RaspberryPiRoboter

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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

  • Robo01-2014-09-28-2axe.jpg
  • Robo02-2014-11-16 529a.jpg
  • Robo03-2014-11-17-parts.jpg
  • 2014-11-21-schlauchklemme-loet.jpg
  • 2014-11-21-motorframe-v1.jpg
  • 2014-11-21-motorframe-v2.jpg
  • 2014-11-21-motorframe-v2-sheet.jpg
  • 2014-11-21-motorframe-v3.jpg
  • 2014-11-23-motorframe-v4.jpg
  • 2014-11-23-motorframe-v4-plan.png
  • Rpi-gpio.png
  • Rpi-i2c-pic.jpg
  • 2015-02-01 motor-mit-IR01.jpg
  • 2015-02-01 motor-mit-IR02.jpg
  • 2015-02-02 rpi-controls-motor-and-sensor.jpg
  • 2015-02-04 speedcontrol01.jpg
  • 2015-02-04 speedcontrol02a.jpg
  • 2011-01-26 01-54-07 432-diod.jpg
  • 2011-01-26 07-21-51 912-3xL298.jpg
  • 2011-01-26 07-22-32 308-3xL298.jpg
  • 2011-01-28 02-33-02 787-dioden-treiber.jpg
  • 2011-01-28 02-33-16 398-dioden-treiber.jpg
  • 2011-01-31 00-53-24 105-annot.jpg

Hauptprobleme

Motoren

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

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

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

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

  • 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)
  • transport schutz entfernen: Wd40, Lampenöl (Paraffinöl) statt Petroleum, spiritus, link

kleine v2

  • anti-billig, rotwerk=schrott link
  • besser?: 2009 flugzeugforum
    • Epple MD 90-350
    • Quantum D180x300 Vario
    • Bernado Hobby 300 VD
  • anti-billig, güde=dema: plastikzahnräder? link geht aber doch link
    • firefly-10 im forum: Drehen : Artec C1 , Holzmann ED400FD 600Watt link
    • S4B5 im forum : Drehe: Weiler 260 MDU und Erba Compact 300 link, erba zu schwach beim bohren
    • Heliflieger im forum : Drehmaschine: Optimum TU2004V src a herst 1500eur 60kg
  • abnahme-protokoll messpunkte rundlauf-genauigkeit link

kleine

  • 630eur 40kg güde link
  • 40kg http://www.rotwerk.de/Metallb/drehen/edm300ds.html
    • 650eur hornbar EDM 300 DS link
  • 900eur 24kg optiturn-tu-1503v link
  • 670eur 40kg dema 90mm quer 15mm spindel metallzahn link
  • 700eur 40kg dema 90mm quer 15mm spindel link
  • 640eur 40kg dema 90mm quer 15mm spindel + meisselset link
  • 720eur 40kg dema 90mm quer 15mm spindel + meisselset + stahlhalter link
  • 680eur 40kg dema 90mm quer 15mm spindel + hm platten meissen + messuhr link
  • 570eur 35kg güde 75mm bearbeit? 20mm spindel link
  • 590eur 40kg güde 75mm bearbeit? 20mm spindel link
  • 600eur 35kg güde 75mm bearbeit? 20mm spindel link
  • 660eur 40kg güde 75mm bearbeit? 20mm spindel link
  • 800eur 40kg artec 55mm quer 20mm spindel link
  • 880eur 40kg bernardo 50mm pinole 20mm spindel link
  • ausmist:
  • 650eur 25kg bernardo 250mm spitzen link
  • 520eur 5kg proxxon link
  • 920eur 40kg bernardo nur 250mm spitze link
  • 900eur 65kg holzmann link
  • firmen tipp von forum
    • Optimum
    • SWM Maschinen
    • Holzmann
    • Kami
    • RC Maschines
    • Jet Maschinen
    • Artec
    • Paulimot
    • HBM ( Google: Herrman Buitelaar )
    • Bernardo
    • Raptor Maschinen
  • balu link HBM Holzmann Elmag Optimum Bernardo Jet Raptor SWM Paulimot Weiss RC Maschines Kami Artec

alt

  • ebay categorie ~400-700euro ebay
  • zubehör tipps: 6. Jun 2014, 15:25
    • Schnellwechsel Stahlhalter 200- 300 Euro
    • Reitstockbohrfutter wenn nicht schon dabei. 100-200 Euro
    • Zentrierspitzen: Fest und Mitlaufend 100 Euro
    • HSS Drehstahl Satz und/oder Wendeplatten Drehstahl Satz 100-200 Euro
    • Spannzangen Set 100-200 Euro
    • Weiche Drehbacken 40 -100 Euro
    • Bettbahnöl
    • Messuhr
    • Messstative
    • Falls noch nicht vorhanden Messschieber z.B. von Tesa, SYLVAC
  • zubehör tipp #2
    • Drehmeißelsätze HSS, HM bestückt oder WSP : ca. 50-100.- Euro je Satz
    • Mitlaufende MK2 Zentrierspitze : ca. 20-30.- Euro
    • Bohrfutter mit MK2 Kegel : ca. 40-50.- Euro
    • Zentrierbohrersatz: ca. 10-20.- Euro
    • Nicht zentrisch Spannendes 4 Backenfutter + Flanschadapter : 130.- Euro
    • Spannzangenfutter MK3 ER32 + 18er Satz Spannzangenset: ca. 100.- Euro

einkaufslisten

2015-07

  • 2.3mm bohrer für motorwelle
  • flasche fuer kuehlung, insbesondere bei bohrung flasche
    • spiritus für alu
    • alles schmieren, besonders bohr, aber auch meissel

2015-05

  • pollin sommer katalog
    • solid state relais 2,95 5V S28 73 340 630, TTL steuerbar (5V,25mA), max 2A schalt shop
    • 4,95, 42mm durchmesser 73 310 574 Gleichstrommotor JOHNSON 179 (73260) 160w 29A 14V 191mNm 16kU/min shop
    • ersatzakku mess-schieber!!!!
    • eth/LAN kabel 2m
    • gummihammer?
    • messuhr rundlauf 1/100mm
    • blumen-wasser-dosierding-fuer-norwegen-urlaub
  • bohrkranzfutter 12,7 mm (1/2") 20UNF : anschluss gesucht
    • orig pollin : 500 457
    • proxxon tbm 220 vermutlich 3/8" röhm (vermutlich 3/8" x 24UNF, zumindest gibts da viele bohrfutter)
    • ebay suche : dorn 20UNF
    • ebay 6,50€ Röhm Schnellspann-Bohrfutter bis 10mm M8 Aufnahme ebay
    • ebay 8,00€ BF-10M : M12 aufnahme, bis 10mm bohrer ebay
    • note : bohrfutter mit kegeldorn MK1-4 ebay
    • kegeldorn / morsekegel wiki
    • tipp ebaysuche dorn 20UNF oder morsekegel 20UNF
    • ebay 14eur dorn mit flachem end ebay
    • ebay 14eur dorn mit M6 gewinde ebay
    • ebay 7eur bohrfutter mit M12x1.25 feingewinde ebay
    • ebay 10eur kegeldorne auswahl ebay
    • bohrfutter auswahl ebay
    • bohrfutter auswahl ebay
  • 18x 100nf condensator (keramic) : 2x pro L298 : pro motor einen : 18 stück.
  • 25x 470ohm : IR-sensor neuberechnung für 5v logik
  • falls pollin noch ein paar von diesen kleinen breadboards
  • vermutlich noch mehr schlauchschellen
  • adapter/grösseren M4 gewindeschneider für stangen-nachschneiden
  • ersatzbatterie mess-schieber
  • noch 2x schlauchschellen-set mit verstellbarem band zum selber abtrennen (die dinger sind scheisse)
    • schlauchschellen sets passen zu johnson motoren
  • noch ein schraubenschlüssel, 7er für M4, nochmal set vom pollin?
  • verschiedene kurze M4 schrauben (m4x40 hab ich 200st), M4 muttern
  • justus tipp: chinamann schrittmotoren für 3euro, leiterplatten für 4-5 euro pro stück ab 5 stück.
  • conrad kugellager M4 kernloch=3,3mm schraube-kern2r=3,14 durchgangsloch=4,3
  • gewindeschneidsatz M4
  • pollin gabelschlüssel satz nochmal : 2 each

rest

  • 10* 1,65+1* 9,65+3* 2,45+1* 4,95+1* 2,45+1* 1,00+1* 1,50+1* 1,25+1* 0,95+1* 0,75+1* 0,75+1* 0,95+1* 1,25+2* 0,50+1* 0,75+3* 0,85+2* 0,85

2015-02 B

  • keilriemen/zahnriemen ? conrad,voelkner,keilriemen24.de
  • Zahnkranzbohrfutter ebay viele für 5eur + 3,50 versand
  • kreuztisch,coordinatentisch
  • geo-dreieck
  • gehörschutz f. kreissäge
  • BAUMARKT: M6 gewindestange für cnc-fräs? (m6=1mm steigung)
  • BAUMARKT: noch ein blech, trennscheibe alu
  • säge für scheiben von alu-zylinder und holz-winkel
    • elektrische tisch-stichelsäge, 120eur, alu bis 10mm (hagebau auch:190eur -x) hornbach
    • kappsäge (wie kreissäge, gerung/winkel einstellbar) ? hauptsächlich für holz
    • gehrungs-säge (manuell, noch eine im keller? nope) manuell 40eur hagebau hagebau
    • gehrungs-säge (manuell, schobi tipp) hornbach 70euro : http://www.hornbach.de/shop/Gehrungssaege/3869514/artikel.html?WT.svl=artikel_img
    • decoupiersäge = automatische laubsäge, zu schwach
    • kreissäge ?
    • kapp/gehrungssäge (kreissäge) : 70eur hagebau : hagebau
    • kapp/gehrungssäge (kreissäge) : 160eur hagebau : hagebau
    • metall-kappsäge (1-fach gehrung, 170eur) hornbach
  • GPS modul !
  • PIC mit ethernet?
  • grosse metall bohrer, mymax bisher = M6.5 (bohrkranzfutter max = 6.0mm) .... vermutlich geht nix grösseres
  • heinz tipp: firma "fein" : profi sägen (oszillierend/vibrations), ca 300-400euro, aber für alu / fräs stück usw evtl geeignet
  • heinz tipp: andi fragen wegen alu-zylinder scheiben abschneiden gegen bissl was in kaffee kasse bei dem gehäuse menschen ?
  • pollin vielleicht 540 082 = 3,95 € 20m 8-adriges telefon flachkabel.
  • pollin vielleicht 501 501 = 12,95 € kleinbohrer viele grössen, http://www.pollin.de/shop/dt/ODk0ODk0OTk-/Werkstatt/Werkzeuge/Bohrer_Fraeser_Bits/HSS_Minibohrer_DAYTOOLS_SBS_150_150_teilig.html
  • pollin 64-560 290 = 1,00€ widerstandsdraht
  • pollin 64 590 036 = 2,5 solar 95x65mm 0.4W, 2V
  • pollin 64 810 054 = 4,95€ DCF funkuhr empfänger
  • pollin 64 340 316 = 1,25€ zugmagnet 12v
  • pollin xx 640 942 = 0,95€ lautsprecher
  • pollin 64 712 221 = 2,95€ wifi antenne
  • note : trio outdoor cam casing : 64-580 168
  • note : baumarkt : trennscheiben, mal fragen was gerät dafür kostet und ob man damit alu stange 5cm durchmesser schneiden kann
  • 1.50+1.95+2.50+0.95+3.95+2*1.95+1.95 = 16,70€
  • dx.com 37-in-1 (tipp from pi rover book) : http://www.dx.com/p/arduno-37-in-1-sensor-module-kit-black-142834#.VOpVly6IxQJ
  • block für sandpapier, vll noch einer im keller

reichelt 2015-02

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