Technik des Wood-Walker

Software

Der Wood-Walker wird vollständig von der Arduino IDE unterstützt. Man kann ihn wie einen Arduino DUE programmieren. Der Wood-Walker ermöglicht es einem dabei sogar auf Funktionen des ATMEL Mikrocontroller zuzugreifen, die vom Arduino Due nicht unterstützt werden.
Zur Vereinfachung der Programmierung und zur guten Lesbarkeit des Programmcodes stelle ich verschiedene Wood-Walker Bibliotheken auf Git-Hub zur Verfügung. Erklärungen und Beispiele zur Ausnutzung aller Fähigkeiten des Wood-Walker findet man in meinem  Wiki.

Hardware

Die gesamte Hardware des Wood-Walker wurde von mir entwickelt, um schnell und unkompliziert einen Roboter aufbauen und programmieren zu können. Sie besteht aus der Frankenstein DUE Platine, also dem Mainboard, dem Holzkörper und der Laufmechanik. Alle diese Teile werde in meiner Do It Yourself Manufaktur in Deutschland gefertigt und von mir als Bausatz oder Fertigmodell zusammengestellt.

Körper

Der Körper des Wood-Walkers ist in Käfergestalt geformt. Seine Einzelteile werden aus 4 mm Sperrholz per Laser präzise zugeschnitten. Die Zapfenverbindungen der Einzelteile ergeben mit ein paar Tropfen Holzleim oder "Uhu" eine sehr stabile Konstruktion, die auch mal einen harten Stoß im Spielbetrieb verträgt.

Bemale die Holzteile Deines Wood-Walkers wie Du magst. Schleife sie glatt und öle sie nur. Oder bau sie einfach so zusammen, wie sie ausgeliefert werden.

Laufmechanik

Die Laufmechanik besteht aus sechs Beinen, die über zwei Getriebemotore mit Kurbelwelle und Gestänge angetrieben werden. Gegenüber einer Mechanik mit 6 Motoren ergibt diese Anordnung eine attraktive Bewegung bei deutlich geringerem Hard- und Softwareaufwand. Der Wood-Walker ist dadurch sehr kompakt gebaut und energiesparend im Betrieb. Über zwei Motorencoder kann die "Schrittzahl" überwacht werden, um den zurückgelegten Weg oder den Geradeauslauf von Woody zu regeln.

Steuere Woody per Weboberfläche von Deinem Android/Apfel Handy oder vom PC. Zähle die Schritte und lass Woody so durch Deine Wohnung laufen. Lass Woody tanzen. Lass Dein Haustier mit Woody spielen.

Augen

Die Augen des Wood-Walkers werden von zwei monochromen OLED Displays mit einer sichtbaren Bildschirmdiagonale von 2,4 cm = 0,96 Zoll gebildet. Die 128 x 64 Pixel sind sehr einfach über die Adafruit Grafikbibliothek mit geometrischen Formen und Text zu bedienen. Diese Bibliothek habe ich so angepasst, dass man mit nur einem Befehl auf der SD-Karte befindliche Bilder zum linken oder rechten Auge spielen kann.

Bilde Augen durch einen Kreise und einen Punkt per Grafikbibliothek. Kreiere lustige Augengrafiken am PC und spiele sie per SD-Karte auf den Wood-Walker. Nutze die integrierten Scroll-Funktionen zum Bewegen der Augen. Gibt auf den Augen Statusmeldungen per Text aus. Erzeuge mehrstufiges Benutzermenüs zur Steuerung von Funktionen.

Frankenstein DUE

Die Frankenstein DUE Platine integriert alle wesentliche Bestandteile einer Robotersteuerung in einer Einheit. Der Anwender muss sich dadurch nicht um Anschlusspläne und Kompatibilität der Einzelkomponenten kümmern - das habe ich schon getan. Die Platine ist speziell für den Wood-Walker ausgelegt, damit alle Steckverbinder und Sensoren genau da platziert sind, wo sie benötigt werden.

Benutze den Frankenstein DUE für Deinen eigenen Roboter mit Rädern. Hauch Deinem alten Stofftier mit dem Frankenstein DUE und ein paar Servos "Leben" ein.

Mikrocontroller

Das Herz des Wood-Walkers ist der Atmel ATSAM3X8E Cortex-M3 Chip, der auch auf dem Arduino DUE verbaut wird. Dieser Chip hat für die Arduino Welt einen vergleichsweise riesigen Programmspeicher von 512 kb Flash und weiteren 96 kb SRAM für die Variablenverarbeitung - Arduino UNO zum Vergleich: 32 kb Flash/2 kb SRAM.

Dies ermöglicht sowohl dem Anfänger als auch dem Experten uneingeschränkte Programmierfreuden ohne "out of memory" Meldungen. Die Frankenstein DUE Platine nutze dabei den Atmel Chip noch besser aus, als der Arduino DUE. So stehen dem Anwender beispielsweise mehr I/O Leitung und eine batteriegepufferte Echtzeituhr on board zur Verfügung.

Energieversorgung

Die meisten Arduino Roboter arbeiten heute immer noch mit dem veralteten 5 Volt System und benötigen dafür große Batterien. Oft werden dann die Motore noch aus einem zweiten Batteriesatz gespeist. Der Wood-Walker hingegen ist als modernes 3,2 Volt System ausgelegt. Dadurch kann er mit einer handelsüblichen 3,7 Volt Li-Ion Zelle mehrere Stunden lang betrieben werden. Als Programmierer müssen Sie sich allerdings um solche Details nicht kümmern, es ist ja schon alles fertig verdrahtet.

Eine intelligente Ladeschaltung sorgt während des Programmierens am USB-Anschluss immer für ausreichenden Energienachschub. Ein Step-Down Regler wandelt die Batteriespannung energieeffizient in die benötigten 3,2 Volt Betriebsspannung um. Ladespannung, Batteriespannung und der Systemstrom können per Software erfasst und ausgewertet werden. Alle Komponenten auf dem Wood-Walker sind so beschaltet, dass sie nur im Bedarfsfall Strom verbrauchen. Schickt man auch den Prozessor gelegentlich in den Schlaf, genügt eine Batterieladung für mehrere Tage.

Lass Woody sich bemerkbar machen, wenn er geladen werden möchte - auch über das Internet! Schalte alle unnötigen Verbraucher ab, falls der Strom knapp wird. Schalte das System ganz ab, bevor keine Energie mehr zur Verfügung steht.

LEDs

Auf dem Frankenstein DUE befinden sich 7 LEDs für Statusmeldungen und zur freien Programmierung. Mit den 3 RGB LEDs (WS2812b) zaubert Woody coole Lichteffekte auf den Boden. Wer möchte, kann weitere LEDs und auch RGB LEDs über den Expansionsport auf dem "Rücken" von Woody installieren.

Programmiere ein einfaches Nachtlicht oder eine "Ambiente-Beleuchtung" die auf Geräusche, die Zimmertemperatur oder Erschütterungen reagiert. Steuere die RGB LEDs per W-Lan.

Lautsprecher

Im Innern von Woody habe ich eine 4 cm großen Lautsprecher versteckt, der an einem 2 Watt Verstärker betrieben wird. Der Digital-Audiokonverter des Prozessors kann damit intern errechnete Melodien ausgeben oder normale WAV Dateien von einer SD Karte wiedergeben. Über die MUTE Funktion werden Einschaltknacken und Rauschen zwischen Tönen und Musikstücken unterdrückt. Sprachausgaben können so störungsfrei aus Textbausteinen zusammengesetzt werden. Natürlich gibt es dazu auch eine Audio Bibliothek!

Bau einen Musikwecker. Spiele eine Alarmmeldung ab, wenn Woody angefasst wird. Lass Woody wohlig schnurren, wenn er hin und her geschaukelt wird. Bau eine Uhr mit Sprachausgabe,

Mikrofon

Woody kann Dich hören! Auf dem Frankenstein DUE sind ein Mikrofon und ein Mikrofonverstärker integriert und an einen Analogeingang des Atmel Mikrocontroller angeschlossen.

Steuere Woody per Klatschschalter. Lass Woody auf verschiedene Pfeiftöne reagieren. Baue eine Lärmampel und lass Woody "Schreien", wenn es zu laut wird. Lass Woody aufschreiben, wann und wie laut Du in der Nacht geschnarcht hast.

 

Lieber Wood-Walker Freund
ich habe aktuell so viel um die "Ohren", dass ich so schnell gar nicht alles aufschreiben kann, daher hier weitere Details in Kurzform

Bewegungserkennung

Temperatursensor

Zwei mechanische Front-Fühler

Mechanischer Schüttelschalter

Zwei Infrarotfühler vorne

Lichtsensoren zur Bewegungserkennung - 1x vorne, 1x hinten

Motortreiber

SD-Karten Halter

ESP 3212 Wifi-Modul

Optional:

Luftfeuchte/Luftdruck/Temperatur Sensor

Beschleunigungssensor / Gyroskop MPU-6050

Bluetooth modul