ToyCollect V1.21 (R2X) Roboter - Bauanleitung

30.07.2019

ToyCollect V1.21 (R2X) Roboter - Bauanleitung

Es folgen alle notwendigen Informationen damit Sie einen ToyCollect V1.21 (R2X) Roboter bauen können.

Hardware

Zuerst müssen Sie einkaufen gehen. Wir brauchen:


  • 1x Zumo Chassis Kit (#1418)
  • 2x 100:1 Micro Metal Gearmotor HP (#1101)
  • 1x Pololu Qik 2s9v1 Dual Serial Motor Controller (#1110)
  • 3x 5V Step-Up/Step-Down Voltage Converter S9V11F5 (#2836)
  • 1x Mini MOSFET Slide Switch with Reverse Voltage Protection, LV (#2810)
  • 1x 0.100" (2.54 mm) Breakaway Male Header: 2x40-Pin, Right Angle (Leitungsverteiler, #2668)
  • 5x 0.100" (2.54mm) Extended Male Header (#1114)
erhältlich bei Pololu Robotics and Electronics. Viele Teile sind auch bei EXP-Tech, BuyZero oder Conrad erhältlich.

  • 2x Raspberry Pi Zero W ohne Pins (b-pzw-board)
  • 2x Raspberry Pi Kamera Modul V2 (a-cam2)
  • 2x Raspberry Pi Kamera Pi Zero Adapterkabel kurz (a-zero-camcable-short)
erhältlich bei BuyZero oder vielen anderen Geschäften (zB EXP-Tech, Conrad - s.o). Die Bestellnummer ist jeweils die von BuyZero. ACHTUNG: Da pro Bestellung nur ein unbestückter RPi Zero W geliefert werden kann, bestellen Sie anstatt des zweiten Pi Zero W besser ein Pi Zero W Essentials Kit (k-pzw-essentials) mit lose beigelegter Stiftleiste. Ein HDMI und ein USB-Adapter sind für die Installation ohnehin notwendig.

  • 2x LED Weiß YZ-WS5N40N bedrahtet (#185811-7M, erhältlich bei Conrad)

    • Sie können auch jede andere LED mit 5mm Durchmesser verwenden, vorausgesetzt daß UF ~ 3.3V und IF ~ 50mA - mehr gibt der RPi Zero W nämlich nicht her.

  • 1x TOOLCRAFT 88200 Kunststofffurchende Schraube 2.5 mm 8 mm T-Profil Stahl verzinkt 100 St. (#485048-7M, erhältlich bei Conrad, wir brauchen nur 8 Stück - alternativ vergleichbare Linsenblechschrauben, zB #888700-7M)
  • 10x TOOLCRAFT DIN7981 C-H 2,2x4,5 Linsenblechschrauben 2.2 mm 4.5 mm Kreuzschlitz Phillips DIN 7981 Stahl verzinkt 1 St. (#889177-7M, erhältlich bei Conrad)

    • Andere Computerschrauben, Blechschrauben oder Holzschrauben sind auch verwendbar. Einfach ausprobieren!

  • 2x min. 8GB MicroSD-Karte, welche kompatibel mit dem RPi sind. Wenn Sie Deep Learning Trainingsdaten aufzeichnen wollen, empfehlen wir 128G Karten (min. Class 10 U3) welche für ca. 10h Aufnahmezeit ausreichen. Wir haben mit Samsung EVO Plus gute Erfahrungen gemacht.
  • mindestens 4x AA Alkali 1,5V Batterien
    ODER 4x AA NiMH Akkus
    ODER 4x AA NiCD Akkus
    ODER 4x AA Lithium-Ionen 3,7V Akkus mit IC Protection und zumindest 750mAh (benötigen ein spezielles Ladegerät)

Dieser Roboter kann dank der Step-Up/Down Voltage Konverter mit beliebigen Akkus oder auch ganz gewöhnlichen AA-Batterien arbeiten. Da die Batterien aber nur eine Laufzeit von ca. 2,5h haben, empfehlen wir für häufige Verwendung NiMH oder Lithium-Ionen Akkus.

Zusammenbau

  1. Dieser Roboter hat ein 3D gedrucktes Gehäuse, das aus drei modularen Einzelteilen besteht. Das Design stammt von Lucdesign. Sie können entweder die drei Einzelteile separat drucken (Druckzeit ca. 2,5h pro Teil, also 7,5h insgesamt) und diese anschließend mit Superkleber zusammenkleben, oder das integrierte Modell drucken, wo alle Einzelteile kombiniert wurden (Druckzeit ca. 8,5h). Wenn Sie keinen eigenen 3D-Drucker haben, können Sie das Design auch via Thingiverse (oder anderswo) drucken lassen.
  2. Für diesen Roboter benötigen Sie Dupont(Jumper)-Kabel mit genauen Längen. Sie benötigen also eine Crimp-Zange, Dupont-Buchsen und Stecker sowie verschiedenfarbige Regenbogen Kabel (AWG27 ist ausreichend). Die Farben entsprechen denjenigen des Schaltplans weiter unten. Wenn nicht anders erwähnt, sind beide Seiten des Kabels mit Dupont-Buchsen zu crimpen. Die Buchsen aber noch nicht in die Halterungen stecken, da mehrere Kabel in einen Stecker kombiniert werden! Es empfiehlt sich, jedes Kabel nach dem Crimpen mit zwei Testpins und einem Voltmeter auf Durchgang zu messen, da schlecht gecrimpte Kabel eine der häufigsten Fehlerquellen sind.
    KabelLänge exkl. Stecker
    (in cm)
    LED (2x rot, 2x schwarz; jeweils ein Ende an die LED angelötet)8
    Grau, Weiß (Verbindung der RPis)15
    Pink, Blau (Verbindung zum Motor Controller)13
    Schwarz, Dunkelrot (Logik-Stromversorgung Motor Controller)13
    2x Gelb, 2x Grün (Motor, jeweils ein Ende offen)7
    Voltage Converter <=> RPi 1 (1x rot)7
    Voltage Converter <=> RPi 2 (1x rot)16
    Voltage Converter <=> Motor Controller VMOT (1x rot)9
    Voltage Converter <=> RPi1,2/VMOT
    Y-Kabel mit 4 Enden (schwarz)    		<1 (direkt an VC angelötet)
    7 (RPi1)
    9 (VMOT)
    16 (RPi2)
    3. Gewinkelte Header auf Rückseite gelötet
  3. Teilen Sie zunächst die 40x2 gewinkelten Pins in zwei 20x2 Pins und löten diese auf die Rückseite der Raspberry Pi Zero Ws sodaß die Anschlüsse der Pins (d.h. dort wo die Dupontkabel angeschlossen werden) auf die unbestückte Rückseite kommen. Rechts sieht man wie es aussehen sollte. Um den korrekten Abstand zu halten, stecken sie am besten an beiden Enden Dupontkabel an.
  4. Löten Sie den dort mitgelieferten geraden Leitungsverteiler an den Motor-Controller. Die Anschlüsse der Pins kommen auf die bestückte Seite.
  5. Verbinden Sie die Kameras über das kurze Flachbandkabel mit den RPi Zero Ws. Beachten Sie die Orientierung des Kabels - die schwarzen Markierungen sollten so sein wie im Anschlußdiagramm.

    6. Zusammenbau Voltage Converter Voltage Converter nach Zusammenbau (ACHTUNG: Batterieanschluß unten, noch kein GND Y-Kabel)
  6. Löten Sie die drei Voltage Converter so zusammen wie im Diagramm rechts notiert. Von oben kommt eine 2x1 Dupont-Buchse für die Stromversorgung. Wenn die restliche Pin-Länge nach dem Zusammenlöten zu kurz ist, löten Sie ein kurzes Dupont-Kabel mit Steckern direkt an. Die einzelnen Ausgänge (VOUT) gehen an die beiden RPi Zero Ws sowie an den Motor Controller (VMOT). Hier werden die vorher nicht verwendeten gewinkelten Pins vom Motor Controller verwendet. Für die entsprechenden Ground-Anschlüsse brauchen wir ein Y-Kabel mit vier Enden, welches unten in der Mitte angelötet wird. Für die VIN/GND Verbindungen zur Batterie verwenden Sie die langen Pins (extended male header) und ziehen voher auf einer Seite die Abstandshalter ab. Diese können später als Abstandshalter für die ersten zwei Voltage Converter Verwendung finden.
    Wenn das zu schwierig ist, können Sie auch nur zwei Voltage Converter zusammenlöten - für RPI 1 und 2 - und VMOT direkt an die Batteriespannung anschließen. Damit wird allerdings der Roboter langsamer je leerer die Batterien werden und Sie dürfen keine Lithium-Ionen Akkus verwenden, da die Motoren bei mehr als 6V zerstört werden.

  7. Löten Sie die offenen Enden der grün/gelben Kabel lt. Schaltplan und Längenübersicht direkt an die zwei Motoren. Jeder Motor muß ein grünes und ein gelbes Kabel bekommen. Die anderen Enden der Kabel kommen in eine 4x1 Dupont-Buchse (immer abwechselnd gelb und grün wobei die Kabeln vom gleichen Motor jeweils benachbart sind)
  8. Bauen Sie den Zumo Kit inklusive der Motoren nach der Anleitung auf der Pololu-Seite zusammen.
  9. Kleben Sie den Ein/Ausschalter (Slide Switch) mit Heißkleber auf die Oberseite des Roboter-Unterbaus und löten Sie die Batteriekontakte an die Input-Seite des Switches an. Die Position des Schalters sollte zwischen Motoren und Vorderseite sein, auf der rechten Seite mit dem Schalter nach außen zeigend. Dies garantiert, daß der Schalter auch erreichbar ist wenn das Gehäuse montiert wurde. An die Output-Seite kommt ein 2x1 Dupont-Kabel mit Buchse, welches später beim Zusammenbau an die Batterie-Seite des Voltage Converter gesteckt wird.
  10. Die LEDs werden an die offenen Enden der Kabel direkt angelötet (Rot ist der Pluspol bzw. die Anode, Schwarz ist der Minuspol bzw. die Kathode) und dann mit Superkleber in die entsprechenden Löcher des 3D-Gehäuses eingeklebt. Zum Testen reicht es auch sie einfach hineinzustecken und ggf. später mit Heißkleber am Zurückrutschen zu hindern.
    11. Detailliertes Anschlußdiagramm
  11. Verbinden Sie alles andere so wie im Anschlußdiagramm angegeben. Die grauen Rechtecke zeigen welche Dupont-Buchsen in einen gemeinsamen Stecker kommen. Bitte beachten Sie die Pin-Richtung! Die Stecker kommen auf die Rückseite der RPis, müssen also gespiegelt ausgeführt werden. Am besten, Sie beginnen mit dem 2x2 Stecker und prüfen wo die Anschlüsse hinkommen müssen.
  12. 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.
  13. Da die nächsten Schritt den Zugang zu den HDMI und USB-Anschlüssen teilweise verhindern, müssen spätestens jetzt die RPi Zero Ws installiert werden.
    • Laden Sie die RPi Softwaredistribution Ihrer Wahl herunter - wir verwenden die Raspbian Lite Distribution - kopieren diese auf beide MicroSD-Karten und legen sie jeweils ein. Schließen Sie eine USB-Tastatur und einen HDMI-Monitor an (über MiniHDMI und micro-USB-Adapter) 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 beide RPis beim Hochfahren automatisch verbinden. 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 beide RPi Zero Ws zugreifen können.

    14. Verkabelung mit Markierung der Halterungspunkte und Voltage-Converter Zielposition
  14. Jetzt werden die beiden RPi Zero Ws (vorher die Speicherkarten entfernen da diese leicht brechen!) mit jeweils vier kunststofffurchenden Schrauben an dem Mittelteil des Gehäuses fixiert. Der Motor Controller und die Kameras werden am Vorderteil unter Verwendung der Linsenblechschrauben angeschraubt. Es sollte dann so aussehen wie rechts angezeigt.
  15. Der zusammengelötete dreifache Voltage Converter wird mit Heißkleber am mittleren Steg auf der linken Seite ins Gehäuse der Länge nach (Batterieanschluß nach hinten, weg von den Kameras) geklebt und dann die Stromanschlüsse verbunden bzw. direkt angelötet. Wenn Sie die Anschlüsse für Ground und Strom direkt anlöten, achten Sie auf ausreichende Kabellängen für eine etwaige spätere Demontage ohne Entlöten.
  16. Setzen Sie jetzt die Roboter-Basis in das Gehäuse. Prüfen Sie, daß keine Kabel im Weg sind, und schließen Sie das Stromkabel vom Slide Switch am Voltage Converter an. Das Motorkabel muß vorne vorbeigehen (dort wo der Motor Controller montiert wurde). Die Erhöhung vorne (oben mitte, rot markiert) kommt in die Vertiefung der Roboter-Basis und die hinteren Abstützungen sind für die gegenüberliegenden Ecken der Roboter-Basis (unten links und rechts, rot markiert). Schließen Sie dann das Motorkabel am Motor Controller an und fixieren Sie den Roboter-Untersatz am Gehäuse mittels langer Schraube und Sicherungsmutter.
  17. Am Schluß die Speicherkarten wieder einsetzen (am besten mit Pinzette), Batterien einlegen und den Ein/Aus-Schiebeschalter auf Ein stellen. Die beiden RPi Zero Ws sollten hochfahren, sich mit dem WLAN verbinden und innerhalb von 1-2min mit SSH erreichbar sein. Geschafft!

Es sollte dann in etwa so aussehen.



Software

Für diese Version des ToyCollect Roboters muß die neuere Steuerungssoftware verwendet werden.

Viel Spaß! Wenn etwas nicht so funktioniert wie es sollte, kontaktieren Sie uns.