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nicai systems Nibo2 Bauanleitung

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Roboterbausatz Nibo2
Bauanleitung und
Funktionshandbuch

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Verwandte Anleitungen für nicai systems Nibo2

Inhaltszusammenfassung für nicai systems Nibo2

  • Seite 1 Roboterbausatz Nibo2 Bauanleitung und Funktionshandbuch...

  • Seite 2: Sicherheitshinweise

    24.10.2011 Sicherheitshinweise Für den Zusammenbau und den Betrieb des Roboters beachten Sie bitte folgende Sicherheitshinweise: Der Roboterbausatz Nibo2 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.

  • Seite 3: Inhaltsverzeichnis

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Überblick................5 1.1 Funktionsumfang und Ausstattung............6 1.2 Motoren....................7 1.2.1 Odometrie..................7 1.2.2 Motorbrücke..................8 1.2.3 Motorregler..................8 1.3 Sensorik....................8 1.3.1 Distanzmessung................8 1.3.2 Linien- und Bodensensoren............9 1.4 Kommunikation..................9 1.4.1 IR-Empfänger..................9 1.4.2 IR-Sender..................9 1.4.3 ISP-Schnittstelle................9 1.4.4 Erweiterungsport................10 1.5 Sonstige Hardwarekomponenten............10 1.5.1 Status LEDs..................10...
  • Seite 4 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.12 Wannenstecker................26 2.5.13 IR-Empfangs-IC................26 2.5.14 Elektrolytkondensatoren.............26 2.5.15 Potentiometer................27 2.5.16 Schalter..................27 2.6 Optische Überprüfung der Platine............28 2.7 Montage des Grafik-Displays (optional)..........29 2.8 Montage des Text-Displays (optional)..........31 2.9 Zusammenbau der Module..............32 3 Inbetriebnahme....................37 3.1 Testen der LEDs..................37 3.2 Programmierung des Co-Prozessors..........38 3.3 Test der Sensoren................39...

  • Seite 5: Einleitung Und Überblick

    Die Steuerung des Roboters übernehmen zwei Mikrocontroller: ein Atmel ATmega128 als Haupt-Controller und ein Atmel ATmega88 Controller. Der Roboter kann mit jedem gängigen Atmel Programmieradapter programmiert werden. Insbesondere eignet sich für den Nibo2 der von uns entwickelte Programmieradapter UCOM-IR2. Für die rechenintensiven und zeitkritischen Module Motorregelung und Distanzmessung steht der ATmega88 Mikrocontroller zur Verfügung.

  • Seite 6: Funktionsumfang Und Ausstattung

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Funktionsumfang und Ausstattung Der Roboterbausatz besitzt unter anderem folgende Eigenschaften: Technische Daten: Abmessungen: (L x B x H) 136 x 131 x 78 mm • Gewicht: 544g (mit Akkus und Grafikdisplay) • Energie: 8 AA Mignon-Akkus mit je 1,2 V •...

  • Seite 7: Motoren

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Wandverfolgung • Erkennung von Abgründen • Unterscheidung von verschiedenen Bodenbelägen • Verfolgung von Objekten • Fernsteuerung von TV-Geräten, HiFi-Anlagen • Features: Hauptprozessor mit 128 kByte Flash-Speicher • Programmierbar in C, C++ und Java (GNU gcc und nanoVM) •...

  • Seite 8: Motorbrücke

    Reaktion auf Umwelteinflüsse. Im Folgenden sind die einzelnen Sensoren beschrieben. 1.3.1 Distanzmessung Um die Entfernung von Hindernissen grob abzuschätzen, sendet der Nibo2 moduliertes IR-Licht aus. Durch die Verrechnung der empfangenen Signale wird der Reflexionsfaktor ermittelt. Da der Reflexionsfaktor nicht nur vom Abstand der Hindernisse abhängt sondern auch von deren Farbe im IR-...

  • Seite 9: Linien- Und Bodensensoren

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Umfahren von Hindernissen ausreicht. Unter günstigen Bedingungen können Objekte bis zu einem Abstand von einem Meter detektiert werden. 1.3.2 Linien- und Bodensensoren Zur Messung des Reflexionsfaktors des Bodens unter dem Roboter dienen vier CNY70 Reflexlichtschranken. Dadurch ist sowohl eine Erkennung von Abgründen möglich, wie auch das Folgen einer schwarzen Linie.

  • Seite 10: Erweiterungsport

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Auswahl von Programmiergeräten. Der Programmieradapter UCOM-IR2 stellt eine 6-Pin Atmel Schnittstelle zur Verfügung. 1.4.4 Erweiterungsport Der Erweiterungsport dient zum Anschluss von zukünftigen Erweiterungen. Sonstige Hardwarekomponenten 1.5.1 Status LEDs Die acht zweifarbigen LEDs dienen zur Statusanzeige. Sie können rot und grün leuchten, zusätzlich können auch beide Farben gleichzeitig angezeigt...

  • Seite 11: Montage Des Roboters

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 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! Erforderliches Werkzeug Für die Montage des Nibo werden folgende Werkzeuge benötigt: Lötkolben mit Schwämmchen...

  • Seite 12: Odometriesensorplatinen

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Odometriesensorplatinen Zunächst müssen die Odometriesensorplatinen (OMS-Platinen) bestückt werden (Abbildung zeigt die Bauteilseite): So sollten die OMS-Platinen nach der Bestückung von der Bauteilseite (Oberseite) aussehen:  http://nibo.nicai-systems.de...

  • Seite 13: 10-Polige Pfostenstecker

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 So sollten die OMS-Platinen nach der Bestückung von der Unterseite aussehen: 2.3.1 10-polige Pfostenstecker Die 10-poligen Pfostenstecker werden mit den kürzeren Beinchen an die OSM-Platinen angelötet (siehe Abbildung links). Eine Polarität muss dabei nicht beachtet werden. Beim Lötvorgang sollte darauf geachtet werden, dass der Stecker anschließend genau...

  • Seite 14: Mehrfarbige Leds

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.3.2 Mehrfarbige LEDs Die mehrfarbigen LEDs LED0 und LED1 Bauteil haben drei Beinchen, ein kurzes (grüne LED0 Anode), ein langes (gemeinsame Kathode) (mehr- LED1 farbig) und ein mittleres (rote Anode). Das Beinchen mit der mittleren Länge muss in das rechteckige Lötpad.

  • Seite 15: Widerstände

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.3.5 Widerstände Die beiden Widerstände R88 und R94 werden waagerecht auf der Bauteilseite eingelötet. Die Beinchen werden dazu, wie auf der Abbildung zu sehen ist, an beiden Seiten umgebogen. Der Wert der Widerstände ist in einem Farbcode auf den Widerständen angegeben,...

  • Seite 16: Mechanischer Aufbau Des Antriebs

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Mechanischer Aufbau des Antriebs Als vorbereitende Arbeiten müssen die beiden roten Doppelzahnräder auf die beiden 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 durch Druck (evtl.
  • Seite 17 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Im nächsten Schritt wird an jeder Seite eine Odometriesensorplatine befestigt. Dazu legen Sie das Vierkantprofil so vor sich hin, wie in der obigen Abbildung (Seite 16) gezeigt. Die Oberseite des Vierkantprofils erkennt man daran, dass sich dort die große Bohrung für die Motoren näher am Rand...
  • Seite 18 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Nun werden die Kabel durch die Löcher nach innen geführt und an die Motoren angelötet (siehe Abbildung). Dazu müssen die Kabel passend gekürzt und abisoliert werden. Anschließend wird auf beiden Seiten das Getriebe montiert. Stecken Sie den weißen Kunststoffdistanzring auf die kurze Achse mit dem roten Zahnrad (auf...
  • Seite 19 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Das Getriebe wird mit einer Aluminiumabdeckplatte und zwei Innensechskantschrauben fixiert. Analog verfährt man auf der anderen Seite. Detailansicht der Anordnung der Zahnräder: Abschließend wird mit einer Innensechskantschraube ein 25 mm Bolzen an der Oberseite des Vierkantprofils befestigt:...

  • Seite 20: Bestückung Der Platine

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Bestückung der Platine In diesem Abschnitt wird die Bestückung der Platine mit den elektronischen Bauteilen beschrieben. So sollte die Platinen-Oberseite nach der Bestückung aussehen:  http://nibo.nicai-systems.de...
  • Seite 21 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 So sollte die Platinen-Unterseite nach der Bestückung aussehen:  http://nibo.nicai-systems.de...

  • Seite 22: Widerstand

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 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. 2.5.1 Widerstand Der Widerstand R14 muss nur bestückt werden, falls der Roboter mit einem Display...

  • Seite 23: Reflexlichtschranken

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.3 Reflexlichtschranken Die vier IR-Reflexlichtschranken U1-U4 Bauteil vom Typ CNY70 werden von der CNY70 Unterseite der Platine bestückt (zwei innen und zwei am äußeren Rand der Platine). Die Lichtschranken bestehen aus einer IR-LED (blaues Fenster) und einem IR- Phototransistor (dunkles Fenster in Richtung des Aufdrucks).

  • Seite 24: Ir-Leds

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.5 IR-LEDs Die IR-LEDs PE1-PE5 dienen zur Bauteil Aussendung der IR-Strahlung, sie werden IR-LED auf der Oberseite der Platine eingelötet. Die Beinchen werden ca. 2 mm vom Boden der IR-LED abgewinkelt (ANDERS HERUM ALS BEI DEN SCHWARZEN LEDS!). Am besten legt man dazu ein 2 mm dickes Material (Schraubenzieher o.Ä.) dazwischen.

  • Seite 25: Jumper

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.9 Jumper Die beiden Jumperstecker JP1 und Bauteil JP2 lassen sich am besten mit Jumper bestückten Jumpern auflöten, da sich dann die Pins nicht verbiegen. Dabei sollte man aber auf eine kurze Lötzeit achten, damit der Kunststoff nicht schmilzt.

  • Seite 26: Wannenstecker

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.12 Wannenstecker Die drei Wannenstecker X4, X5 und X6 Bauteil müssen in der richtigen Orientierung Wannen- auf die Platine gelötet werden. Die stecker (6-polig) Aussparungen an den Wannen sind auf dem Bestückungsdruck sichtbar. Wannen- stecker Die 6-polige Wanne X4 dient zur Programmierung des (10-polig) Roboters.

  • Seite 27: Potentiometer

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 2.5.15 Potentiometer Beim Einbau des Potentiometers R15 muss Bauteil auf die richtige Orientierung geachtet Potentio- werden. Der Einbau ist nur in einer Richtung meter möglich. Das Potentiometer dient zum Einstellen des Displaykontrastes. 2.5.16 Schalter Der Kippschalter S4 kann in zwei...

  • Seite 28: Optische Überprüfung Der Platine

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 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.

  • Seite 29: Montage Des Grafik-Displays (Optional)

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Montage des Grafik-Displays (optional) Zunächst wird der 20-polige Stecker auf das Flachbandkabel gepresst. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die farbig markierte Ader mit dem ersten Pin des Steckers zusammenfällt. Die andere Seite des Kabels wird an das Display angelötet. Hierfür sind einige vorbereitende Arbeiten notwendig: Das Kabel wird 12 cm in zwei 10-er Päckchen aufgeteilt.
  • Seite 30 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Die einzelnen Adern werden nun an der Displayplatine in der numerischen Reihenfolge fest gelötet: Stecker Display Funktion Kontrast Reset VD / +5V VLED+ VLED- So sollte das Ergebnis aussehen:  http://nibo.nicai-systems.de...

  • Seite 31: Montage Des Text-Displays (Optional)

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Montage des Text-Displays (optional) Zunächst wird der 20-polige Stecker auf das Flachbandkabel gepresst. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die farbig markierte Ader mit dem ersten Pin des Steckers zusammenfällt. Die einzelnen Adern werden nun an der Displayplatine anhand der Reihenfolge in der Tabelle fest gelötet.

  • Seite 32: Zusammenbau Der Module

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Zusammenbau der Module Zunächst wird der Teflongleiter auf die schwarze Holzscheibe geklebt. Anschließend befestigt man die Scheibe mit der Holzschraube mittig auf der Unterseite der Platine. Nun wird die Antriebssektion an der Platine befestigt. Dazu ist eine Spitzzange/Pinzette und ein wenig Geduld notwendig.
  • Seite 33 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Jetzt wird die zweite Etage montiert: An der Kunststoffplatte werden zunächst die beiden Batteriehalter angeschraubt. ►Ein genauer Plan der Kunststoffplatte ist auf Seite 35 zu finden. Falls der Roboter mit Grafikdisplay ausgestattet werden soll, muss vorab der Stecker des Displaykabels durch die Kabeldurchführung geführt werden:...
  • Seite 34 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Ansicht von der Unterseite: Der zweite Batteriehalter wird von unten an die Kunststoffplatte an den Bohrungen (3) angeschraubt. Für die Ausführung mit Grafikdisplay: Schrauben Sie nun vier 20 mm Bolzen an den Bohrungen (4) mit den Kreuzschlitzschrauben (Linsenkopf, M2x6) fest.
  • Seite 35 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Jetzt wird eventuell noch das jeweilige Display mit den Kreuzschlitz- schrauben (Linsenkopf, M2x6) angebracht. Die Lötkontakte des Displays zeigen später in Fahrtrichtung nach vorne. Übersicht Kunststoffplatte: Oberseite der Kunststoffplatte Fahrt- Textdisplay richtung Unterer Batteriehalter Auf der...
  • Seite 36 Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Die komplette zweite Etage wird jetzt mit drei Innensechskantschrauben durch die Bohrungen (1) auf den Abstandsbolzen der Antriebssektion festgeschraubt. Vorher sollte man jedoch den Roboter ausschalten (Kippschalter nach hinten), alle Stecker in die vorgesehenen Buchsen stecken und die Kabel optimal platzieren.

  • Seite 37: Inbetriebnahme

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 3 Inbetriebnahme Nach Abschluss der vorbereitenden Arbeiten kann der Nibo nun erstmalig Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden. Testen der LEDs Zunächst werden die beiden Jumper JP1 und JP2 abgezogen. Der Roboter wird jetzt eingeschaltet (Kippschalter nach vorne). Nun sollten die Status- LEDs der Reihe nach (beginnend bei der rechten Rückleuchte) für eine...

  • Seite 38: Programmierung Des Co-Prozessors

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Programmierung des Co-Prozessors Nachdem dies soweit funktioniert, kann mit dem nächsten Schritt, der Programmierung des ATmega88 Co-Prozessors (COPRO), begonnen werden: Dazu wird der Nibo zunächst wieder ausgeschaltet, der Jumper JP1 (direkt neben dem Funktionstaster S3) wird gesteckt und der Jumper JP2 (vor der linken OMS-Platine) bleibt abgezogen.

  • Seite 39: Test Der Sensoren

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Test der Sensoren Jetzt kann das Testprogramm durch Drücken des Resettasters S2 gestartet werden. Zunächst wird dabei automatisch die Firmware im COPRO überprüft: Nach erfolgreicher Überprüfung werden auf dem Display folgende Werte angezeigt: NIBO2 Library version...

  • Seite 40: Testen Der Motorregelung

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Testen der Motorregelung Nach dem Testen der Sensoren wird der Roboter wieder ausgeschaltet und beide Jumper gesteckt. Nach dem Wiedereinschalten, sollte sich der Roboter nach 10 Sekunden eine kurze Strecke vorwärts bewegen, kurz warten und danach die Strecke wieder zurück fahren.

  • Seite 41: Adapterkabel Für Ladegeräte

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 Adapterkabel für Ladegeräte Dem Bausatz liegen die notwendigen Bauteile für ein Ladegeräte- Adapterkabel bei: Eine Buchse für 2,1mm Hohlstecker, ein Kabel mit dreipoligem Stecker und ein Stück Schrumpfschlauch (der Rest von den IR- Empfänger PTs). Die rote Ader wird an den Anschluss des mittleren Pins der Buchse gelötet, die schwarze Ader an den äußeren Anschluss.

  • Seite 42: Anhang

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 4 Anhang Widerstandsfarbcode Die Werte von Kohleschichtwiderständen werden mit 4 Farbringen anhand nachfolgender Tabelle codiert: Farbe Ring 1 Ring 2 Ring 3 (Faktor) Ring 4 (Toleranz) silber — — ±10 % 1·10 = 10 mΩ gold —...

  • Seite 43: Tht - Bauteilliste

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 THT - Bauteilliste Bezeichnung Wert Gehäuse C5, C9 Elko 100µF E2-5 Elko 470µF E3,5-8 D1, D2 Diode SB140 RAD2,5 JP1, JP2 Jumper LED0, LED1, LED2, red/green DUOLED5MM LED3, LED4, LED5, LED6, LED7 LED8, LED9 white LED5MM0S...

  • Seite 44: Links Zu Weiterführenden Internetseiten

    Bauanleitung Roboterbausatz Nibo2 24.10.2011 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 ●...

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