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Aufbau des Roboters

Von Johannes Dörr, Florian Manteuffel am 12.06.2009, aktualisiert am 14.06.2009 um 00:24 Uhr

Der Roboter besitzt vier Rädern, von denen die beiden Antriebsräder Vollgummireifen sind, mit denen er Vorzugsweise im Inneren von Gebäudekomplexen fahren kann. Diese haben zwar kein Profil, sind aber trotzdem auch für Außeneinsatzzwecke geeignet. Die beiden anderen Räder, die lediglich Stützfunktion haben, sind Rollen eines Schreibtischstuhls. Die Lenkung erfolgt über unterschiedliche Drehzahlen der Antriebsräder. Dies hat auch den Vorteil, dass auf der Stelle gewendet werden kann, indem die Räder entgegengesetzt gedreht werden.

Als Antrieb dienen vier Gleichstromgetriebemotoren. Wir verwenden für die Antriebsachsen je zwei Motoren, um eine größere Kraftübertragung zu gewährleisten, damit der Roboter unter dem Gewicht der anderen Bauteile (auch bei weiterem Ausbau des Roboters) auch bei größeren Unebenheiten ohne Probleme fahren kann. Durch ein Getriebe mit einer Übersetzung von 1:2 erreicht der Roboter eine Höchstgeschwindigkeit von ungefähr einem Meter pro Sekunde. Zur Geschwindigkeitsregelung werden Motortreiber vom Typ L298N verwendet (siehe Sekundäre Elektronik). Diese werden mit einem Lüfter gekühlt, da die ICs besonders bei Belastung schnell heiß werden.

Die gesamte Stromversorgung wird von vier Akkupacks (je NiMH mit je 9,6V - 1100 mAh) geliefert. Dabei sind je zwei Akkus in Reihe geschaltet, woraus eine Betriebsspannung von 19,2 Volt folgt. Die beiden Packs sind dann parallel zueinander geschaltet, so dass wir eine Gesamtleistung von 2,2 Amperestunden besitzen.

Der Roboter verfügt über mehrere Sensoren mit unterschiedlichsten Aufgaben. Die Hinderniserkennung erfolgt mittels drei Ultraschallsensoren (SFR04 von Devantech) und zwei Infrarotsensoren (GP2D12 von Sharp). Während ein Ultraschallsensor direkt nach vorne gerichtet und zentriert befestigt ist, sind je ein Ultraschallmodul und ein Infrarotsensor zu einem Sensorblock zusammengefasst. Beide Sensorblöcke sind beweglich mit einem Drehradius von mehr als 90° angebracht, sodass eine Abtastung nach vorne und zur Seite möglich ist. Der feststehende Ultraschallsensor ist nach vorne gerichtet, um frühzeitig Hindernisse zu erkennen, die zu Kollisionen führen könnten, auch wenn die beweglichen Sensoren gerade nicht nach vorne blicken. Die Ultraschallsensoren sind für die Entfernungsmessung im fernen Bereich zuständig (bis zu drei Meter) und die Infrarotsensoren übernehmen den nahen Bereich von 80 cm - 10 cm. Für den extremen Nahbereich waren an den Kanten des Roboters zusätzlich kleine Tastsensoren vorgesehen, die bei Kontakt den Roboter sofort stoppen, um Kollisionen mit schwerwiegenden Schäden zu vermeiden. Wir verwenden zwei verschiedene Arten von Abstandmessungssensoren auch aus dem Grund, dass die Infrarotsensoren zwar eine feinere Auflösung besitzen, aber im Gegensatz zu den Ultraschallsensoren keine Glas- oder Spiegelflächen und lichtabsorbierende Flächen erkennen können. Ultraschallsensoren haben jedoch wiederum den Nachteil, dass sie einen zu großen Streuwinkel der Schallwellen besitzen, so dass punktgenaue Messungen nicht möglich sind.

Die Sensorblöcke werden durch Servos (HS-300) horizontal gedreht. Die Servos können etwas mehr als 180 Grad drehen, sodass die Seiten und der vordere Bereich voll abgetastet werden. Die Kamera (CMUcam) ist zentriert am vorderen Rand auf dem Roboter angebracht. Diese lässt sich frei in nahezu jede Richtung bewegen. Dies wird durch eine spezielle Pan-/Tilt-Halterung erreicht, die ebenfalls durch Servos bewegt wird.

Die Hauptsteuereinheit, die C-Control II, ist zentral auf dem Roboter untergebracht, damit jedes System ohne große Schwierigkeiten erreicht werden kann. Zur Erweiterung der digitalen Ports der C-Control ist unter dem Application-Board eine Porterweiterungsplatine angebracht, die uns 39 zusätzliche Ports, einzeln über den I2C-Bus ansteuerbar, liefert.

Der Pocket PC ist mit der Plastikeinlage aus der Originalpackung befestigt, die etwas zugeschnitten wurde.