Watterott Roboter StarterKit V2 – Modifikationen

Das von Watterott vertriebene Roboter StarterKit V2 ist eine tolle Plattform für Roboter Einsteiger. Es gibt sogar ein Buch darüber: „Roboter bauen mit Arduino“ von Markus Knapp. Genug Werbung gemacht. Ich habe mir diesen Roboter mit selbst gelaserten Teilen zusammengebaut. Dabei sind mit einige Dinge negativ aufgefallen, die sich mit einfachen Mitteln ausmerzen lassen.

Das Roboter-Kit wurde ursprünglich von Aleks aka 5Volt-Junkie für das ‚BotMakers‘ Forum entwickelt. Es ist eine Weiterentwicklung seines ‚Wir machen Roboter‘ Starter Kit. Die wesentlichen Änderungen betreffen das Chassis, das nun aus gelaserten Teilen besteht, während die erste Version im wesentlichen von doppelseitigen Klebeband zusammengehalten wurde. Leider sind beide Foren BotMakers.de und WirmachenRoboter.com seit einiger Zeit offline. Ich hatte mir das Chassis selbst gelasert. Da die Chassis Layout-Pläne öffentlich sind und ich sowieso einen Lasercut Kurs beim Fab Lab Berlin gebucht hatte, war dies mein Demoprojekt für den Kurs. Die restlichen Teile für den Roboter hatte ich bereits vorrätig. Der Roboter ist sehr kompakt aufgebaut, bietet aber trotzdem Platz für Erweiterungen.

Hier nun die Liste von Änderungen die ich an dem Roboter vorgenommen habe. Zur Nachahmung empfohlen, allerdings ohne Gewähr.

Motoren entstören

Die Motoren des Starter Kits sind Gleichstrom Getriebemotoren (Solarbotics GM9). Die Bürsten der Gleichstrommotoren erzeugen ordentlich Störungen auf den elektrischen Verbindungen und können auch andere Elektronik, insbesondere Sensoren beeinflussen. Grundsätzlich sollten Motoren entstört werden, egal ob Störungen auftreten oder nicht. Dazu wird je Motor ein Keramik-Kondensatoren (KerKo) mit ca. 100nF benötigt. Dieser Kondensator wird einfach parallel über die Motoranschlüsse gelötet.

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Benötigte Bauteile:

• 2 x 100nF Keramik-Kondensatoren

stärkere Motoren

Etwas mehr Motorleistung gefällig? Hier kommt der Tuning Tip für mehr Power. Die in den Getriebmotoren verbauten Gleichstrom Motoren sind vom Typ 130, eine gängige Größe für Motoren, die auch in vielen Spielzeug Modellen steckt. Statt der braven, stromsparenden Variante, wie sie im GM9 Getriebemotor verwendet werden, gibt es auch noch eine leistungsfähigere Power Variante. Damit läuft der kleine Roboter gleich mal ordentlich schneller. Natürlich auf Kosten einer größeren Stromaufnahme, sprich die Akkus/Batterien sind schneller leer.

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Für den Umbau werden die alten Motoren vom Getriebe entfernt. Die Motoren werden nur von einer Plastiklasche gehalten. Entfernt man diese vorsichtig, kann man die Motoren herausziehen. Das Motor-Ritzel lässt sich leicht mit einer Zange vom Motor abziehen und auf den neuen stärkeren Motor aufstecken. Den Motor wieder zurück in das Getriebe stecken und mit der Plastiklasche fixieren. Voila.

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Benötigte Bauteile:

• 2 x Watterott Brushed DC Motor 130-size 800mA stall
• 2 x alternativ Exp-Tech Brushed DC Motor 130-size 800mA stall

IR Sensor Spannungsversorgung glätten

Der Infrarot Sensor (Sharp GP2Y0A21YK0F) ist eine preiswerte Möglichkeit um Entfernungen zu Objekten zu messen, die sich vor dem Roboter befinden. Leider ist das Ausgangssignal dieser Sensoren nicht sehr stabil und gibt daher keine genauen Werte zurück. Das Problem ist die Stromversorgung des Sensors. Das hatte ich ja schon mal vor einiger Zeit geblogged. Auch hier helfen Kondensatoren,die Störungen zu eliminieren. Dazu sind allerdings 2 Kondensatoren notwendig. Ein kleiner Keramik Kondensator von 100nF wie bei den Motoren für die kleinen Peaks und ein großer dicker Elektrolyt Kondensator von 100µF für die groben Schwankungen des Ausgangssignals. Am besten sind dafür SMD Bauteile geeignet. Durch die geringe Bauteilgröße passen diese Kondensatoren direkt an die Stromversorgungspins des Sensors. Die Kondensatoren müssen so nahe wie möglich am Sensor angebracht werden.

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Benötigte Bauteile:

• 1 x 100nF SMD 0805 Vielschichtkondensator
• 1 x 100µF SMD 1206 Vielschichtkondensator

Servo Spannungsversorgung puffern

Der Servo für den Front-Sensor ist eine weitere Störquelle. Beim Anfahren zieht er besonders viel Strom, was zu kurzen Spannungseinbrüchen führen kann. Da die 4 AA Zellen eh schon zu knapp bemessen sind für einen sicheren Betrieb, kann dies zu einem Reset des Arduino Boards führen. Abhilfe ist auch hier durch einen Elektrolyt Kondensator (Elko) von 470..1000µF möglich, der in die Versorgungsleitung zum Servo gehängt wird. Dieser versorgt den Servo mit dem nötigen Strom, ohne das es größere Spannungseinbrüche gibt.

Der Elko wird auf die Rückseite des Motor Shields auf die Anschlüsse von Out ~6 gelötet. Dabei muss die Polung des Elkos berücksichtigt werden.

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Benötigte Bauteile:

• 1 x Elko radial, 105°C, low ESR, 1000µF, 10V

Akkus anstatt Batterien

Nicht nur der Umwelt zuliebe. Akkus sind auf längere Sicht günstiger als Batterien. Leider sind 4 Akkus nicht in der Lage den Roboter mit der nötigen Spannung zu versorgen, aufgrund der niedrigeren Zellenspannung. Akkus haben 1,2V Nennspannung je Zelle, Batterien 1,5V. Das ergibt bei 4 Zellen 4,8V für Akkus und 6V bei Batterien. Der Eingangsspannungsbereich für das Arduino Board liegt bei 6-20V, empfohlen sind 7-12V. Das wird schon mit Batterien etwas knapp.

Spar Variante 1

Für die Lösung dieses Problem wird die Arduino Elektronik direkt mit der Batteriespannung über VCC versorgt,nicht über Vin. Dazu ist es notwendig, die Eingangsspannung (Vin) des Arduino Boards und die Motorspannung (Vmot) des Motor Shields zu trennen. Im Normalfall sind diese beiden Spannungen durch eine Brücke auf dem Motor Shield miteinander verbunden. Diese Brücke muss weg. Das geht mit einem scharfen Messer, einer kleinen Feile oder einem Dremel mit Mini-Fräser oder Frässcheibe.

Achtung!

• Diese Umbauten sind nur bei Verwendung von Akkus möglich, nicht mit Batterien. Da sonst die Eingangsspannnung zu hoch ist.
• Bei Verpolung der Anschlüsse droht Totalverlust der Elektronik
• Die automatische Spannungsumschaltung zwischen USB und externer Stromversorgung wird dadurch ausgehebelt. Beim Anschluss über USB muss die Verbindung zwischen Vin und VCC unbedingt gelöst werden

Auf dem folgenden Bild ist die Unterseite des Motor Shields zu sehen. Die Brücke befindet sich unten in der Platinenmitte und ist mit Vin connect beschriftet. Die Leiterbahn zwischen den beiden Löt Pads muss entfernt werden.

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Zugegeben, diese Methode ist nicht ganz ungefährlich. Hier wird das Arduino Baord unter Umgehung des Onboard Spannungswandlers direkt mit Vin vom Motor Shield verbunden und von der Batteriespannung gespeist. Ein einzelner Draht reicht aus, der auf einer Seite mit einer Buchsenleiste auf einen der freien I2C Steckplätze des Motor Shields gesteckt und auf der anderen Seite in die Vin Schraubklemme gesteckt wird.

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Benötigte Bauteile:

• 1-polige Buchsenleiste
• 10cm isolierter Draht rot

Deluxe Variante 2 mit Step Up Wandler

Bei dieser Variante wird die Batteriespannung mit Hilfe eines Step-Up Wandlers auf einen Wert im empfohlenen Eingangsbereich hochgeregelt und stabilisiert. Umbauten am Motor-Shield sind nicht notwendig. Ein geeigneter Step-Up Wandler ist z.B. der LM2577. Diesen gibt als fertiges Modul auf eBay, DealExtreme oder Amazon. Der Wandler generiert aus einer Eingangsspannung im Bereich von 3..30V eine regelbare Ausgangsspannung von 4..30V. Bei einem Aufwärtswandler wird niedrige Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung gewandelt. Achtung, die Module können sehr leicht verwechselt werden mit Step-Down Wandlern mit LM2596 IC. Das sind Abwärtswandler, die aus einer größeren Eingangsspannung eine kleinere Ausgangsspannung machen.

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Der Step-Up Wandler wird zwischen Batteriefach und der Stromversorgung für das Motor Shield mit eingebaut. Bei der Gelegenheit sollte man auch gleich einen Kippschalter zum Ein-/Ausschalten des Roboters mit einbauen. Der Step-Up Wandler wird vor dem Anschließen an das Moto-Shield, mit Hilfe des Potentiometer auf eine Ausgangsspannung von 7.5V eingestellt. Zum einen liegt dieser Wert im empfohlenen Spannungsbereich von 7..12V für das Arduino Board und Motor Shield. Zum anderen fallen am Motor Treiber ca. 1.5V ab, während die Motoren selbst für 6V ausgelegt sind. Dadurch liegt der ideale Wert bei 7.5V. Das Step-Up Wandler Modul passt noch sehr gut auf die Unterseite des Roboters hinter das Batteriefach. Einfach mit Heißkleber festkleben.

[pe2-image src=“http://lh3.googleusercontent.com/-lwNecsEBCyg/VLgbQuc0yiI/AAAAAAAANlk/6LmODvKqo5A/s144-c-o/IMG_4697.JPG“ href=“https://picasaweb.google.com/100614490999857774768/RoboterStarterKitV2#6104659269061495330″ caption=““ type=“image“ alt=“IMG_4697.JPG“ ]

Benötigte Bauteile:

• SainSmart LM2577 Power StepUp Converter
• optionaler Kippschalter
• 10cm isolierter Draht 2 x rot, 1 x schwarz