Elwood – Hardware

Bauteil Beschreibung Bezugsquelle
Sperrholz dient als Chassis, ist einfach zu bearbeiten, billig und stabil genug für unsere Anforderungen. Baumarkt
Getriebemotor 6-12 Volt PILE-Mot 1100 U/min pro Volt, zwei Stück Der Antrieb von Elwood Modellbaufachgeschäft
1060 – PhidgetMotorControl LV Der USB-Controller, steuert Geschwindigkeit, Drehrichtung und Beschleunigung der Motoren. www.phidgets.com
Intel (TM) Desktop Board D945GCLF2 Atom 330 CPU Elwoods Hirn, basiert auf Ubuntu Elektronikfachgeschäft
USB Stick Dient als Festplatte Elektronikfachgeschäft
W-Lan-Karte Eine Standard Karte, da keine im Mainboad integriert ist Elektronikfachgeschäft
Webcam Standard V4L kompatible Kamera Elektronikfachgeschäft
Kleinteile Antriebsräder ca. 80 mm Durchmesser, Spornrad ca. 30 mm Durchmesser Modellbaufachgeschäft
Kleinteile Kabel, Kabelschuhe, Steckverbindungen, Schrauben / Muttern Elektronikgeschäft, Metallwarenfachmarkt
Dell (TM) Inspiron Mini 9 Fernsteuerung (Sender) www.dell.de
Dell (TM) Inspiron 1510 Programmierung der Client/Server Anwendung www.dell.de
NAVILOCK NL-402U – USB GPS Empfänger GPS Empfänger http://www.navilock.de/
LiPo V-MAXX 30C 3/1000 11,1V BEC 2 Stück
und ein passendes Ladegerät
Die Stromversorgung von Elwood Modellbaufachgeschäft

Im Folgenden zeigen wir Euch wie wir die Hardware zusammengebaut haben. Dabei wollen wir mit dem Fahrgestell und all seinen Komponenten beginnen.

Elwood - Fahrgestell

Dieses Bild zeigt das Sperrholzchassis (eine Platte mit Aussparungen für die Getriebemotoren) und die darauf montierten Antriebe. Rechts neben den Antrieben befinden sich die Durchgangslöcher für die Verkabelung der Motoren. Durch die Steuerung über zwei getrennte Antriebe sparen wir uns einen Regler, da der hier vorhandene zwei Motoren ansteuern kann. Hätten wir einen Antriebsmotor und einen Servo zur Steuerung, bräuchten wir einen zusätzlichen Servoregler.
Diese Konfiguration kann ohne weiteres auf Kettenantrieb umgerüstet werden.
Die vier Schrauben in der Mitte der Platte fixieren den Regler auf der anderen Seite. Die Muttern kennzeichnen die Positionen der Distanzstangen, auf denen das Mainboard montiert wird.

Hier sind nun die Reifen montiert. Die Wellen der Getriebe sind mit den Aufsteckachsen versehen, welche mit Madenschrauben fixiert sind. Die Reifen sind dann einfach mit Muttern aufgeschraubt. Diese Muttern sollten recht fest angezogen werden, denn sonst kann es passieren, dass Elwood ein Rad verliert.

Jetzt das Fahrgestell von oben. Gut zu sehen sind die Füße der Getriebegehäuse. In der Mitte ist der Regler so angeordnet, dass nach hinten die Stromversorgung und das USB-Kabel angeschlossen werden. Nach vorne werden die beiten Mototen verbunden. Das gelbe Kabel schließt einen Kontakt, der für einen Ein-/Ausschalter gedacht ist.

Die vier Distanzstangen sind hier ebenfalls zu sehen. Sie bestehen aus einfachen Gewindestangen und die Auflageflächen werden mit selbstsichernden Muttern definiert. Auf den Muttern liegen noch O-Ringe um eine nachgiebige Unterlage zu erhalten, sodass man die Platine später zwar fest anziehen kann, der Druck auf das Material aber ncht zu groß wird. Außerdem dämpft das etwaige Erschütterungen in Längsrichtung ab.

Nachdem das Fahrgestell steht, kümmern wir uns um den Rechner.

Hier sieht man Mittig das Mainboard mit seiner aktiv gekühlten CPU. Hinten mit gelbem Stecker liegt das 12V-Netzteil mit seiner Anschlussbuchse. Um hier auf anfallende Lötarbeiten zu verzichten haben wir beschlossen, diese Buchse zu zu belassen und sie nicht direkt mit der Stromversorgung zu verbinden. Links im Vordergrund liegt die W-Lan-Karte und rechts der 2GB RAM-Riegel und der USB-Stick, welcher das Betriebssystem enthält. Als Hauptspeicher einen solchen Stick zu verwenden bietet sich aus Kosten, und Gewichtsgründen an.

“Kleinzeug”, also Verbindungskabel für die Stromversorung des Reglers (ebenfalls 12V) und des Mainboards. Außerdem die externe W-Lan-Antenne und die Webcam.

Nochmal Kleinzeug: Der Ein-/Ausschalter für den Rechner (aus einem alten Gehäuse ausgebaut) und ein Aluwinkel mit drei Parallel geschalteten Buchsen. Dies ermöglicht uns mit einem Netzteil sowohl Mainboard als auch Regler mit Strom zu versorgen. In das unbelegte Loch kommt später noch die Buchse des Mainboards.

Das fertig zusammengesetzte Mainboard mit dem Aluwinkel. In die ganz linke Buchse kommt das Netzteil. Die Zweite wird mit dem Eingang für das Mainboard verbunden und in die Dritte kommt das Kabel, welches zum Regler führt. Zur Montage auf dem Fahrgestell muss der Verteiler noch einmal vom Mainboard getrennt werden.

Als erstes kommt nun die Verkabelung der Motoren mit dem Regler, hier schön zu sehen. Links hinten auf dem Eck ist der Hauptschalter aufgeschraubt, welcher später noch mit dem Mainboard verbunden werden muss. Der Verteiler ist auch schon aufgeschraubt, alle Buchsen zeigen nach hinten. Die Hauptplatte bietet hier einen Schutz der Stecker vor Berührungen mit Hinternissen (durch unvorsichtiges Fahren beispielsweise).

Noch kurz die Ansicht von unten. Hier sieht man , dass die Kabel sauber um die Motoren laufen. Hier kommt vielleicht später noch ein “Unterfahrschutz” aus durchsichtigem Kunststoff drüber, um auch einen Einsatz im Freien zu ermöglichen, aber das ist noch nicht relevant.

Jetzt, da alles soweit montiert ist, kommt der letzte große Schritt, das Aufschrauben des Mainboards. Das Bild zeigt die vollständige Verkabelung von Ober- und Unterseite. Dabei das Mainboard mit dem Verteiler verbunden und verkabelt. Der Regler ist einerseits mit dem Verteiler verbunden und per USB mit dem Mainboard. Das sind nun die Hauptkomponenten, die Elwood fahrtüchtig machen. Jetzt zum letzten Schritt.

Der finale Zusammenbau. Hier ist das Mainboard nur lose auf die Distanzstücke gesetzt. Die Antenne ist verbunden und auf die Hauptplatte gestellt. Die Webcam steckt in den Kühlrippen für den Chipsatz (Der Kühler für den Prozessor liegt dahinter, bisher hatten wir keine Wärmeprobleme). In die freie Buchse im Verteiler kommt die Stromversorgung. Diese wird derzeit durch ein 12V-Netzteil realisiert. Das heißt, dass Elwood ein langes weißes Kabel hinter sich herzieht.


Dies ist die erste fahrtüchtige Version, Elwood 1.0 sozusagen. Die Steuerung erfolgt per W-Lan und die genannte Client/Server Application. Diese steuert über eine GUI das gesamte System. Wartungsarbeiten können direkt über  Monitor und sonstiger Peripherie getätigt werden. Außerdem steht der Standard Remote-Desktop-Server für Ubuntu zur Verfügung. Ein Remote-Terminal ist über SSH realisiert, mit dem man zur Not den Empfänger abschießen und neu starten kann.
Als nettes Gimmick haben wir noch die Webcam aufgesetzt, welche über einen MJPEG-Streamer die Daten an einen beliebigen Browser sendet. Diese ist noch nicht in die Steuerungssoftware integriert.Elwood ist auch von Orten ohne Sichtverbindung steuerbar, solange diese über Internet verfügen. Dies gilt für Video UND Steuerung. Eine Test lief über das Uninetz in der TU München in Garching, von wo aus Elwood mit einer Distanz von ungefähr 100km gesteuert wurde.So, soweit zur aktuellen Hardware. Als Ausblick können wir hier verkünden. dass wir demnächst die Nabelschnur (also das Stromkabel) trennen und Elwood mit Akkus ausstatten werden. Danach bekommt er vielleicht ein Gehäuse um auch draußen experimentieren zu können. Kettenantrieb könnte auch noch eine Thema werden, aber man wird sehen.
So, nachdem jetzt lange keine Aktivität mehr zu verzeichnen war ein Update:
Nachdem die ersten Fahrversuche erfolgreich waren traten schnell die ersten Probleme auf. Zunächst war das Kabel zu lange, was im Raum jedoch vorerst kein Problem darstellte. Wesentlich gravierender war hier der Umstand, dass wir mit dem Gesamtsystem auf die Infrastruktur zurückgreifen müssen. Das heißt, dass wir auf das vorhandene W-Lan zugreifen um über selbiges Elwood zu steuern. Die Lösung hierfür war ein komplettes Überdenken der Verbindung. Die Idee: Elwood wird selbst zum Access Point. Da die alte W-Lan Karte nicht für diesen Modus verwendbar war musste eine neue her. Elwoods Fahrzeit beträgt etwa 15 Minuten. Der begrenzende Faktor ist hierbei der Stromverbrauch des Atom Boards.Die Motoren verbrauchen in dieser Zeit so gut wie keine Energie.


Diese Karte ist hier an der riesigen Antenne zu erkennen. Die Software ist eine Kombination aus hostapd und dem dhcp3-server. Beide Pakete sind in den Paketquellen von Ubuntu zu finden. Hostapd schaltet hierbei die Wlan-Karte auf den Master Mode und stellt einen Access Point zur verfügung. Der dhcp-server ist so eingerichtet, dass er dem Client eine IP zuweist und dieser dann wiederum auf die Feste IP von Elwood zugreifen kann.

Um dem anderen Problem, der Kabellänge, zu begegnen sind wir dazu übergegangen, Elwood mit LiPo Akkus zu betreiben. Hierbei hat sich bewärt dass man das Mainboard und den Antrieb getrennt mit Strom versorgt um ein Tiefentladen zu vermeiden. Die beiden Akkus hängen an den Kabeln, die auf der linken Seite des Bildes zu erkennen sind. Um ein Umbauen der Grundplatte zu vermeiden sind sie einfach mit einem Gummi an der Unterseite derselben befestigt.

Das Gerät, das so locker um die Standfüße des Mainboards gewickelt ist ist ein GPS Empfänger. Der Ursprüngliche Plan war, dass Elwood ein gegebenes Ziel direkt ansteuert. Das Problem hierbei ist die Genauigkeit des GPS Systems. Diese ist so gering, dass ein kleiner Roboter wie Elwood mit unseren Mitteln nicht genau genug gesteuert werden kann. Dies wäre erst bei Bewegungsfeldern in der Größe eines Fußballfeldes machbar. Vielleicht kommt da ja was…
Das sollte alles sein, Fragen könnt Ihr gerne an Info@robobuam.de stellen.

Michael – RBBM

Robotik in Java.