Stand der (Elektro-) Technik

Planungsphase - ✓ Abgeschlossen

In der Planungsphase haben wir uns überlegt, welche Funktionalität der Roboter bereitstellen soll und wie wir diese am besten gliedern. Dabei sind wir zu folgendem Ergebnis gekommen:

Ein Übersichtsdiagram von verschidenen Verbindungen zur Masterplatine. Der PC wird über USB verbunden. Die Stromversorgung, sowie das vordere Sensorboard kommunizieren über I²C. Die Motoren sind über CAN angeschlossen. Weitere vorgesehene Anschlüsse sind RS232, ein Display, ein Taster, GPS, Infrarot, Ultraschall, Kompass und ein Beschleunigungssensor — Konzeption Kommunikation und Aufbau

Sensoren

Um die gewünschten Anforderungen zu erfüllen, haben wir uns für folgende Sensoren entschieden:

Umgebung (Lidar, Ultraschall, Infrarot)
Endanschläge für Lenkung und Greifarm (Positionierung und Objektinteraktion)
Positionierung (Beschleunigung, Gyroskop, Magnetometer, evtl. GPS)

Platinen

Es stellte sich eine Gliederung in folgende drei funktionale Einheiten als sinnvoll heraus:

Stromversorgungsplatine: Akkubetrieb, Netzbetrieb; Leistungsüberwachung
Masterplatine + Master-Shield-Platine: Zentrale Schnittstelle zwischen Platinen und Computer; Sensordaten hinten auslesen und vorverarbeiten
Sensorplatine (vorne): Sensordaten vorne und vom Roboterarm auslesen und vorverarbeiten

Kommunikation

Zur Realisierung des Daten-Flusses haben wir uns folgendes Konzept überlegt:

Kommunikation zwischen den Platinen: I²C
Kommunikation zwischen Platinen und PC: UART über USB
Kommunikation zwischen Platinen und Motoren: CAN

Designphase- ✓ Abgeschlossen

In der Designphase ging es darum die Ideen und Konzeption der Planungsphase konkret in Schaltpläne, Platinenlayouts und konkrete Bauteile umzusetzen.

Platinenlayout mit blauen Verbindungen auf weißem Hintergrund. Ein Chip mit der Aufschrift MEGA64A ist in der mitte und von dort gehen die meisten Verbindungn sternförmig nach außen — Platinenlayout mit EAGLE von der Sensorplatine vorne

Eine Layeransicht der Stromversorgungsplatine — 3D Layout mit KiCAD von der Stromversorgungsplatine

Bei der Umsetzung der Schaltpläne wurde auch die Funktionalität der einzelnen Platinen genau spezifiziert und implementiert. Als Master Platine haben wir uns für das XMC4500 Relax Kit von Infinion mit einem ARM Prozessor entschieden. Diese wickelt die Kommunikation zwischen Computer und Hardware ab. Da wir direkt das fertige Relax Kit verwenden, benötigen wir zur Anpassung an verschiedene Spannungspegel und zur direkten Auswertung von Sensoren eine Shield-Platine, welche über Stiftleisten mit dem XMC4500 direkt verbunden wird. Von dieser aus ist die vordere Sensorplatine sowie die Stromversorgungsplatine über I²C angebunden. Zum Anderen ist sie per USB mit unserem PC verbunden.

Fertigung

Die Platinen wurden mittlerweile gefräst. Aktuell warten wir auf die bestellten Bauteile um die Platinen fertig zu stellen.

Ein Foto der gefrästen Kupferplatine — Gefräste Master Shield Platine (Hergestellt am ITIV)