Raspberry Pi Kinder Roboter – Teil 1 Kopf | Roboter planen bauen programmieren

Es ist wichtig für die Erscheinung des Roboter, dass der Kopf gut aussieht und auch gut funktioniert. Der Kopf ist daher sehr aufwendig zu bauen und gibt dem Bot sehr viel an Persönlichkeit. Hier ist es wichtig sich Gedanken zu den Funktionen und dem Design zu machen. Mein Design eines Kopfes ist die erste Idee und wird sich vielleicht im Laufe der Bauzeit dieses Projektes noch verändern. Auch ist der Kopf in zwei Achsen beweglich auf dem Körper befestigt. Dazu werde ich ein Pan & Tilt Servo Kit im Inneren des Kopfes verbauen.

Der Kopf des Modells

Inhaltsverzeichnis

Servo Motor

Mit den Servo Motoren des Pan & Tilt Kits kann sich der Kopf des Bots neigen und drehen. Das verleiht dem Modell ein viel Natürlicheres Verhalten und wirkt nicht so starr. Das Grundprinzip wie die Servo Motoren angesteuert werden erkläre ich nachfolgend.

Servo Motor Steuerung

Das PWM Signal kann mit dem Raspberry Pi für die Ansteuerung der Servo Motoren erzeugt werden, aber meine Erfahrung hat mir gezeigt, dass das nicht so gut funktioniert. Daher habe ich einen Servo Kontroller verbaut um nicht das PWM Signal des Raspberry Pi verwenden zu müssen. Dieser erzeugt mit seiner Hardwareuhr ein sehr präzises PWM Signal, dass gebraucht wird um die Weite der Drehung bzw. die Position auf die sich der Servo drehen soll exakt zu bestimmen. Der von mir eingesetzte Servo Kontroller wird über den I2C Bus des Raspberry Pi angeschlossen. Dabei gehört der Kontroller zu den günstigen Modellen, kann aber bis zu 16 Servo Motoren ansteuern.

Das folgende Bild zeigt den Servo Kontroller mit dem PCA9685 Chip der unterhalb des Halses angebracht ist sowie Teile der Verkabelung.

Servo Kontroller PCA9685

Wichtig ist, dass der Servo Kontroller über die beiden Klemmen in der Mitte des Boards mit 5V versorgt wird. Diese 5V werden für die Servo Motoren benötigt damit diese sich drehen können.

Wie die Ansteuerung des Servo Kontrollers mit Python funktioniert habe ich im folgenden Blog-Post genauer beschrieben. Bitte lest euch diesen genau durch und probiert selber die Funktion aus.

Hier geht es zu der Anleitung: 16-Kanal PCA9685 Servo Kontroller – Teil 1 Einführung und Aufbau

Pan & Tilt Servo Kit

Im Inneren des Kopfes sitzt das Pan & Tilt Kit. An diesem ist der Kopf des Roboters am oberen Servo befestigt. Der Servo direkt unter der „Schädeldecke“ neigt den Kopf hoch und runter. Dabei wird der untere Servo dazu verwendet, dass sich der Kopf nach links und rechts drehen kann. So habe ich zwei Achsen entlang sich der Kopf bewegen kann.

Das Innere des Kopfes bietet ausreichend Platz für die Elektronik. So habe ich zwei LED Matritzen verbaut die die Augen darstellen. Die Nase bildet ein Ultraschall Sensor im Gesicht des Bots. Die Weitwinkelkamera sitzt in der Stirn des Kopfes. Die Servo Motoren des Pan & Tilt Kits sieht man von vorne nicht. Auf dem folgenden Bild ist die Verkabelung im des Kopfes zu sehen.

Kopf Innenansicht mit Elektronik

Das Pan & Tilt Kit das ich für den Kopf gewählt habe ist etwas zu günstig gewesen. Die micro Servo Motoren sind einfach zu klein / zu schwach. Sie geben immer brumm Geräusche von sich um die Position halten zu können, da das Gewicht des Kopfes zu groß ist und die Servo Motoren sich sonst verdrehen würden. Die beiden Servo Motoren können die Position nur mit ständig laufenden Korrekturen halten. Diese Korrekturen erzeugen das Brummgeräusch. Also hier lieber nicht zu viel sparen und ein etwas besseres Kit kaufen. In der Liste der Komponenten habe ich ein besseres Kit aufgelistet.

Hier geht es zu der Komponentenliste für den Kinder Roboter: Raspberry Pi Kinder Roboter – Komponenten Einkaufsliste

Der zweite Teil beschreibt die weitere Elektornik im Kopf des Kinder Roboters.