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Arlo Robot

Robuste Plattform für mobile Roboter

Basis für anspruchsvolle Robotik-Experimente

Mit dem Arlo Robot System steht (Hoch-)Schulen, Instituten und Makerspaces eine solide Basis für den Aufbau eines mobilen Roboters mittlerer Größe zur Verfügung. Das Kit umfasst die Plattform mit 45cm Durchmesser, zwei leistungsstarke Gleichstromantriebe mit luftbereiften Rädern, einen frei programmierbaren Motor-Controller und vier Ultraschallsensoren. Zwei Akkus liefern mit 170Wh einen üppig dimensionierten Energievorrat. Hauptschalter, Spannungsregler und Anschlussklemmen werden auf einer Verteilerplatine montiert. Die kugelgelagerten und sehr wendigen Nachlaufräder verleihen der Plattform die erforderliche Stabilität.

Antriebe und Räder

Für den Antrieb kommen leistungsstarke, ruhig laufende Gleichstrombürstenmotoren mit Schneckengetriebe zum Einsatz. Der erzeugte Drehmoment erreicht repektable 9,5Nm. Die Stromaufnahme ohne Last beträgt ca. 1,5A je Motor und kann lastabhängig auf über 8A steigen.

Die Antriebsräder haben einen Durchmesser von 15cm, sie sind luftbereift und mit einem Kfz-Ventil ausgestattet. Bei 12V beträgt die Drehzahl der Räder max. 100/min, damit kann eine Geschwindigkeit von 75cm/s erreicht werden. Zur präzisen Erfassung der tatsächlichen Bewegung dienen Radencoder, welche 144 Impulse pro Umdrehung an die Steuerelektronik übermitteln.

Chassis

Das Chassis des Roboters wird aus zwei runden Platten mit 45cm Durchmesser gebildet, welche im Abstand von 12,5cm übereinander montiert werden. Das robuste und stoßfeste Kunststoffmaterial (HDPE) hat zudem den Vorteil, dass es leicht zu bearbeiten ist.

Unterhalb der Grundplatte werden Antriebe, Räder und Akkus montiert. Zwischen Grund- und Deckplatte ist ausreichend Platz für Stromverteilung, Motor-Controller, Ultraschall-Sensoren und ggf. für den Steuerrechner. Die Oberseite der Deckplatte steht komplett für zusätzliche Versuchsaufbauten oder bedarfsweise für einen größeren Steuerrechnerzur Verfügung .

Motorcontroller

Die Motorcontroller-Platine beherbergt zwei H-Brücken ICs mit diskreten Power-MOSFETs, die für Motorströme bis 10A ausgelegt sind. Die Platine verfügt über einen 32-Bit Mikrocontroller zur Steuerung der beiden Kanäle. Durch Anschluss der beiden Rad-Encoder kann ein geschlossener Regelkreis realisiert werden, der präzise Bewegungen ermöglicht und Lastschwankungen kompensiert.

Die Fahrbefehle empfängt der Mikrocontroller über eine serielle Schnittstelle (RS232-TTL) mit 19200 Bd. Der Befehlssatz umfasst Kommandos zum Fahren mit einer konstanten Geschwindigkeit (inkl. Rampenfunktion) oder über eine bestimmte Distanz, für Bögen, zum Wenden auf der Stelle, zum Auslesen von Statusinformationen und zur Modifikation von Parametern. Eine zusätzliche Betriebsart ermöglicht die direkte Steuerung der Antriebe mit zwei PWM-Signalen.

Die Firmware des Motor-Controllers kann bei Bedarf durch den Anwender modifiziert und erweitert werden. Sowohl Quellcode als auch Schaltungsunterlagen des Projektes sind als Open-Source frei zugänglich.

Akkus und Stromversorgung

Zwei Blei-Vlies-Akkus tragen ca. 5kg zum Eigengewicht der Plattform bei. Die Akkus in AGM-Technologie liefern hohe Spitzenströme, sind auslaufsicher und verhalten sich gutmütig bei Tiefentladung. Sie sorgen für einen ordentlichen Energievorrat und eine unerschütterliche "Straßenlage".

Das Power Distribution Board ist die zentrale Energieverteilung des Roboters. Anschlussklemmen, Sicherungen und zwei Spannungsregler sind auf einer Platine zusammengefasst und gewährleisten eine übersichtliche und sichere Leitungsführung. In dieser Einheit sind auch die Ladebuchse und der Haupt- und Motorschalter nebst Abdeckplatte integriert.

Ultraschall-Sensoren

Vier PING))) Ultraschallsensoren vermessen den Abstand zu Objekten in der Umgebung und liefern Daten zur Kollisionensvermeidung. Passende Ständer aus Aluminium ermöglichen eine stabile Befestigung der Sensorbaugruppen am Rand der Grundplatte. Der integrierte Mikrocontroller und der geringe Öffnungswinkel der Sensoren ermöglichen die präzise Erfassung von Objekten mit bis zu 3m Abstand.

Steuerrechner und zusätzliche Sensoren

Bezüglich des Steuerrechners, welcher nicht im Lieferumfang enthalten ist, bleibt dem Anwender die freie Wahl. Zu den Möglichkeiten, wie dieser Teil des Roboters realisiert werden kann, zählen z.B.:

8-Bit Mikrocontroller (BASIC Stamp, Arduino)
32-Bit Mikrocontroller (Propeller, mbed)
Mini-Linux-System (Raspberry Pi)
Tablet-Rechner (Android, iOS)
Notebook (Windows, Linux)

Das Tutorial Arlo with an Activity Board Brain zeigt am Beispiel des Activity Board WX, wie die Steuerung des Arlo realisiert werden kann.

Die Arlo Robotik-Plattform bietet jede Menge Platz für einen Steuerrechner, aber auch für Erweiterungen jeglicher Art ist genug Raum. Zahlreiche Arten von Sensoren stehen auf der Wunschliste weit oben, hier einige Ideen: