Nun kommt der Mikrocontroller ins Spiel

Wenn man wie ich zu der Zeit, mit Microcontrollern noch keine Erfahrung hat, ist es meines Erachtens sinnvoll mit einer Lösung anzufangen, welche zumindest zum Teil oder ganz aufgebaut geliefert wird. Insbesondere wenn man zu den Leuten gehört, die es immer etwas eilig haben und schnell Ergebnisse sehen wollen ;-)

Aus diesem Grund entschied ich mich für die C-Control von Conrad Elektronik, die war mir bei regelmäßigen Durchstöbern des Kataloges schön öfters aufgefallen. Damit ich nicht erst noch viel rumlöten musste und dennoch viele Experimentiermöglichkeiten hatte, habe ich gleich ein Relais- und Applikationsboard mitbestellt.

Obwohl ein Applikationsboard und auch eine Relaisplatine in der Praxis nicht notwendig sind und ich diese bei meinem nächsten Roboter doch durch eigene Schaltungen ersetzen würde, so hat sich dieser Einstieg dennoch bewährt. Die C-Control ist eine der am besten dokumentiertesten Controller-Kits überhaupt. Die Programmierung ist durch den eingebauten Basic-Interpreter selbst für Einsteiger kinderleicht. Jeder der schon einmal ein paar Zeilen auf dem PC in Basic programmiert hat, wird sich hier schnell zurecht finden. Controller lassen sich zudem wesentlich leichter programmieren als z.B. Windows mit seiner inzwischen kaum noch überschaubaren API!

Zudem hat das C-Control Kit den Vorteil, dass man nur Batterien/Netzteil anschließen muß und sofort loslegen kann. Auf diese Weise konnte ich erste Experimente damit ohne der Roboter-Chassie machen. Mit wenigen Befehlen schaltet man Relais oder bringt seltsame Melodien aus dem eingebauten Lautsprecher.

Der Roboter nimmt Gestalt an

Mikrocontrollerboard und Motortreiber ordnet man am besten so in der Chassie an, dass man gut heran kommt und gegebenenfalls Änderungen und Erweiterungen der Schaltung vornehmen kann. Ich habe dafür eine Alu-Platte, die leicht herausgenommen werden konnte, vorgesehen. Da Motor und später alle Sensoren über Stecker mit den Platinen verbunden wurden, konnte jederzeit immer wieder alles einfach ausgebaut werden. Das war auch ganz sinnvoll, den ein 20 Kg Monster macht sich nicht sonderlich gut auf einem Schreibtisch!

Inzwischen hatte ich in der unteren Etage auch einen Akku auf einer Alu-Platte befestigt. Da ich gerade einen 12 V, 7Ah Typ vorrätig hatte, nahm ich diesen. Allerdings war angedacht später ein weit größeres Akku zu integrieren da der Staubsauger doch enorm Strom verbrauchen würde. Dies ist auch der Grund warum die untere Etage auf dem Bild noch soviel Freiraum besitzt.

Für die Kabelführung hab ich mich für Kabelkanal entschieden. Eine sorgfältige Kabelführung würde ich jedem empfehlen, da man sonst schnell unnötigen Platz durch Kabelgewirr verbaut. Es versteht sich von selbst das dies bei sehr kleinen Robotern auch kein Thema ist.

Wenn man mit so starken Akkus arbeitet, sollte man in jedem Fall eine Sicherung vorsehen. Ein Kurzschluss kann schnell einiges an Funken verursachen und hat sicher schon einige Häuslein in Brand gesetzt. Ich habe dazu einen Sicherungshalter in einer Alu-Platte montiert.

Der erste Bewegungstest

Nachdem Schaltungen untergebracht waren, konnte man diese entsprechend verdrahten. Ich verdrahtete das ganze so, dass ein Relais die Stromversorgung der Motorplatine und aller Sensoren abschalten konnte. Damit sollte der Roboter in die Lage versetzt werden sich später Nachts schlafen zu legen um am nächsten Morgen wieder fröhlich seinen Putzdienst anzutreten ;-) Zwei Ports wurden für den Clock Eingang, 1 Port für den gemeinsamen Enable-Eingang und 2 Ports  für die Richtung verbraucht.

Somit konnte recht schnell ein erstes einfaches Testprogramm geschrieben werden welches den Roboter in einer Kreisbahn bewegte. Dies gelingt auch Laien recht schnell da sowas mit wenigen Basic Zeilen erledigt ist. Um den Roboter einen Schritt nach vorne zu bewegen, muß ja lediglich der Pulse Befehl mit dem Paramter des jeweiligen Ports (Clock-Eingang) verwendet werden. Da man genau weiss wie viel Schritte der Motor pro Umdrehung benötigt und welchen Umfang ein Rad besitzt,  kann man sehr schnell ausrechnen wie weit der Roboter bei einem einzigen Schritt fährt. Dadurch lassen sich dann leicht Unterroutinen schreiben die den Roboter eine bestimmte Wegstrecke nach vorne oder hinten bewegen. Durch gesetzliches Drehen der Räder kann sich der Roboter in genau vordefinierten Winkeln bewegen. Es ist ein Leichtes eine Routine zu schreiben die den Roboter um x Grad nach y dreht. Hat man alle diese Grundroutinen zur Verfügung kann man daraus dann wieder einfache Fahrprogramme entwickeln. Der Roboter wog zu diesem Zeitpunkt etwa 11 KG. Zwar gelang es dem Motor immer noch recht gut den Roboter langsam zu bewegen, jedoch sorgten inzwischen Hindernisse wie eine Teppichkante schnell zu Schrittverlusten.

Lift für Staubsaugerdüse

Da ursprünglich vorgesehen war, dass der Roboter auch höhere Teppichkanten und Türschwellen selbstständig überwinden soll, muß man die Staubsaugerdüse anheben und absenken können. Das war insbesondere in meinen Fall wichtig, da ich eine Staubsaugerdüse mit einem speziellen "Schmutzfangstoff" verwendete. Dieser Stoffbezug auf der Unterseite der Düse mußte mit einer gewissen Kraft auf den Boden gedrückt werden damit sich beim Fahren automatisch Staub und Haare daran ansammeln.  Durch eine gezielte Rückwärtsfahrt wurden später diese Schmutzteilchen gelöst und angesaugt.

Beim Lift entschied ich mich für eine recht einfache Lösung. Über ein Gestänge sorgte das Drehen eines Gewindestabes für das Absenken der kompletten Saugdüse. So konnte ein nahezu beliebiger Druck ausgeübt und von Controller über einen Getriebemotor gesteuert werden. Als Getriebemotor verwendete ich den Bühler Motor wie er in unserer Motorliste aufgeführt ist. Eine Gabellichtschranke sorgte dafür, dass die genaue Position ermittelt werden konnte. Durch genaues Timing konnte dann recht genau jede Position angefahren werden. In der Praxis funktionierte das zwar alles recht gut, nur nicht besonders schnell. Wer also etwas ähnlich benötigt, sollte entweder statt der Gewindestange eine dafür vorgesehene Spindel oder einen etwas weniger untersetzten Motor verwenden.

Auf dem rechten Bild ist die Montage des Liftes, des Saugschlauches und der Düse zu erkennen. Die Düse wurde etwas umfunktioniert damit der Saugschlauch gut von oben eingeführt werden konnte. Hier hat sich auch wieder der Kleber TURBO2000 gut bewährt. Plastikteile wurden in Sekunden so stark verklebt, dass diese selbst mit Gewalt nicht mehr getrennt werden konnten.

Erwähnen möchte ich an dieser Stelle, dass ich es heute nicht mehr für sinnvoll halte den Staubsauger so weit entfernt von der Düse anzuordnen. Durch den Saugschlauch geht doch eine Menge an Saugenergie verloren - und davon hat man bei Akku-Betrieb eh nicht gerade viel zur Verfügung. Ideal wäre es also wenn der Sauger und Staubbehälter möglichst direkt hinter der Düse plaziert würde. Bedenken muß man allerdings auch, dass das Bleiakku möglichst tief sitzen muß da sonst der Schwerpunkt ungünstig ausfällt und der Roboter schneller kippen kann. Also hier muß man wohl einen guten Kompromiss finden.

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Roboter-Tutorial - Thema: "Ich will einen Roboter bauen - nur wie?"