Roboterbausatz NIBObee Bauanleitung und Funktionshandbuch
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Sicherheitshinweise Für den Zusammenbau und den Betrieb des Roboters beachten Sie bitte folgende Sicherheitshinweise: • • • • • • • Der Roboterbausatz NIBObee ist ausschließlich für lernende, lehrende und experimentelle Zwecke gedacht. Beim Einsatz für andere Aufgaben wird jegliche Haftung ausgeschlossen und der Einsatz besteht auf eigene Gefahr. An den Roboter dürfen keine Maschinen angeschlossen werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Überblick.............................................................................5 1.1 Funktionsumfang und Ausstattung.......................................................6 1.2 Antrieb.................................................................................................7 1.2.1 Odometrie.....................................................................................7 1.2.2 Motorbrücke..................
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 2.5.3 Montage des Sensorträgers........................................................34 2.5.4 Montage der Fühler....................................................................36 2.5.5 Aufstecken der Räder.................................................................38 2.5.6 Aufkleben der Halbsphäre..........................................................39 2.5.7 Einsetzten der ICs.....................................................................
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 1 Einleitung und Überblick Der Roboterbausatz NIBObee ist ein speziell für Schüler entwickelter, in C, C++, Java und Assembler programmierbarer autonomer Roboter. Als ausgeklügeltes Komplettsystem hat der stylische Bot einen ATmega16 als „denkende“ Einheit, verschiedene Sensoren zur Wahrnehmung seiner Umgebung und einen integrierten USB-Programmer, der zusätzlich als Ladegerät für die Akkus dient.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 1.1 12.10.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 1.2 12.10.2009 Antrieb Die Fortbewegung des Roboters erfolgt mit zwei Motoren, die die Räder über ein Getriebe mit einer 25:1 Untersetzung antreiben. Die Motoren werden von einer H-Brücke mit einem 14,7 kHz PWM-Signal angesteuert. Das PWMSignal kann mit Hilfe der Odometriesensoren geregelt werden, wodurch eine konstante Geschwindigkeit ermöglicht wird. 1.2.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 1.3 12.10.2009 Sensorik Die Sensoren ermöglichen dem Roboter die Wahrnehmung seiner Umwelt und somit eine Reaktion auf Umwelteinflüsse. Im Folgenden sind die einzelnen Sensoren beschrieben: 1.3.1 Tastsensoren / Fühler Um Hindernissen erkennen zu können, ist der NIBObee mit zwei Fühlern und 4 Tastern ausgestattet. Durch die Verwendung von zwei Tastern pro Fühler kann zusätzlich zur reinen Kollision auch die Richtung detektiert werden. 1.3.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 1.4 12.10.2009 USB-Schnittstelle Der NIBObee kann über die USB-Schnittstelle mit einem Computer verbunden und programmiert werden. Zusätzlich können die Akkus über die Schnittstelle geladen werden. 1.5 Schnittstellen / Erweiterungsports Der NIBObee verfügt über 5 Erweiterungsports. Jeder dieser Ports hat vier Anschlüsse: Plus, Minus und 2 Signalbits.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 1.6 1.6.1 12.10.2009 Sonstige Hardwarekomponenten Status LEDs Die zwei gelben LEDs (LED0 und LED3) und die zwei roten LEDs (LED1 und LED2) dienen zur Statusanzeige. Sie können von selbst erstellten Programmen angesteuert werden. 1.6.2 Funktions LEDs Die grünen LEDs dienen zur Funktionsanzeige.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 2 Montage des Roboters Der folgende Abschnitt beschreibt den Zusammenbau des Roboters. Lesen Sie das Kapitel bitte erst komplett durch, bevor Sie mit dem Zusammenbau beginnen! 2.1 Erforderliches Werkzeug Für die Montage des NIBObee werden folgende Werkzeuge benötigt: • Lötkolben mit Schwämmchen • Elektroniklötzinn • Entlötlitze • Multimeter (mit Durchgangsprüfer) • Seitenschneider • Kombizange • kleiner Kreuzschraubendreher • kleiner Hammer • Feile 2.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3 12.10.2009 Bestückung der Platinen In diesem Abschnitt wird die Bestückung der Platinen mit den elektronischen Bauteilen beschrieben. Zunächst ein Überblick der Rohplatinen: Hauptplatine (Platine ): http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Alle Platinen müssen zunächst z.B. mittels einer Kombizange aus dem Rahmen heraus gebrochen und voneinander getrennt werden: Tip: Platinenreste zunächst aufheben, um keine Teile zu übersehen! Platinen und : Platinen und : http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Platinen und : Platine : Hilfsplatinen: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 So sollten die Platinen nach der Bestückung aussehen: Hauptplatine (Platine ): http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Die Platinen und werden von der Unterseite bestückt: Auf die Platinen und werden keine Bauteile eingelötet. Platinen und (Oberseiten): Platinen und (Unterseiten): Platine : http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Die Reihenfolge der Bestückung richtet sich nach der Höhe der Bauteile, damit alle Lötstellen gut zugänglich sind. Die folgenden Unterabschnitte sind nach diesem Kriterium sortiert. Hinweis: In diesem Kapitel werden alle Platinen ( - ) bestückt. 2.3.1 Widerstände Die Widerstände werden waagerecht auf den Platinen eingelötet. Eine Polarität gibt es dabei nicht zu beachten.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Folgende Übersichtsgrafik erleichtert das Bestücken der Hauptplatine mit den Widerständen. Alle Widerstände sind leicht grau schattiert, dicker umrandet und beinhalten den zu bestückenden Wert. Folgende Widerstände werden auf den Nebenplatinen bestückt: R32 ist auf Platine , R33 ist auf Platine , R30 ist auf Platine , R31 ist auf Platine zu finden. R34, R36, R37 und R38 sind auf Platine zu bestücken. 3 .
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3.2 12.10.2009 Zener-/Schottky-Dioden Die Zener-Dioden D9 und D10 vom Typ Bauteil Typ BZX83V003.6 und die SchottkyBZX83 D9 V003.6 D10 Dioden D11, D12 und D14 vom Typ BAT85 müssen vor der Bestückung wie die Widerstände zurecht BAT85 D11 gebogen werden. Dabei muss man jedoch auf die Polarität D12 D14 achten! Der weiße Strich auf dem Bestückungsdruck zeigt an, auf welche Seite der Ring der Diode (Kathode) eingelötet wird.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3.5 Scheibenkondensatoren Die vier Scheibenkondensatoren C1, C2, C12 und C13 haben eine Kapazität von 22 pF (Aufdruck: 22), auf eine Polarität muss nicht geachtet werden. 2.3.6 12.10.2009 Wert Bauteil 22 pF C1 C2 C12 C13 Quarz Der Quarz Q10 hat einen Frequenz von Wert Bauteil 15,000 MHz. Das Gehäuse sollte nach 15 MHz Q10 dem Einbau keinen Kontakt zur Platine haben (optimal: 1mm Abstand zur Platine). Eine Polarität muss beim Einbau nicht beachtet werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3.9 12.10.2009 PNP-Bipolar-Transistoren Die fünf PNP-Bipolar-Transistoren T1, T2, T3, T6 und T7 sind vom Typ BC327. Bei der Bestückung ist darauf zu achten, dass die abgeflachte Seite der Transistoren in die gleiche Orientierung zeigt, wie auf der Platine angegeben ist. 2.3.10 Typ Bauteil BC327 T1 T2 T3 T6 T7 Typ Bauteil Phototransistor PT1 PT2 PT3 PT4 PT5 IR-Phototransistoren Die Phototransistoren PT3-PT5 messen die reflektierte IR-Strahlung.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Aufschrift „IR1“ eingelötet. IR2 wird auf der Unterseite der Platine , unter der Aufschrift „IR1“ eingelötet. Das kurze Beinchen muss jeweils in das rechteckige Lötpad. 2.3.12 LEDs Die LEDs LED0 - LED6 haben zwei Beinchen, ein kurzes (Kathode) und ein langes (Anode). Beim Einlöten muss die Polarität beachtet werden: Das kurze Beinchen muss jeweils in das rechteckige Lötpad. 2.3.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3.16 12.10.2009 Schalter Der Schiebeschalter S1 kann in zwei verschiedenen Orientierungen eingesetzt werden, die Funktionalität bleibt die gleiche. Typ Bauteil Schiebeschalter S1 Der eingelötete Schalter sollte in etwa so aussehen: 2.3.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.3.19 USB-Buchse Beim Einbau der USB-Buchse X6 sollte darauf geachtet werden, dass die kleineren Pinne nicht verbogen sind. Das Bauteil ist verpolungssicher. 2.3.20 12.10.2009 Typ Bauteil USBBuchse X6 Batteriehalter Nun werden die beiden Batteriehalter an der Hauptplatine befestigt. Dazu werden sie zunächst jeweils mit einem kleinen Kabelbinder festgebunden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Nun wird der Kabelbinder bündig mit einem Seitenschneider abgeschnitten. Der andere Batteriehalter wird analog befestigt. Anschließend werden beide Batteriehalter (jeweils an 2 Kontakten) an der Platine fest gelötet: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.4 12.10.2009 Optische Überprüfung der Platine Bevor die Platine erstmalig an eine Stromversorgung angeschlossen wird, müssen sämtliche Bauteile auf die richtige Bestückung überprüft werden. Dazu müssen zunächst sämtliche Bauteilwerte überprüft werden. Anschließend müssen der korrekte Einbau und insbesondere die richtige Orientierung, beziehungsweise Polung, überprüft werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5 2.5.1 12.10.2009 Montage Vorbereitende Arbeiten Als vorbereitende Arbeiten müssen die beiden roten Doppelzahnräder auf die kurzen Stahlachsen (3x20 mm) aufgepresst werden. Das geht am einfachsten indem man die Achse in die Seite mit dem kleinen Ritzel steckt, und sie danach vorsichtig mit einem kleinen Hammer durch die Bohrung treibt.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5.2 12.10.2009 Einbau der Motoren / Getriebeeinheit Jetzt werden die beiden Motoren und die Platinen Platine und Platine an der Hauptplatine befestigt. Stecken Sie zunächst die beiden Motoren so in die Platinen, wie in der Abbildung zu sehen ist. Die Anschlusslaschen der Motoren zeigen dabei nach unten. Sollte ein Motor sich nicht bis zum Anschlag in die Bohrung der Platine stecken lassen, kann die Bohrung vorsichtig mit einem 6mm Bohrer aufgeweitet werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Nachdem der Motor richtig sitzt, wird die Platine zunächst an der mittleren Lötstelle an der Hauptplatine fest gelötet (siehe Fotos). Die mechanischen Verlötungen funktionieren durch Kapilarwirkung: man verzinnt die jeweilige Stelle mit relativ wenig Lötzinn, erhitzt die Stelle danach jedoch noch ca. 10 Sekunden mit dem Lötkolben, damit das Lötzinn durch die Kapilarwirkung nach innen gezogen wird und die Platinenteile fest miteinander verbunden werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Nun werden die übrigen mechanischen Verbindungen (rote Pfeile) von der Unterseite her gelötet. Verwenden Sie auch dabei nicht zu viel Lötzinn! Weiterhin werden die Motorkontakte an der Platine fest gelötet (weiße Pfeile). Nun müssen noch die beiden elektrischen Kontakte zwischen der Hauptplatine und Platine hergestellt werden: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Jetzt wird das linke Getriebe montiert: Stecken Sie den weißen Kunststoffdistanzring auf die kurze Achse mit dem roten Zahnrad (auf die dem kleinen Zahnrad gegenüberliegende Seite). Dann wird diese Achse mit dem Distanzring voran in die Bohrung unterhalb des Phototransistors PT1 gesteckt.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Von Außen wird die Platine an vier Stellen fest gelötet: Auch hierbei wird wieder relativ wenig Lötzinn verwendet, und jede Lötstelle wird noch ca. 10 Sekunden zusätzlich erhitzt. Das Ergebnis sollte in etwa so aussehen: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Von der Innenseite müssen zwei Stellen verlötet werden: Damit ist die linke Getriebeeinheit komplett fertig. Die rechte Getriebeeinheit wird nach dem selben Schema gebaut. Tip: Durch leichtes Einfetten des Getriebes lassen sich leise Laufgeräusche erreichen. http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5.3 12.10.2009 Montage des Sensorträgers Platinen und werden nun durch die Hauptplatine gesteckt. Damit das gut klappt, hält man die Platine leicht schräg und steckt den vorderen Teil als erstes fest. Löten Sie die Platinen noch nicht fest!! Platine ist mit LEFT markiert und muss in den Schlitz LEFT, Platine ist für die rechte Seite. Von der Unterseite soll nun Platine aufgesteckt werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Wenn alles gut ausgerichtet ist, werden die Platinen nun mechanisch mit einander verlötet. Von den 6 Lötstellen der Platine werden zunächst nur die mittleren beiden Stellen fest gelötet (rote Pfeile). Dann lötet man die Platinen und an der Hauptplatine fest (weiße Pfeile): Jetzt sollte der mechanische Aufbau fest sitzen. Zum Abschluss werden noch die übrigen Kontakte auf beiden Seiten (insgesamt 12 Stück) hergestellt: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5.4 12.10.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Jetzt werden die beiden langen Kabelbinder jeweils auf 10 cm gekürzt (an der richtigen Seite abschneiden!) und leicht zurecht gebogen. Der mitgelieferte Schrumpfschlauch wird halbiert: Nun wird der Kabelbinder mit dem Schrumpfschlauch auf die Hilfsplatine geschoben und mit dem Lötkolben fest geschrumpft. Der linke Fühler sollte dabei leicht nach links und der rechte Fühler nach rechts gebogen sein.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Das Ergebnis sollte in etwa so aussehen: 2.5.5 Aufstecken der Räder Die beiden Räder werden soweit auf die Antriebsachsen aufgesteckt, dass sie sich noch gut drehen lassen. Um das Getriebe nicht zu beschädigen, drückt man dabei am besten (z.B. mit einem Stift) gegen das andere Achsende: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5.6 12.10.2009 Aufkleben der Halbsphäre Die kleinere Halbsphäre wird mit z.B. mit Klebstoff oder Heißkleber, auf der Unterseite des NIBObee an der Hauptplatine fest geklebt: http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 2.5.7 12.10.2009 Einsetzten der ICs !! Wichtig !! Der Roboter darf auf keinen Fall ohne bestückten IC3 (74HC139) eingeschaltet werden, da sonst die Transistoren der Motorbrücke durchbrennen! Die vier ICs müssen nun vorsichtig mit leichtem Druck in der richtigen Orientierung! (die Einkerbungen auf den ICs sind auf der Platine gekennzeichnet) in den jeweils passenden Sockel gesteckt werden.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 Abschließend wird noch die große Halbsphäre aufgesetzt – jetzt ist der NIBObee startklar! http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 3 Inbetriebnahme Nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten kann der NIBObee nun erstmalig Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden. !! Wichtig !! Der Roboter darf auf keinen Fall ohne bestückten IC3 (74HC139) eingeschaltet werden, da sonst die Transistoren der Motorbrücke durchbrennen! 1. Der NIBObee wird ausgeschaltet 2. Jumper JP7 wird entfernt 3.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 3.3 12.10.2009 Testen der Tastsensoren / Fühler Betätigen Sie den linken Fühler leicht nach vorne (in Fahrtrichtung) – von den LEDs 0 bis 4 darf jetzt nur die LED1 leuchten. Betätigen Sie den linken Fühler leicht nach hinten – von den LEDs 0 bis 4 darf jetzt nur die LED0 leuchten. Betätigen Sie den rechten Fühler leicht nach vorne – von den LEDs 0 bis 4 darf jetzt nur die LED2 leuchten.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 3.5 12.10.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 4 Anhang 4.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 4.2 12.10.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee Bezeichnung R19, R25, R35, R43, R44, R45 R23, R26, R32, R33, R39, R40, R41, R42, R46, R47, R48, R49, R50 R29 R9, R13, R20, R21, R22 S1 SW1, SW2, SW3, SW4 T1, T2, T3, T6, T7 T4, T5, T8, T9 X6 12.10.2009 Typ Widerstand Wert 47k Gehäuse R-EU_0207/10 Widerstand 180 R-EU_0207/10 Widerstand Widerstand 100k 3R3 TRIM_EU-CA6H R-EU_0207/10 Schalter Taster PNP-Transistor NPN-Transistor USB-B Buchse http://nibobee.nicai-systems.
Bauanleitung Roboterbausatz NIBObee 12.10.2009 5 Links zu weiterführenden Internetseiten In diesem Unterkapitel ist eine ausgewählte Linksammlung zu themenähnlichen Internetseiten aufgeführt. Entwicklungsumgebungen: ● ● ● Atmel: http://www.atmel.com Webseite vom Hersteller der Mikrocontroller. Dort gibt es Datenblätter, Applikationsbeispiele und die Entwicklungsumgebung AVRStudio. WinAVR: http://winavr.sourceforge.net/ AVR-GCC Compiler für Windows mit vielen Extras und „Add-on“ für das AVRStudio.
