.
Die Ausgangsspannung muß auf 5V eingestellt werden. Das geschieht
durch Einstellen der kleinen Schlitzschraube auf der hellblauen Box,
während eine Eingangsspannung von mindestens 12V angeschlossen ist
und die Ausgangsspannung via Voltmeter geprüft wird.
- Verbinden Sie alles andere so wie im Anschlußdiagramm
angegeben. Lüfter nicht vergessen! Da nicht genügend 5V und Ground-Anschlüsse da sind, werden mindestens 2 Y-Kabel benötigt. Am einfachsten ist es, die Jumperkabel zu teilen und mehrere davon zusammenzulöten und mit einem Schrumpfschlauch oder Isolierband zu isolieren. Für die fehlenden Ground-Anschlüsse kann man auch zB am Motorkontroller auf der Rückseite des Anschlußpins ein weiteres Kabel direkt anlöten. Alternativ empfehlen sich Crimpzangen für Jumperkabel (bis zu drei AWG27 Kabel können nach unserer Erfahrung gemeinsam gecrimpt werden), es ist allerdings etwas trickreich, mit denen Sie auch eigene Jumperkabel machen können, oder sehr kleine Adernendhülsen.
- Überprüfen Sie alles, insbesonders die Stromversorgung.
5V
an einen 3,3V Verbinder, Erdung (ground) oder einen GPIO-Pin
anzuschließen wird mit hoher Sicherheit ihren RPi
zerstören.
Anschließend sollte es in etwa so aussehen.
Software
Grundsätzlich ist die gleiche Steuerungssoftware wie für den V1.0 Roboter verwendbar, wenn Sie jedoch vortrainierte Deep-Learning Modelle mit Tensorflow Lite verwenden wollen, müssen Sie die neuere Steuerungssoftware installieren und brauchen zumindest einen Raspberry Pi 3B+.
Viel Spaß! Wenn etwas nicht so funktioniert wie es sollte,
kontaktieren Sie uns.