Das KeplerOpenBOT Robotik-System besteht aus einem Mainboard mit dem in Verbindung mit ergänzender Hardware (Sensoren und Aktoren) einfache Steuer- und Regelaufgaben autonom ausgeführt werden können.
Die Software für den KeplerOpenBOT Controller wird mit der Arduino Programmierumgebung erstellt und dann auf den Controller übertragen, der diese in der Folge autonom ohne Verbindung mit einem PC ausführt. Die Übertragung eines Programms auf einen KeplerOpenBOT Roboter erfolgt über USB.
Das KeplerOpenBOT Mainboard
Dasr KeplerOpenBOT Mainboard basiert auf einem Arduino Nano Mikrocontoller Board und beinhaltet ergänzende elektronische Komponenten wie ein Display, vier Taster, eine LED und ein Trägheitsnavigationssystem.
Schematische Darstellung des Mainboards und dessen Anschlussmöglichkeiten
Technische Daten
- Arduino Nano Mikrocontroller Board
- 8 IO-Ports (digital IN, digital OUT, analog IN, PWM, Servo)
- 4 I2C Ports
- 3 SPI Ports
- 1 sechszeiliges Display (Nokia 5110)
- 1 BNO055 9-Axis IMU Sensor
- 1 LED
- 4 Taster
- 2 Servo Ports
- Mini-USB-Anschluss zum Übertragen der Software
Spannungsversorgung
Der KeplerOpenBOT Controller kann mit einer Spannung zwischen 7V und 9V versorgt werden. Dazu können entweder ein Gleichspannungsnetzgerät oder aber auch Batterien oder Akkus verwendet werden.
Das Display
Das Display bietet eine Anzeige von je 14 Zeichen in sechs Zeilen.
Der BNO055 Sensor
Bei diesem Sensor handelt es sich um eine Messeinheit zur Bestimmung der Lage im Raum, die aus einer Kombination von Beschleunigungs- und Drehratensensoren mit neun Freiheitsgraden besteht.
Die vier User-Taster
Die vier Taster unter dem Display können frei verwendet werden und zum Beispiel zur Steuerung des Programmablaufs dienen.
Die LED
Die LED am KeplerOpenBOT Mainboard kann zum Beispiel ergänzend zu den Ausgaben am Display zum Einsatz kommen um optische Signale anzuzeigen.
Die acht IO-Ports
Die 8 IO-Ports des KeplerOpenBOT Controllers können unterschiedlich genutzt werden.
IO3, IO4, IO5: digitaler Eingang, digitaler Ausgang, PWM oder Servo
IO1, IO5, IO6, IO7, IO8: digitaler Eingang, analoger Eingang
An den analogen Eingängen können Spannungen zwischen 0V und 5V gemessen werden - den gemessenen Spannungen werden dabei Werte zwischen 0 und 1023 zuordnet.
Liegt an einem analogen Eingang eine Spannung von 0V an, liefert der AD-Wandler den Wert 0, bei einer Spannung von 5V erhält man den Wert 1023. Die Werte dazwischen ergeben sich proportional zur anliegenden Spannung.
Die zwei Servo-Ports
An den Servo-Ports können entweder übliche Servo-Motoren, die je nach Eingangssignal einen bestimmten Drehwinkel anfahren oder sogenannte Continuous Servos angeschlossen werden, die sich ausgehend von dem anliegenden Eingangssignal kontinuierlich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen.
Die vier I2C-Ports
Zum Anschluss von Sensoren, die mit dem Controller über den I2C-Bus kommunizieren, stehen auf der Platine 4 Buchsen zur Verfügung. Da alle Komponenten eines I2C-Systems auf demselben Bus hängen, sind alle Anschlüsse gleichwertig, die Adressierung der angeschlossenen Sensoren erfolgt über deren Adresse.
Die drei SPI-Ports
Auf dem KeplerOpenBOT Controller befinden sich 3 Buchsen zum Anschluss von Sensoren an die SPI-Schnittstelle des Arduino Nano Boards. Die Pinbelegung der dritten Buchse wurde so festgelegt, dass eine Pixi CmuCam5 über ein 10-poliges Flachbandkabel direkt an den Controller angeschlossen werden kann.
KeplerOpenBOT Sensoren
Ergänzend zum KeplerOpenBOT Mainboard werden die Schaltpläne, Platinen-Layouts, wie auch entsprechende Software-Implementierungen für Sensoren zur Verfügung gestellt.
Tastsensor
Dieser Sensor kann verwendet werden, um einen Roboter auf das mechanische Berühren eines Hindernisses reagieren zu lassen. Dieser Sensor wird an einen digitalen Eingang angeschlossen.
Reflexionssensor
Mit diesem Sensor kann ein Roboter die Oberfläche, über die er sich bewegt optisch abtasten. Das ausgesandte Licht einer hellen LED wird von unterschiedlichen Farben oder Grautönen unterschiedlich stark reflektiert und die Intensität des reflektierten Lichts gemessen. Damit dieser Sensor optimal an Umgebungsbedingungen und die Beschaffenheit der Oberfläche angepasst werden kann, befindet sich auf diesem Sensor ein Drehwiderstand, mit dem die Empfindlichkeit des Sensors eingestellt werden kann.
Die Intensität des reflektierten Lichts wird in Form von unterschiedlichen elektrischen Spannungen zur Verfügung gestellt, weshalb dieser Sensor an einen analogen Eingang angeschlossen werden muss.
IR Abstandssensor GP2Y0A02YK0F
Bei IR Abstandssensoren der Firma Sharp wird die Distanz zwischen dem Sensor und einem Objekt mit Hilfe von infrarotem Licht bestimmt. Von einem solchen Sensor wird infrarotes Licht ausgesandt und der Winkel zwischen dem ausgesandten und dem reflektierten Lichtstrahl gemessen. Daraus wird die Entfernung ermittelt und in Form von unterschiedlichen elektrischen Spannungen bereitgestellt. Zum Messen dieser Spannungen muss ein solcher Sensor an einen analogen Eingang angeschlossen werden.
Der Sensor GP2Y0A02YK0F kann Entfernungen zwischen 20 und 150 cm messen.
IR Abstandssensor GP2Y0A21YK0F
Der Sensor GP2Y0A21YK0F kann Entfernungen zwischen 10 und 80 cm messen.
IR Abstandssensor GP2Y0A60SZLF
Der Sensor GP2Y0A21YK0F kann Entfernungen zwischen 10 und 150 cm messen.
Ultraschall Abstandssensor SRF10
Bei einem Ultraschall Abstandssensor erfolgt die Bestimmung von Entfernungen durch die Messung der Zeit zwischen dem Aussenden und Empfangen eines akustischen Signals. Aus dieser Zeit kann mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit die Entfernung zu dem Objekt berechnet werden, an dem der Schall reflektiert wurde.
Der Ultraschallsensor SRF10 verfügt über einen integrierten Mikrocontroller der diese Messungen und Berechnungen durchführt. Mit diesem Sensor können Daten über den I2C-Bus ausgetauscht werden. Dazu zählen zum Beispiel das Übertragen von Einstellungen zum Sensor, das Starten einer Messung oder das Auslesen von Entfernungswerten.
IR Temperatursensor MLX90614
Mit diesem Sensor können sehr genaue Temperaturmessungen durchgeführt werden. Einerseits kann dieser die Umgebungstemperatur bestimmen und andererseits die Oberflächentemperatur eines direkt in Messrichtung befindlichen Objekts, indem die im infraroten Bereich liegende Wärmestrahlung dieses Objekts gemessen wird. Die Messwerte für die Umgebungs- und Objekttemperatur können über den I2C-Bus aus dem Sensor ausgelesen werden.
Liniensensor
Der Liniensensor stellt eine Kombination von 8 Reflexionssensoren dar und ermöglicht eine gleichzeitige Analyse des Untergrunds an acht unterschiedlichen Positionen. Der zentrale elektronische Bauteil ist ein 8 Kanal Analog-Digital-Wandler, der die gemessenen Spannungen, die der Intensität des reflektierten Lichts entsprechen, in Werte zwischen 0 und 1023 umwandelt.
Dieser Sensor wird an einen der beiden SPI-Ports angeschlossen. Mit den acht Potentiometern kann die Empfindlichkeit jedes einzelnen Sensors individuell eingestellt werden.
Zum Abtasten stehen zwei unterschiedliche Sensorplatinen zur Verfügung, die beliebig an die Hauptplatine angeschlossen werden können - je nach Anforderung, entweder zwei gleiche oder auch zwei unterschiedliche.
Adapter I2C LEGO
Mit diesem Adapter können I2C-Sensoren, die für die LEGO ® MINDSTORMSTM Robotik-Systeme entwickelt wurden, an den KeplerOpenBOT Controller angeschlossen werden.
ACHTUNG! An dieser Stelle sei - bei etwaiger Verwendung von Sensoren für LEGO ® MINDSTORMSTM Robotik-Systeme - noch einmal explizit auf die Lizenz hingewiesen unter der alle Informationen von LBotics.at veröffentlicht werden.
Experimentierplatine PIN BOARD
Zur einfachen Entwicklung und zum Aufbau eigener Sensoren, die an einen digitalen oder analogen Eingang des KeplerOpenBOT Controller angeschlossen werden, wurde dieses Board entworfen. Darauf können aber auch Schaltungen aufgebaut werden, die an einen digitalen Ausgang oder einen digitalen Ausgang mit PWM angeschlossen werden.
Experimentierplatine I2C BOARD
Dieses Board dient zum Aufbau eigener Schaltungen, die über den I2C Bus mit dem KeplerOpenBOT Controller kommunizieren sollen.
Experimentierplatine SPI BOARD
Auf dieser Platine können Schaltungen aufgebaut werden, die Daten mit dem KeplerOpenBOT Controller über SPI austauschen.
Mechanische Bauteile
Hier stehen CAD Files für den KeperOpenBOT zum Download zur Verfügung. Diese können in der 3D CAD Software Designspark Mechanical geöffnet und weiterbearbeitet werden.
kob_CAD_Servohalterung_einfach.rsdocx
kob_CAD_Servohalterung_zweifach.rsdocx
kob_CAD_Abstandhalter_Display.rsdocx
kob_CAD_Abstandhalter_IMU_Sensor.rsdocx
kob_CAD_Abdeckung_Arduino_Nano.rsdocx
kob_CAD_Reflexionssensor_Abdeckung.rsdocx
kob_CAD_Reflexionssensor_Halterung.rsdocx