Nach ca. 2 Jahren Arbeit habe ich es geschafft, ein Roboter-Auto zu bauen, dass autonom durch den Garten fahren kann. Dabei verarbeitet es die Informationen verschiedener Sensoren und  kombiniert diese. Das erste Modell für drausen war der Roboter mit dem Namen Discoverer der mit einem Metalldetektor ausgestattet war. Die Herausforderungen die ich nach wie vor hatte waren der Antrieb, die Stromversorgung, die Integration der Sensoren und die Entwicklung der Software für die Steuerung des Roboter-Autos. Das Gehirn des Roboters bildet ein Raspberr Pi 3 Model B Computer. Er ist ideal für die Steuerung eines Roboters.

Das folgende Bild zeigt das Roboter-Auto welches ich aus einer alten Diskettenbox gebaut habe und aktuell als kompakter Versuchsträger von mir eingesetzt wird. Einen Bausatz dieser Größer für einen Roboter habe ich noch nicht gesehen.

Raspberry Pi self-driving robot-car 4

Raspberry Pi self-driving Roboter-Auto 4

Auf dieser Nahaufnahme ist sehr schön die Diskettenbox zu erkennen. Als Recheneinheit und Gehirn des Roboter-Autos kommt in diesem Modell wieder ein Raspberry Pi 3 Modell B zum Einsatz. Oberhalb von dem Schloss der Diskettenbox im Inneren sitzt die Raspberry Pi Kamera für das Live-Video Streaming heraus aus dem Roboter.

Raspberry Pi self-driving robot-car 1

Raspberry Pi self-driving Roboter-Auto 1

Raspberry Pi Roboter-Auto Komponentenliste

Wenn ich jetzt das Interesse wecken konnte am Bau eines Roboters zusammen mit einem Raspberry Pi der findet auf meinem Blog eine Komponentenliste. Diese Komponentenliste listet die elektronischen Komponenten oder fertigen Raspberry Pi Bausätze auf die ich selber mit gutem Gewissen weiterempfehlen kann. Die meisten aufgezählten Komponenten kommen in meinen Modellen zum Einsatz und wurden so durch mich auf Funktion und Kompatibilität mit dem Raspberry Pi hin geprüft.

Hier der Link auf die Komponentenliste: Komponentenliste

ZeroBorg motor controller - robot-car components

ZeroBorg motor controller - robot-car components

Buch - Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi: Planen, bauen, programmieren

Ich habe auch ein Buch veröffentlicht, in dem ich den Bau von Roboter Autos mit dem Raspberry Pi Computer Schritt für Schritt beschreibe. Ich erkläre das notwendige Basiswissen beginnend bei der Roboter Elektronik, über das Design des Chassis bis hin zum Navigieren nach GPS. Python ist die für diese Bauanleitung gewählte Programmiersprache. So wird im Buch erklärt wie Ultraschallsensoren ausgelesen werden können oder ein Motortreiber angesteuert wird. Auch kommen der Raspberry Pi und das Betriebssystem Raspbin nicht zu kurz. Mit all diesem Wissen aus dem Buch ist es möglich selber Roboter auf Basis des Raspberry Pi zu bauen.

Roboter-Autos mit dem Raspberry Pi: Planen, bauen, programmieren
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Raspberry Pi und Robotik faszinieren Sie? Dann bringt Sie dieses Buch sicher richtig in Fahrt! Ob Einsteiger oder fortgeschrittener RasPi-Bastler: Schritt für Schritt lernen Sie, wie Sie mit dem Raspberry Pi ein ferngesteuertes Roboter-Auto entwickeln. Oder soll das Auto gleich selber fahren können? Perfekt, denn im zweiten Teil des Buches bauen Sie genau das: ein autonomes Roboter-Auto . Und quasi im Vorbeifahren lernen Sie alle Grundlagen , die Sie für beide Projekte benötigen. Hardware, Elektronik, Bau Ihres bevorzugten Auto-Chassis und natürlich die Programmierung der nötigen Software in Scratch und Python . Die Formel Eins gewinnen Sie mit dem Roboter-Auto vielleicht nicht - viele spannende Erkenntnisse und Lernspaß aber sicher!
Aus dem Inhalt:

Die elektronischen Komponenten kennenlernen: Raspberry Pi, Kamera- und W-LAN-Modul, Motoren, Step-Down-Converter, Ultraschall-Sensor, GPS-Empfänger u. v. m.
Die benötigten Werkzeuge kennenlernen: Lötkolben, Dritte Hand und Co.
Grundlagen zum Elektromotor
So fügt sich alles zusammen: Chassis basteln, Fahrgestell montieren, Elektronik verbauen
Grundlagen der Elektrizitätslehre
Verkabelung der elektronischen Komponenten
Den Raspberry Pi in Betrieb nehmen
Wichtige Linux-Grundlagen
Einführung in die Programmierung mit Scratch und Python
Das google-Auto hat eine und Ihres auch: Die Kamera nutzen
Auto-Steuerung: via W-LAN fernsteuern oder vollständig autonom
Liste der benötigten Elektronik-Komponenten...

Getriebe-Motoren

Die verbauten Getriebe-Motoren sind etwas zu schwach für das grobe Profil der Reifen des Roboters. Da das Roboter-Auto sich dreht wie ein Raupenfahrzeug, benötigt es sehr viel Kraft im hohen Gras um auf der Stelle drehen zu können. Diese Kraft haben die verbauten Getriebe-Motoren nicht und so musste ich die Räder mit Klebeband umwickeln damit diese leichter im Gras rutschen und so das Drehen des Roboters überhaupt möglich wurde.

Raspberry Pi self-driving robot-car 15

Raspberry Pi self-driving Roboter-Auto 15

Auf dieser Seitenaufnahme sind der GPS-Empfänger zu erkennen sowie die externe W-LAN Antenne die eine Verstärkung des W-LAN Signals von ca. 12 dB ermöglicht. Das ist auch wichtig, da das W-LAN Signal sehr schnell schwach wird sobald der Roboter vom Router weg fährt.

Raspberry Pi self-driving robot-car 2

Raspberry Pi Roboter-Auto

Sensoren im Roboter-Auto

Ich habe verschiedene Sensoren im Roboter-Auto verbaut die das autonome Fahren ermöglich. Oberhalb des Roboter-Autos auf dem weißen PVC Rohr sitzt das Raspberry Pi Sense-HAT. Verbaut in dem Sense-HAT sind die folgenden Sensoren:

  • Beschleunigung Sensor
  • Gyroskop
  • Kompass / Magnetometer
  • Luftdruck Sensor
  • Temperatur Sensor
  • Luftfeuchte Sensor

Das Sense-HAT verfügt neben den Sensoren noch über eine 8×8 RGB LED Matrix und einem kleinen Joystick.

Als Abgedeckt für das Sense-HAT habe ich einen leeren Joghurtbecher verwendet. So ist es gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt.

Raspberry Pi self-driving robot-car 3

Raspberry Pi self-driving Roboter-Auto 3

Zu den Sensoren des Raspberry Pi Sense-HAT kommt noch der GPS Empfänger hinzu. Hier habe ich ein paar GPS-Empfänger ausprobiert und bei diesem Versuchsaufbau einen „Adopt SkyTraQ “ mit Venus8 Chipsatz als GPS-Empfänger verwendet.

Auf die SRF08 Ultraschall Sensoren habe ich in diesem Modell noch verzichtet da ich keine Werkstatt habe und die Diskettenbox nur schwer bearbeiten kann. Aber spannend wäre es schon für den Betrieb im Freien das Roboter-Auto zusätzlich mit Ultraschall Sensoren auszustatten.

Aufnahme von Innen

Auf dem Elektronikträger, den ich wieder aus Pappe aufgebaut, habe sitzt der Raspberry Pi, der Motortreiber und der Step-Down-Converter. Zum Teil habe ich die Komponenten etwas befestigt damit diese auf der Pappe fest sitzen. Sehr gut eigenen sich hierfür Gummis oder Nägel die ich durch die Bohrungen der kleinen Platinen in die Pappe gesteckt habe.

Raspberry Pi self-driving robot-car 14

Raspberry Pi self-driving Roboter-Auto 14

Stromversorgung

Unter dem Elektronikträger liegen die beiden RC-Akkus die ich in Reihe geschalten habe. Diese versorgen das Roboter-Auto zuverlässig mit 14,3 Volt und mit mit 5.000 mAh Strom. Die Akkus liegen genau zwischen den Getriebe-Motoren und sorgen so für eine gute Gewichtverteilung. Die beiden Akkus reichen aus um mit dem Roboter-Auto ca. 30 bis 45 Minuten fahren zu können. Die Räder stammen aus einem RC-Modellbaugeschäft und sind mit entsprechenden Adaptern direkt auf der Motorachse befestigt.

Raspberry Pi self-driving robot-car 16

Raspberry Pi Roboter-Auto 16

Video – autonom fahrendes Roboter-Auto

Ein Video von dem Diskettenbox Roboter-Auto wie dieser durch den Garten fährt habe ich auch auf YouTube hochgeladen. Schön zu sehen ist im Video auch der Live-Video Stream auf meinen Laptop von dem aus ich das Roboter-Auto bequem kontrollieren konnte.

Zusammenfassung

Ich bin sehr zufrieden mit den verbauten elektronischen Komponenten. Der Raspberry Pi eignet sich hervorragend für kleine Roboter-Projekte wie diesem autonom Fahrenden Roboter-Auto. Das verfügbare Zubehör wie das Sense-HAT wird durch das Betriebssystem Raspbian perfekt unterstützt und ermöglicht eine einfache Programmierung des Roboters. Der GPS-Empfänger zusammen mit den GPS-Tools machte unter Raspbian / Linux keine Probleme und ermöglichte erst das Fahren nach GPS-Koordinaten. Mit kleineren Lötarbeiten konnte ich das Sense-HAT oberhalb des Roboters anbringen und habe dazu ein Flachbandkabel mit entsprechenden Steckern versehen.

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