RobArt – Hardware

Diese Seite beschreibt die Hardware-Komponenten von RobArt.

Controller-Auswahl: Arduino vs Raspberry Pi

Das Raspberry Pi Betriebssystem ist kein Echtzeitsystem. Ein Programm kann durch beliebige andere Prozesse unterbrochen werden, was zu zufälligen Verzögerungen führt. Python fügt eigene Timing-Probleme hinzu. Es ist daher nicht gut geeignet, um via Software genaue und stabile Impulsfolgen im Mikrosekundenbereich für Schrittmotoren zu erzeugen.

Lösung: Arduino für die Schrittmotor-Ansteuerung (zeitkritisch), Raspberry Pi für alle anderen Aufgaben (Bluetooth, SVG-Parsing, Koordination).

Mechanik

Fahrgestell

RobArt verwendet ein dreirädriges omnidirektionales Design:

  • 3 Räder im 120°-Winkel angeordnet
  • Omnidirektionale Räder für Bewegung in alle Richtungen
  • Raddurchmesser: 58 mm

Stiftheber

5 Stifte mit Servo-Mechanismus für verschiedene Farben.

Elektronik

Komponenten

Komponente Beschreibung Anzahl
Arduino Schrittmotor-Steuerung 1
Raspberry Pi 4 Koordination & Bluetooth 1
NEMA 17 Schrittmotoren (1.8°, 200 steps/rev) 3
Schrittmotor-Treiber A4988 oder DRV8825 3
Bluetooth-Modul HC-05 oder ähnlich 1
Servomotoren Stiftmechanismus 5
Logic Level Converter 3.3V ↔ 5V bidirektional 1

Spannungsversorgung

  • LiPo-Akku: SLS 4S1P, 3700mAh, 54.76Wh, 14.8V
  • Alternativ: Netzteil über Galgen-Stativ
  • Spannungskonverter: LM2596 Step-Down Modul
  • Breadboard-Versorgung: Joy-it SBC-POW-BB

Schaltplan-Übersicht

┌─────────────────────────────────────────────┐
│                LiPo 14.8V                   │
└──────────────────┬──────────────────────────┘
                   │
        ┌──────────┴──────────┐
        ▼                     ▼
┌───────────────┐     ┌───────────────┐
│  Step-Down    │     │  Step-Down    │
│  12V          │     │  5V           │
└───────┬───────┘     └───────┬───────┘
        │                     │
        ▼                     ▼
┌───────────────┐     ┌───────────────┐
│  Schrittmotor │     │  Arduino      │
│  Treiber (3x) │     │  RPi, Servos  │
└───────────────┘     └───────────────┘

Auflösung / Genauigkeit

Berechnung

  • Raddurchmesser: 58 mm
  • Radumfang: π × 58 = 182.21 mm pro Umdrehung
  • NEMA 17: 200 Schritte pro Umdrehung
Modus Schritte/Umdrehung Auflösung
Vollschritt 200 0.911 mm/Schritt
16× Mikroschritt 3200 0.057 mm/Schritt

Kalibrierung

Nach dem Zusammenbau muss RobArt kalibriert werden:

  1. Fahrwerk-Kalibrierung – Geradeauslauf testen
  2. Stift-Kalibrierung – Höhe und Anpressdruck
  3. Radgeschwindigkeits-Kalibrierung – alle 3 Räder synchron