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Ein elektronisches Kit für die Robotermontage

Ermöglicht die Sensor- und Motorsteuerung des Roboters über ein Smartphone

  • C++
  • Python
  • BLE
  • Microchip
  • FreeRTOS
Lösung Hardware und Software für Robotik-Kit
Branche Verbraucherelektronik
Kooperationsmodell

T&M (Time and Materials)

Methode Agile
Team
  • Schematic Designers
  • C-Entwickler
  • PCB Designers
  • Python-Entwickler
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Kunde

Case-Highlights

Softeq hilft dem Kunden bei der Entwicklung eines Lego-ähnlichen programmierbaren Elektronikbausatzes. Mit dem Kit können User Roboter zusammenbauen und über ein Smartphone programmieren.

  • konzipiert für die Montage von Robotern, die über ein Smartphone programmiert und gesteuert werden können
  • unterstützt die Audiowiedergabe
  • verwendet RGB-LEDs
  • wird von skalierbarer Firmware für komplexen Sensor- und Motorbetrieb getrieben 
  • verwendet Open-Source-Hardware und -CAD-Modelle.

Problem

Der Kunde will ein elektronisches Kit erstellen, der es den Usern ermöglicht, Roboter zusammenzubauen und sie über ein Smartphone zu programmieren und zu steuern. Das Produkt richtet sich an Bildungseinrichtungen, die Kindern das Programmieren beibringen. 

Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Kits sind für Schulen recht teuer, um sie in den Bildungsprozess zu integrieren. Die Idee des Kunden ist es, ein neues Produkt zu schaffen, das die gleiche Funktionalität zu einem niedrigeren Preis bietet.

Lösung

Zusammenbau und Betrieb

Die Lösung steuert die Sensoren und Motoren des Roboters über Befehle, die vom Smartphone gesendet werden.

Um den Roboter zusammenzubauen und für die Manipulation vorzubereiten, muss der Benutzer zunächst:

  • den “Brain” des Roboters über BLE mit dem Smartphone verbinden und dann die Sensoren, Motoren und Plastikteile am “Body” des Roboters befestigen.
  • in der mobilen Anwendung angeben, welche Komponente mit welchem Port verbunden ist, und die Logik des Roboters programmieren. Der Roboter bewegt sich entweder durch die Ausführung eines vorprogrammierten Algorithmus oder basierend auf Befehlen, die vom Smartphone gesendet werden.

Der Roboter verfügt über zwei Brain-Arten: der High-Level-Brain ist für die Kommunikation mit dem Smartphone zuständig, der Low-Level-Brain steuert Peripherieteile des Roboters.

Schnittstellen

Unser Team implementieren eine Reihe von Schnittstellen, durch die der User Licht- und Näherungssensoren, einen Beschleunigungsmesser und einen Bump-Schalter anschließen kann. Die Lösung unterstützt DC- und Servomotoren mit anbaubaren Rädern und Manipulatoren. Mit deren Hilfe kann der Roboter sich drehen und sich im Raum bewegen. Die speziell entwickelte Firmware unterstützt den Anschluss komplexer Sensoren und Motoren. Die Firmware ist skalierbar - bei Bedarf können zusätzliche Funktionen programmiert werden.

Indikatoren

Um den Gerätestatus anzuzeigen, implementiert Softeq zwei Arten von LED-Anzeigen. Die 'Status'-LED zeigt den Batteriestatus an. Die 'Ring'-LED dient als User-Interface: Sie ist vom Benutzer konfigurierbar und zeigt die Programmausführung an (z.B. der Roboter ist mit dem Smartphone verbunden).

Stromversorgung, Audiowiedergabe

Um das Design zu vereinfachen, wird die Motor- und die Brain-Stromversorgung getrennt. Die Lösung enthält nun zwei Batterien - eine für den Brain (aufladbar über USB) und eine für die Motoren (austauschbar). Um die Audiowiedergabe zu ermöglichen, schließen die Ingenieure von Softeq den Audioverstärker und den Lautsprecher an das Raspberry Pi Board an.

Kommunikation

Softeq entwickelt ein Protokoll für die Kommunikation zwischen Smartphone und Raspberry Pi Board, damit der User den Roboter über Smartphone programmieren und steuern kann. Anschließend nutzt das Team des Kunden dieses Protokoll zur Entwicklung ihrer mobilen Anwendung.

Budget

Weil das Ziel des Kunden ist, das Produkt bezahlbar zu machen, gibt es enge Budgetvorgaben. Unser Team stellt sicher, dass die Kosten für das Produkt, einschließlich der Schaltpläne mit allen Komponenten auf der Platine, der Gehäuseteile und der Dienstleistungen im Montagewerk, das vorgesehene Budget nicht übersteigen. Nach mehreren Iterationen gelingt es dem Team, die Kosten für die elektronischen Komponenten und Plastikteile zu optimieren, ohne die Funktionalität des Roboters einzuschränken.

Ergebnisse

Kostengünstiges mehrteiliges Robotik-Kit

Die fertige Lösung - Revolution Robotics Challenge Kit - umfasst über 530 Plastikteile, Open-Source-Hardware-Design, Firmware und eine Teilebibliothek, die mittels 3D-Drucker gedruckt werden können. Das Team schließt die Entwicklung budgetgerecht ab.