Difference between revisions of "RaspberryPiRoboter"

Latest revision as of 17:37, 16 March 2017

Info

Plan : 4/6-beinige Spinne mit RaspberryPi als Steuereinheit, Webcam, ferngesteuert via UMTS/LTE stick, Offroad gelände (noch nicht fertig)

• Beine 2 gleidrig
  • 1 achse zw Unterschenkel und Oberschenkel
  • 2-3 achsen Obersch. zu Körper
  • Beine lang,dünn,leicht, z.b. dünne stange aus metall oder holz
  • Beine ca 0.5-1m lang, stelzende bewegung
• Outdoor verwendung, z.b. wiese, waldboden, also mittelschweres-schweres gelände mit hindernissen und pflanzenfasern die räder oder raupen antriebe nicht passieren können
• treppensteigen sollte auch möglich sein
• webcam + umts stick für fernsteuerung
• später dickere plastiktüten-hülle um körper für schutzt gegen regen
• evtl solarzelle
• gewicht ca 2-5kg bei 4 beinen mit je 30+40cm = theoretisch ca 150cm spannweite mit voll ausgestreckten beinen, in praxis aber immer gewinkelt
• lowbudget projekt, ziel < 10 Euro pro achse(Motor+Getriebe+Sensor) (4 beine mit je 1+3 achsen = 16 motoren)
  • gleichstrom motoren mit "getriebe"/übersetzung durch mechanik statt schrittmotoren, ca 3-5 euro / motor
• materialkosten spinne inklusive raspberry+webcam und batterien vorraussichtlich unter 300 euro
• siehe auch RaspberryPiRoboter-archiv

Gallery

Hauptprobleme

Motoren

Lowbudget, 4 Beine a 1+3 achsen -> 16 Motoren, also vermutlich Gleichstrom Motoren

• https://docs.google.com/spreadsheets/d/1iaU6sRysh9EPKOIowLAqT95YozVn-eboqtOssOtJt44/edit?usp=sharing
• https://docs.google.com/spreadsheets/d/1-13-MSCfAaMvfJuHTINGuwiT-5M1VMiHLqcN-7GVc-Y/edit#gid=0

• neue motoren pollin 2014-11
  • http://www.pollin.de/shop/dt/MDM0OTg2OTk-/Motoren/Gleichstrommotoren/Racing_Motor_DAYPOWER_75030.html
  • http://www.pollin.de/shop/dt/NzI0OTg2OTk-/Motoren/Gleichstrommotoren/Racing_Motor_DAYPOWER_1070002.html
  • http://www.pollin.de/shop/dt/ODI0OTg2OTk-/Motoren/Gleichstrommotoren/Racing_Motor_DAYPOWER_70045.html

Gewinde

• statt getriebe aus zahnrädern (teuer,kaum verfügbar) werden gewindestangen verwendet, billige meterware im baumarkt, versch. steigung(feingewinde)
• querverstrebung zwischen ober+unterschenkel ähnlich muskel, abstand der befestigung zum knie/achse bestimmt tradeoff schnell vs kraftvoll
• http://de.wikipedia.org/wiki/Metrisches_ISO-Gewinde
• führung mit kippbar gelagerter mutter

Auslenkungserkennung der Beine

• IR lichtschranke: an scheibe an gewindestange, 10 IR-LED+sensor paare für €1 pollin -> detect auf PIC chips, zähler mit i2c an raspberry pollbar
• kontakt bei gewindestange zur regelmässigen justierung einmal pro durchlauf. bei zahnrad+schnecke an gewindestange auch am zahnrad.

Ideen :

• verbrauchs-strom-messung der motoren
• regelmässige korrektur mit drehbarer webcam
• gefederte normalhaltung und motoren nur für auslenkung -> kein strom -> null position
• mausrad-sensor verbauen (1 kugel maus mit wheel = 3 sensoren -> 5-6 mäuse)

Energie : Batterie + Solar

• solarzelle mit weniger spannung als akku zum laden braucht : entweder einzelne batterien laden, oder step-up wandler für spannung
• motoren + raspberry + webcam + umts stick
• vermutlich 2 spannungen benötigt, a) raspberry, b) motoren
• 88gramm, 8watt 5v http://www.conrad.de/ce/de/product/759578/BEAR-GRYLLS-SOLARPANEL-8-W?WT.ac=bs_technik_preis
• 700g, 5watt 12v https://www.pollin.de/shop/dt/NzY5OTA0OTk-/Haustechnik/Solartechnik/Solarpanele/Solarmodul_DiVolta_DS_OG5_12_12_V_5_W.html
• ladegerät : 39,95 € https://www.pollin.de/shop/dt/Nzg3OTcxOTk-/Fundgrube/Modellbau/Modellbau_Ladegeraet_DF_MODELS_I_Peak_7_1.html
• balancer : 12,95 € https://www.pollin.de/shop/dt/MDM4OTcxOTk-/Fundgrube/Modellbau/Balancer_Ladegeraet_DF2_LiPo.html

funkverbindung

• optional da umts-stick genutzt werden kann, aber interessant
• wiki: Richtfunkantennen lassen sich bei Sichtkontakt mehrere Kilometer überbrücken. Rekorde bis zu hundert Kilometer
• schobi longrange bluetooth bis 1km bei sichtverbindung

PIC features

• matrix at http://www.microchip.com for 8/16/32bit
• I2C bus <-> raspberry comm
• ADC,DAC,PWM,timer,USB,Ethernet,watchdog,
• segment LCD
• ICSP programming, JTAG, single wire debug
• Configurable Logic Cell (CLC) : programmable combinational and sequential logic (also flipflop!, Operation while in Sleep), on-chip interconnection of peripherals and I/O micro e.g. PIC16F1713,
• Zero Cross Detect : AC signal crosses through the ground potential, e.g. audio, wave.. micro e.g. PIC16F1703
• Slope compensation : powersupply micro
• CTMU Charge Time Measurement Unit (CTMU) e.g. PIC24F08KM202
• Input Capture (interrupt) !!!! e.g. PIC24FJ16GA002 example
• CWG complementary waveform generator micro
• PSMC Programmable Switch Mode Controller : PWM, motor,power... micro
• nanoWatt (power saving, hibernate)

i2c protocol notes

// PIC 16F690 LAYOUT
VDD+        1  20        -VSS
     IR0 A5 2  19 A0 M3F
CLK  IR1 A4 3  18 A1 M3R
MCLR IR2 A3 4  17 A2 M4F
     M2R C5 5  16 C0 M4R
     M2F C4 6  15 C1 M5F
     M1R C3 7  14 C2 M5R
     M1F C6 8  13 B4     SDA i2c
     M0R C7 9  12 B5 IR3
     M0F B7 10 11 B6     SCL i2c

// draft version for testing i2c with one motor and IR sensor counting motor rotations
// I2C: rpi sends 1 byte, gets 1 byte in return (0 for commands)
// commands other than read are handled outside interrupt, 
// wait at least 300usec or until read 0xA6=gCommandExecLater returns 0xFF=COMMAND_NONE before sending next or it might be cancelled



// pinning
#define MOTOR_0_F RB7 // left bottom + 0
#define MOTOR_0_B RC7 // left bottom + 1
#define MOTOR_1_F RC6 // left bottom + 2
#define MOTOR_1_B RC3 // left bottom + 3
#define MOTOR_2_F RC4 // left bottom + 4
#define MOTOR_2_B RC5 // left bottom + 5

#define MOTOR_3_F RA0 // right top + 0
#define MOTOR_3_B RA1 // right top + 1
#define MOTOR_4_F RA2 // right top + 2
#define MOTOR_4_B RC0 // right top + 3
#define MOTOR_5_F RC1 // right top + 4
#define MOTOR_5_B RC2 // right top + 5

#define IRSEN_0 RA5
#define IRSEN_1 RA4
#define IRSEN_2 RA3
#define IRSEN_3 RB5


enum eMainMode {
    kMainMode_Normal        = 0,
    kMainMode_SensorTest    = 1, // when using LEDs instead of motors, LED shows sensor state directly
};

defaults:
#define COMMAND_NONE 0xFF
uint gTimeout      = 800; // 6.4ms * 800 = ca 5sec
char gStepCycleLen = 32; // ca 32 x ~200us = 6.4ms   (100u sleep, but prolly another 100u exec-command even if empty)

char cmd = (c >> 4);    // hi nibble
char x   = (c & 0x0f);      // low nibble

    switch (cmd)
    {
        // start/stop motor commands
        case 0x0: // panic, stop all motors
            MOTOR_0_F = 0;
            MOTOR_0_B = 0;
            MOTOR_1_F = 0;
            MOTOR_1_B = 0;
            MOTOR_2_F = 0;
            MOTOR_2_B = 0;
            MOTOR_3_F = 0;
            MOTOR_3_B = 0;
            MOTOR_4_F = 0;
            MOTOR_4_B = 0;
            MOTOR_5_F = 0;
            MOTOR_5_B = 0;
            for (int x=0;x<NUM_MOTORS;++x) { gMotors[x].counterEnd = 0; gMotors[x].sensorTarget = 0; }
        break;
        case 0x1: if (x==0) { SetMotorPins(m,0,0); } // 0x00=stop (fast)
                  pm->counter = 0; pm->counterEnd = x*gParamFactor; pm->sensor = 0; pm->sensorTarget = SENSOR_IGNORE; break;  // motor duration
        case 0x2: pm->counter = 0; pm->counterEnd = gTimeout;       pm->sensor = 0; pm->sensorTarget = x*gParamFactor; break; // motor sensor
        case 0x3: if (x < NUM_MOTORS) gSelectedMotor = x; break;

        // config commands
        case 0x6: // motor direction fwd/reverse, misc
            switch (x) {
                case 0x00: pm->reverse = 0; break;
                case 0x01: pm->reverse = 1; break;
            }
        break;
        case 0x7: // motorspeed
            switch (x) {
                case 0x08: pm->speedMask = 0xff; break; // 11111111 8/8 100%
                case 0x07: pm->speedMask = 0xfe; break; // 11111110 7/8
                case 0x06: pm->speedMask = 0xee; break; // 11101110 6/8 75%
                case 0x05: pm->speedMask = 0xD5; break; // 10110101 5/8
                case 0x04: pm->speedMask = 0xCC; break; // 10101010 4/8 50%
                case 0x03: pm->speedMask = 0x92; break; // 10010010 3/8
                case 0x02: pm->speedMask = 0x88; break; // 10001000 2/8 25%
                case 0x01: pm->speedMask = 0x80; break; // 10000000 1/8

                case 0x0A: pm->speedMask = 0xFC; break; // 11111100 special
                case 0x0B: pm->speedMask = 0xF0; break; // 11110000 special
                case 0x0C: pm->speedMask = 0xC0; break; // 11000000 special
                case 0x0D: pm->speedMask = 0xCC; break; // 11001100 special
                default:   pm->speedMask = 0xff; break; // full speed
            }
            break;
        case 0x8: gTimeout = x*gParamFactor; break;    // set timeout
        // 0xA = read (see interrupt!)
        case 0xB: gStepCycleLen = x*gParamFactor; break; // 1 is a little more than 100usec, step gets called once per cycle, 100u x 64 = every 6.4msec
        case 0xC: gMainMode = x; break;
        case 0xD:
            // maybe also gParamOption = x; for extended commands
            if (x < 8) { gParamFactor = 1 << x; gParamShift = x; }
            // else another option...  x in 0..15
        case 0xE: // timer0 and prescaler  0..8 : x1..x256
    }

// interrupt: read
case 0xA:
	switch (x)
	{
                        case 0x0: SSPBUF = 42; break; // ultimate answer
                        case 0x1: SSPBUF = 0x01; break; // version
                        case 0x2: SSPBUF = 0x00; break; // reserved
                        case 0x3: SSPBUF = (gMotors[gSelectedMotor].counter >> gParamShift) & 0xff; break;
                        case 0x4: SSPBUF = gMotors[gSelectedMotor].sensor; break;
                        case 0x5: SSPBUF = (gTimeout >> gParamShift) & 0xff; break; // gTimeout
                        case 0x6: SSPBUF = gCommandExecLater; break; // command buffer, do not send new commands if this is different from COMMAND_NONE=0xff
                        case 0x7: SSPBUF = gMotors[gSelectedMotor].sensorState; break;
                        default: SSPBUF = 0; break; // unknown
	}
break;

Bauteil/Werkzeug beschaffung

• pollin
• conrad
• reichelt
• https://www.wegertseder.com/ riesen sortiment kleinschrauben, auch gewinde schneideisen! m4 besorgen
• http://www.helisport-pratter.de/ andi tipp : allershausen modellbauladen, riesen auswahl
• http://www.voelkner.de/ : texas instruments 13 euro board mit usb jtec debug
• http://www.hornbach.de (schobi tipp, nord-west münchen, online+versand)
• https://zahnriemen24.de zahnriemen,keilriemen,kugellager

drehmaschine

meissel set

Hartmetall

• 4971R gerader Drehmeißel  ?Längsdrehen? (Schruppen und Schlichten)
• 4972R gebogener Drehmeißel längs-schruppen, anfasen+plandrehen
• 4973R Innen-Drehmeißel
• 4974R Innen-Eck-drehmeissel
• 4975 spitzer Drehmeißel längs-schlichten
• 4976 breiter Drehmeißel längs-schlichten
• 4977R stirndrehmeißel
• 4978R Eckdrehmeißel plandrehen,absatz-andrehen
• 4980R abgesetzter Seitendrehmeißel
• 4980L abgesetzter Seitendrehmeißel
• 4981R Stechdrehmeißel abstechen/einstechen

tipps aus buch + forum

• keine beschichtung TiN bzw. Titannitrid für Alu! begünstigt Aufbauschneide link
• "zum Gewindeschneiden würd ich kein HM sondern einen HSS-Drehling nehmen, einen Schleifbock kaufen und eine Drehmeißelauflage zum Nachschleifen basteln" jollyroger
• wendeplatten vermeiden, sind für grosse maschinen ab 500+ W abgabe (drehstrom) jollyroger

• DONE: Alu Stangen, Fühlerlehre, Zentrierbohrer, KegelDorn MK2 1/2"20UNF, Messuhr+Magnetstativ, Gehörschutz, gewindelehre
  • spänehaken, wd40 reinigung

• TODO
  • evtl gesichts-schutz
  • pinsel zum reinigen (drehmaschiene)
  • kleinen gummihammer (?)
  • öl
  • fusselfreier lappen
  • DONE: unterleg plättchen für stahlhalter : billige Fühlerlehren
  • Bohrfutter mit einem MK2 (Reitstockkegel: MK 2) ! zentrierbohrer-satz
  • passender gewindeschneider
  • satz bohrer link 30eur, quelle
• schleiffbock mit Siliciumcarbidscheibe ? (zerspanerforum Gullideggl link)
• meissel: HSS-Rohlinge, am besten die Kobaltlegierten mit 5-12% Kobalt (HSS-CO oder HSSE). (Gullideggl link)
  • evtl set von paulimot, 35eur 8x8 (link)
  • vid1 vid2
• transport schutz entfernen: Wd40, Lampenöl (Paraffinöl) statt Petroleum, spiritus, link

kleine v2