Entwicklung eines humanoiden Roboters

[Marcel D]

Hallo Zusammen,

da nun wieder die Weihnachts- und Neujahrsbastelzeit ansteht habe ich mir vorgenommen wieder etwas an der Hardware weiter zu machen.
Der Roboter soll nun, nachdem er neue Finger hat, noch einen neuen Kopf bekommen. (Die Platine für die neue Hand ist noch nicht umgesetzt.)


Hierbei kommen noch einmal zwei Freiheitsgrade hinzu, mit welchen sich die Augen einzeln nach vorne und hinten Kippen lassen. Hierdurch soll es möglich sein, ohne Sicht auf den Roboter den Boden davor zu betrachten, so dass er Nichts aus Versehen wogegen stößt. Des weiteren sind noch vier Ultraschallsensoren angebracht mit welchen sich horizontal in Ausrichtung des Kopfes, bzw. 45° nach Unten und in Blickrichtung jedes Auges der Abstand messen lässt. Für die akustische Interaktion ist ein Lautsprecher vorgesehen.


Ebenso sollen noch zwei Mikrofone angebracht werden, mit welchen akustische Signale wahrgenommen werden können. Im Kopf selbst ist noch ein Raspberry untergebracht, welcher zur Kommunikation mit einem anderen Rechner dient. Somit können hier gesammelte Informationen vorbereitet werden, die dann auf einem leistungsstärkeren Rechner ausgewertet werden. Zur Verbindung sind Plätze für Antennen vorgesehen, wobei hier wahrscheinlich eine reicht.


Wenn die Hardware dann realisiert ist kann es mit der Software weiter gehen. Für die lokalen Schrittmotorsteuerung wird ein neues Programm entworfen, bei dem Einstellungen, sowie Einrichtparameter ebenfalls über den Bus übergeben werden können, so dass man sich hier nicht ständig an jeden einzelnen Mikrocontroller anstecken muss um etwas zu ändern.
Der Programmaufbau ist im Entwurf.
Dieses Programm soll dann in Verbindung mit der Benutzeroberfläche zur bequemeren manuellen Steuerung (leichter zu bedienende kombinierte Bewegungen anstatt einzelne Ansteuerungen wir bisher) realisiert werden.

Was die Auswertung der Sensordaten des Kopfes betrifft habe ich jemanden kennen gelernt, der sich mit Informationsgewinnung aus Rohdaten und Steuerung mittels neuronaler Netze beschäftigt und dann ab hier am Projekt mitmacht, da das großteils außerhalb meines Wissens liegt.
Wenn die Umgebungseindrücke dann sicher interpretiert werden können (was noch eine Weile dauern wird), kann man schauen wie die Informationen mit einem Verhaltensalgorithmus verknüpft werden.

In diesem Sinne euch Allen eine frohe Bastelzeit.

Grüße
Marcel

[Marcel D]

Ein gutes Neues Jahr.

Mit den Überlegungen zu dem universal einrichtbaren Programm auf den Microcontrollern ist es etwas weiter gegangen. Das Konzept steht und sobald der neue Kopf fertig realisiert ist bekomme ich Unterstützung bei der Programmumsetzung.

Microcontroller-Variablen:




Auf dem Microcontroller sollen drei Programmschleifen laufen, die je nach Bedarf auf einzelne Unterprogramme zugreifen:

Main-Programm:

Mit dem Main-Programm findet die Initialisierung statt. Im Normalzustand hält es sich in Zyklus 3 auf und regelt somit immer auf den Sollwert, der von der Benutzeroberfläche aus neu beschrieben werden kann.
Wird die Geschwindigkeit geändert, so muss Zyklus 2 aufgerufen werden um diese in den Timer_Schritte zu schreiben.


LS-Interrupt:

Wird ausgelöst, wenn sich das Signal eines Lichtschrankenpins ändert.


Timer_Schritte: Beinhaltet das Programm für die Schrittsteuerung

Unterprogramme:

Lichtschrankenzuordnung initialisieren:

Zuordnung der Lichtschranken um die Steckplätze softwareseitig untereinander austauschen zu können.


Bereichsinitialisierung:

Zusammensetzung der Bereichskennung


Istposition setzen (am Übergang der Lichtschranken):

Beim Eintreten eines LS-Interrupts soll die Istposition mit dem jeweils hinterlegten LS-Übergangswertes beschrieben werden. Hierdurch werden zwischenzeitlich auftretende Schrittverluste kompensiert.
Ein Schreiben findet nur statt, wenn die Lichtschranken aktiv sind. Hierdurch lassen sich bei inaktiven Lichtschranken einfach die Zuordnungen der Lichtschrankeneingänge herausfinden.


Sollgeschwindigkeit als Intervall in Timer_Schritte schreiben:

Die Geschwindigkeit (n) soll als Umdrehungen pro Sekunde übergeben werden. Das Intervall (t) gibt an, alle wie viele Millisekunden der Timer einmal durchlaufen wird. Es sind 400 Schritte pro Umdrehung notwendig.


Richtungssteuerung:

Mit der Richtungssteuerung wird der CQ/CCW-Pin gesetzt. Des Weiteren werden die Endpositionen überprüft und verhindert, dass diese überfahren werden können.


Schrittsteuerung (auf dem Timer_Schritte):

Die Schritte werden entsprechend des eingestellten Timerintervalls weiter geschalten, solange der Enabled-Pin gesetzt ist.


Bereichszählung (ausgelöst vom LS-Interrupt):

Mit der Bereichszählung wird ermittelt, wie viele Schritte in einem Bereich liegen. Hierdurch kann der entsprechende Maßstab des jeweiligen Aktors einfach rekonstruiert werden.
Im Anschluss lassen sich die hierdurch festgelegen LS-Übergangspositionen (X1-X7) über die Einrichtadresse beschreiben.


Da nicht mehr als 12 Anhänge pro Beitrag möglich sind kommt hier eine Unterbrechung.

[Marcel D]

Inkrementale_Schrittänderung:

Schreiben der Sollposition aus der Istposition mit der eingetragenen inkremental Änderung.


Istposition ermitteln:

Während der Initialisierung wird ermittelt ob die Istposition in der eingelesenen Bereichsabfrage liegt. Ist das der Fall wird die Istposition beibehalten. Andernfalls wird sie auf den Mittelwert des Bereichs gesetzt.


Benutzeroberfläche:

Vorgehen beim Einrichten eines Microcontrollers:


Das war es erstmal mit der Aufzeichnung der Überlegungen, bis es dann wieder etwas weiter gegangen ist.

Grüße
Marcel

[Marcel D]

Hallo Zusammen,

hier mal wieder ein Zwischenstand.
Inzwischen sind die Materialien und Zukaufteile für die Realisierung des neuen Kopfes eingetroffen, so dass es hier voran gegangen ist:


Wenn noch die Schlitten für die Kippaktorik realisiert sind kann an den Kopf die Inbetriebnahme des Universalprogramms getestet werden.


Grüße
Marcel

[Marcel D]

Hallo Zusammen,

der Kopf ist nun ebenfalls realisiert. Hier das Video zum Bau:


Es fehlen noch die Abdeckbleche über den Kameras, sowie Stecker und Buchsen an den Platinen, dann kann er in Betrieb genommen werden.

Für eine Gesamtübersicht über den Roboter ohne die Bauschritte habe ich ein Kurzvideo gemacht:
https://www.youtube.com/shorts/8d6wPANwB20

Da die Hardware nun Größtenteils steht lässt sich sagen, dass das Projekt Hand und Fuß hat.
Es werden an dem Aufbau nur noch Kleinigkeiten (Sensormaßstäbe und die besagten Abdeckbleche) realisiert, weshalb hierzu kein separates Video mehr kommt. Stattdessen werde ich wieder eines machen wenn die oben beschriebenen Ablaufdiagramme umgesetzt werden und die Inbetriebnahme stattfindet.

Bis dahin frohes Bauen und Grüße
Marcel

[Andre_S]

Hallo Marcel,

dein Projekt verfolge ich bereits seit Deinem ersten Thread in diesem Forum…
Es ist beeindruckend, was Du da wörtlich genommen „auf die Beine gestellt hast“, mir fehlen die Worte um dies gebührend zu würdigen.
Mal unabhängig der Abschlussarbeit, sowie von Zeit und Geld, welches Du investierst, hat dieses Projekt bezüglich Entwicklung, Konstruktion und Umsetzung, qualitative Maßstäbe, welche doch weit über ein Hobby hinausgehen.

Du hast in 2020 bei der Vorstellung des Projektes unter anderem folgendes geschrieben:
…
Für die Anwendung eines Roboters, der beispielsweise für Servicetätigkeiten im Haushalt eingesetzt werden kann, ist jedoch kein System mit einer hochdynamische Bewegung notwendig
…

Was mir diesbezüglich aber seit damals mit jedem weiteren Entwicklungsschritt durch den Kopf geht, ist die praktische Anwendbarkeit des Projektes bezüglich dieser Aussage.
Da Du alles so akribisch geplant und letztendlich auch umgesetzt hast, würde mich folgendes interessieren.
Unabhängig der vollständigen Integration von Firmware/Software bezüglich Fortbewegung, Umgebungs-, Objekterkennung und so weiter, was für Bewegungsgeschwindigkeiten auf Basis der Verfahrenswege und deren Antriebe sind kalkuliert bzw. realistisch?

Ansonsten wünsche ich weiterhin viel Erfolg und halte uns bitte wie bisher auf dem laufenden.


Gruß André