LERNROBOTER
ROBOT ARM PRO
BAUANLEITUNG: Modell RA1-PRO
© AREXX - DIE NIEDERLANDE V0610
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Inhaltsverzeichnis
1. Produktbeschreibung ROBOT ARM 3
2. Notwendige Werkzeuge 5
3. Teileliste 6
4. Bauanleitung 8
5. Die Roboter Arm wird zum Leben erweckt 13
6. Software Installation 14
7. Programmer und Loader 27
7.1 Robot loader 28
7.2 Anschluss des USB interface Windows 29
7.3 Anschluss des USB interface LINUX 32
7.4 USB Interface Testen 33
7.5 Port öffnen Linux 34
7.6 Selbsttest 35
7.7 Kalibrierung 37
7.8 Tastatur Test 39
8. RACS 40
9. Programmierung des ROBOT ARMs 45
xx. APPENDIX
A. Schaltbild Roboter Arm 54
B. Schaltbild Power Supply 55
C. Schaltbild Connectoren 56
D. Schaltbild Tastatur 57
E. Platinne 58
AREXX und ROBOT ARM sind registrierte Warenzeichen von AREXX Engineering - HOLLAND.
© Deutsche Übersetzung/German translation (March 2006): AREXX Engineering (NL).
Diese Beschreibung ist urheberrechtlich geschützt. Der Inhalt darf auch nicht teilweise kopiert oder übernommen werden ohne schriftlicher Zustimmung des europäischen Importeurs:
AREXX Engineering - Zwolle (NL).
Hersteller und Vertreiber sind nicht haftbar oder verantwortlich für die Folgen unsachgemäßer Behandlung,
Einbaufehler und oder Bedienung dieses Produkts bei Mißachtung der Bauanleitung.
Der Inhalt dieser Gebrauchsanleitung kann ohne vorherige Ankündigung unsererseits geändert werden.
Technische Unterstützung beim Bauen des Roboters:
WWW.AREXX.COM
Fabrikant:
AREXX Engineering
DAGU HI-TECH
Europäischer Importeur:
AREXX Engineering
ZWOLLE Die Niederlande
© AREXX Holland und DAGU China
© Deutsche Übersetzung: AREXX - Die Niederlande
WWW.ROBOTERNETZ.DE
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1. PRODUKTBESCHREIBUNG ROBOT ARM
Dieser große metallene Roboterarm ist ideal geeignet für Schul- und Lehrprojekte um in die Themen Elektronik, Mechanik und Programmierung einzusteigen. Der Roboterarm wird von einem leistungsstarken ATMEGA64 Mikrocontroller gesteuert, der mit Open Source Tools in C programmiert werden kann.
Eigene Programme können einfach über das mitgelieferte USB Interface und
Uploader Software in den Mikrocontroller geladen werden. Die I/O Ein-/Aus-
gänge und das exible I2C Bus System ermöglichen es, den Roboterarm mit
Erweiterungsmodulen auszubauen, damit er auf seine Umgebung reagieren
kann.
Lieferumfang:
- Kompletter Roboterarm-Bausatz (Mechanik und Elektronik)
- USB Interface mit Kabel
- CD-ROM mit aller notwendigen Software und Anleitungen
1.2. Spezikationen:
- ATMEGA64 Prozessor
- Verschiedene freie I/O Ein-/Ausgänge
- I2C Bus
- 6 Maxi-Servos
- Kunststoffarm und Metallgrundgestell
- Armlänge: 390 mm
- Höhe: 460 mm
- Durchmesser Grundgestell: 210 mm
- Stromversorgung: 6-12V
Warnungen
* Mit dem Öffnen der Plastikbeutel mit Komponenten und Teilen erlischt das Rückgaberecht.
* Lesen Sie vor dem Bauen zuerst die Gebrauchsanleitung aufmerksam durch.
* Seien Sie beim Hantieren mit den Werkzeugen vorsichtig.
* Bauen Sie nicht im Beisein kleiner Kinder. Die Kinder können sich an den Werkzeugen
verletzen oder kleine Komponenten und Teile in den Mund stecken.
* Achten Sie auf die Polung der Batterien.
* Sorgen Sie dafür, daß die Batterien und die Batteriehalter trocken bleiben. Falls der ROBOT
ARM naß wird, entfernen Sie die Batterien und trocknen Sie alle Teile, so gut es geht.
* Entfernen Sie die Batterien, wenn der ROBOT ARM mehr als eine Woche nicht benutzt wird..
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1.3. Was können wir mit dem Roboter Arm anfangen?
- Beispiel- und Neuprogramme in den Robot Arm übertragen.
- Den Robot Arm mit ein Keyboard kontrolieren
- Den Robot Arm mit der RACS Software steuern und
Programieren.
- Den Robot Arm mit gebrauchsfertigen Erweiterungsmodulen
ausbauen, so dass er hören, fühlen und sehen kann und somit
auf seine Umgebung reagiert
- Wie echte Roboterarme in der Wirklichkeit z.B. Autos bauen,
kann auch dieser Roboter Arbeiten für SIe erledigen.
- Über die I2C Schnittstelle kann der Robot Arm mit seinem
Umfeld und vielen anderen Geräten kommunizieren.
- Künstliche Intelligenz: mit Hilfe von selbstlernender Software
kann der Robot Arm seine Software ständig selbsttätig
verbesseren.
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2. Notwendige Werkzeuge
Flachzange
Seitenscheider
Schraubendreher-Satz
Schraubendreher
Inklusive
Selbstzapfende Schrauben (Parker)
Schrauben mit einem selbstzapfenden Gewinde
verhalten sich wie Holzschrauben, d.h. in einer
Drehbewegung schneidet sich die Schraube ein
Gewinde und dreht sich dabei fest in das Material.
Dazu hat diese Schraubenart ein größeres Gewinde
und eine schärfere Spitze als die normale Schraube.
Die Schrauben mit einem selbstschneidenden
Gewinde haben an der Spitze auch eine
Aussparung, die den Schneidevorgang
unterstützt. Die optimale Methode zum
Festschrauben einer solchen Schraube ist:
Falls die Schrauben zu oft gelockert und wieder festgeschraubt werden, weitet sich das
Schraubloch immer mehr aus und die Schraube paßt nicht mehr richtig.
1 Eindrehen der Shraube
2 Leichte Lockerung der Schraube
3 Anschließend wieder Festdrehen
2
3
1
Sicherungsmutter
So wird eine selbstsichernde
Mutter richtig befestigt
Sicherungsmutter
Doppelmaulschlüssel:
Dem Bausatz ist ein Doppelmaulschlüssel beigelegt.
Benutzen Sie diesen Schlüssel für die M2 und M3 Mutter.
Sie können diesen Schlüssel anstatt einer Zange benutzen.
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Die Schrauben nicht zu fest drehen,
sonst bricht der Kunststoff.
3. TEILELISTE
Servomotor
O 6 St. Maxi
Metall-Scheibe
mit Achse
O 3 St.
CD
O 1 St.
Servoscheibe
Plastik
O 1 St.
USB Kabel
O 1 St.
Servo-Scheibe
Metall Groß A
O 1 St.
Tastatur
O 1 St.
Servo-Scheibe
Metall Groß B
O 1 St.
Servo-Hebel
Groß
O 3 St.
Abstandsbolzen
M3x6
O 4 St.
Servohalter
O 1 St.
Abstandsbolzen
M3x16
O 2 St.
Montage-Arm
O 1 St.
Abstandsbolzen
M3x40
O 4 St.
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Montage
Winkel
O 1 St.
Spirale
O 1 St.
Finger-Teil A
O 1 St. O 4 St.O 1 St.
FingerspitzeFinger-Teil B
Servobodenplatte Servokupplungs-
stange M3 - M4
O 1 St.
O 2 St.
PlatineRobot Arm Fuß
O 1 St.
Kuppelstange
Servos-Hebel
Klein
O 1 St.
Servokupplungsstange M2 - M3
O 2 St.
Programmierkabel
O 1 St.
Tastaturkabel
O 1 St.
Rundkopf-
schraube M3x20
Programmieradapter
O 1 St.
Verlängerungskabel für Servo
O 1 St.
Selbstzapfende
Schraube M3.2x6
O 5 St.
Rundkopf-
schraube M3x6
O 2 St.
Rundkopf-
schraube M3x8
O 42 St.
O 1 St.
Rundkopf-
schraube M3x12
O 9 St.
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O 9 St.
O 24 St.
Mutter
M3
O 4 St.
Sicherungsmutter M2
O 3 St.
4. Bauanleitung für die Mechanikteile
4.1. Montage Teile in diese Bausatz
Bodenteil
Grijfer
Arm
Rundkopfschraube
M3x8
O 8 St.
Abstandsbolzen
M3x16
Option
Abstandsbolzen als Kabelführung von Servokabels
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O 2 St.
Selbstzapfende
Schraube M3.2x8
O 2 St.
4.2. Montage des Servo-Arm:
Zur Montage des Servo-Arm wird folgendes benötigt;
Arm
Schraube M3.2x8
Option
Abstandsbolzen M3x16
Rundkopfschraube M3x8
1 St. Bodenplatte
1 St. Arm Teil
2 St. Abstandsbolzen M3x16
4 st. Rundkopfschraube M3x8
2 St. Selbstschneidendesraube
M3.2x8
Option
Abstandsbolzen M3x16
Rundkopfschraube M3x8
Bodenteil
ACHTUNG!
Nehmen Sie erst die komplette Verkabelung vor, bevor Sie diese Schritte ausführen. Den Schaltplan für den Kabelanschluß finden Sie auf Seite 20.
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4.3. Montage des Greifer:
Zur Montage des Grijfer wird folgendes benötigt;
Selbsschneidendechraube M3.2x8
1 St. Boden und Armteil
1 St. Greifer
2 St. Selbstschneidendesraube M3.2x8
Bodenteil
Montieren Sie die Servoachse auf dem Servo, beachten Sie dabei bitte die kleine
Detailskizze!
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FERTIG !
Selbstzapffendeschraube
M2.3x8
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Anschlussbelegung der Hauptplatine
Schließen Sie die Servos an mit Hilfe von die Servo Verlängerungskabels und benutzen Sie die
Spirale, um die Kabel sauber zu verlegen.
Servo 6, 5, 4, 3, 2,1
I2C
SPI
Start
Stop
Reset
Extra I / O
ISP
DC Spannungs
Buchse
Tastatur
Batterie anschluß
EIN / AUS
Schalter
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PROGRAMM / UART
5. Die Roboter Arm wird zum Leben erweckt
1. Setzen Sie zuerst die Mechanik- und Elektronikmodule des Roboter
Arms mit Hilfe der Bauanleitung zusammen.
2. Schließen Sie ggf. das 9 Volt Netzgerät an (7- bis maximal 12 Volt).
3. Schalten Sie bitte den Roboter Arm mit dem Hauptschalter ein.
Spannung anschließen
Netzgerät
Es gibt 2 Möglichkeiten zur Stromversorgung. Die einfachste Lösung ist der
Anschluss eines Netzgeräts mit einer Spannung von 7 bis 12 Volt / 2 Ampere
auf den DC Stecker DC 9V Power. Dabei wird die Spannung auf den Eingang
des Spannungsreglers angeschlossen.
Batterien
Die zweite Möglichkeit ist die Verbindung einer Batterie mit dem Batterieanschluss. Dabei wird die Batteriespannung nach dem Ausgang des Span-
nungsreglers angeschlossen und darf deshalb auch niemals größer
werden als 5,5 Volt!! Falls Sie 4 Stücke normale 1,5 Volt Mono Batterien
(D Zellen) verwenden, sollten Sie (in Durchlass-Richtung) eine Diode in
Serie mit der positiven Anschlussleitung schalten. Noch besser geeignet
sind vier Stück der großen 1,2 Volt Mono Akkus D.
Wann die Spannung < 4,4 Volt,
erscheint eine Warnung.
Die maximale Spannung
welche der RobotLoader messen
kan ist 5,1 Volt!
Batterie Stecker
5,5 Volt MAX !
DC Stecker
7 bis 12 Volt
Sobald der Roboter Arm auf einer Stromversorgung angeschlossen wird, bewegen sich die Servos oft wenig und leuchtet die Gelbe LED (LED1) auf.
Nun, das war für den Anfang gar nicht so schwierig und es sieht aus, als ob
man jetzt bereits fertig wäre. Jetzt aber fängt die Arbeit erst richtig an ...... !
Aber ..... zuerst kommt Kapitel 6, in dem wir die Software installieren
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6. Software Installation
Als nächstes kommen wir zur Software Installation. Die korrekt installierte
Software wird für alle nachfolgenden Kapitel unbedingt benötigt.
Es sind Administrator-Rechte erforderlich, also melden Sie sich ggf. vorher als
Administrator in Ihrem System an!
Wir empfehlen Ihnen zuerst das gesamte Kapitel in Ruhe durchzulesen und
erst dann Schritt für Schritt die Installationsanleitung durchzugehen!
Grundlegende Kenntnis der Bedienung von Computern mit Windows oder
Linux Betriebssystemen und den gängigen Programmen wie Dateimanager, Webbrowser, Texteditor, Packer (WinZip, WinRAR, unzip o.ä.) und ggf.
Linux-Shell etc. muss vorrausgesetzt werden! Wenn Sie sich also nur wenig
mit Computern auskennen, sollten Sie sich auf jeden Fall gut damit vertraut
machen bevor Sie den Robot Arm in Betrieb nehmen! Eine Einführung in
die Bedienung von Computern ist nicht Ziel dieser Anleitung und würde den
Rahmen bei weitem sprengen! Hier geht es nur um den Robot Arm, dessen
Programmierung und die speziell dafür benötigte Software.
Die Robot Arm CD-ROM
Sie haben vermutlich die Robot Arm CD-ROM im Laufwerk Ihres Computers
– falls doch nicht, legen Sie diese nun bitte ein! Es sollte unter Windows kurz
darauf per Autostart das CD Menü erscheinen. Andernfalls können Sie über
einen Dateimanager die Datei “start.htm” im Hauptverzeichnis der CD mit
einem Webbrowser wie z.B. Firefox öffnen. Die Installationsdateien für Firefox
nden Sie übrigens auf der CD im Ordner
<CD-ROM-Laufwerk>:\Software\Firefox
sofern Sie noch keinen aktuellen Webbrowser installiert haben sollten. (Es
sollte mindestens Firefox 1.x oder der Internet Explorer 6 sein...)
Nach Auswahl der Sprache nden Sie im CD Menü neben dieser Anleitung
(die es auch zum Download auf unserer Homepage gibt), vielen Informationen, Datenblättern und Fotos auch den Menüpunkt “Software”. Hier sind alle
Software Tools, der USB Treiber und die Beispielprogramme mit Quellcode für
den Robot Arm zu nden.
Abhängig von den Sicherheitseinstellungen Ihres Webbrowsers können Sie
die Installations-programme direkt von der CD starten!
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Wenn Ihr Browser dies aufgrund der Sicherheitseinstellungen nicht erlaubt,
müssen Sie die Dateien zunächst in ein Verzeichnis auf Ihrer Festplatte speichern und dann von dort starten. Genaueres dazu steht auf der Software Seite
des CD Menüs. Alternativ können Sie natürlich auch direkt in einem Dateimanager auf das CD-Laufwerk wechseln und die Software von dort installieren.
Die Verzeichnisnamen sind so gewählt, dass sie eindeutig den entsprechen-
den Softwarepaketen und Betriebssystemen zugeordnet werden können.
WinAVR - für Windows
Als erstes werden wir WinAVR installieren. WinAVR ist aber - wie der Name
schon andeutet- nur für Windows verfügbar !
Linux Anwender müssen beim nächsten Abschnitt weiterlesen.
WinAVR (das wird wie das englische Wort “whenever” ausgesprochen) ist eine
Sammlung von vielen nützlichen und notwendigen Programmen für die Software Entwicklung für AVR Mikrocontroller in der Sprache C. WinAVR enthält
neben dem GCC für AVR (das nennt sich dann insgesamt “AVR-GCC”, mehr
Infos dazu folgen später) auch den komfortablen Quelltexteditor “Programmers Notepad 2”, den wir auch für die Programmentwicklung für den Robot
Arm ein setzen werden!
WinAVR ist ein privat organisiertes Projekt, hinter dem keine Firma o.ä. steht
- es ist kostenlos im Internet verfügbar. Neuere Versionen und weitere Infor-
mationen nden Sie hier:
http://winavr.sourceforge.net/
Inzwischen wird das Projekt aber auch ofziell von ATMEL unterstützt, und
der AVRGCC lässt sich in AVRStudio, die Entwicklungsumgebung für AVRs
von ATMEL, einbinden. Das werden wir in diesem Handbuch aber nicht beschreiben, für unsere Zwecke ist Programmers Notepad besser geeignet.
Die WinAVR Installationsdatei nden Sie auf der CD im Ordner:
<CD-ROM-Laufwerk>:\Software\AVR-GCC\Windows\WinAVR\
Die Installation von WinAVR ist sehr einfach und selbsterklärend - normalerweise brauchen keinerlei Einstellungen geändert werden – also einfach immer
auf “Weiter” klicken!
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Wenn Sie Windows Vista oder Windows 7 benutzen, müssen Sie auf jeden
Fall die neueste Version von WinAVR verwenden! Auch mit Windows 2k und
XP sollte es problemlos klappen. Falls nicht, können Sie eine der beiden
älteren Versionen ausprobieren, die ebenfalls auf der CD zu nden sind (vor
Neuinstallation immer bereits installierte WinAVR Versionen wieder deinstal-
lieren!). Ofziell wird Win x64 noch nicht unterstützt, aber auf der CD ndet
sich ein Patch für Win x64 Systeme falls es Probleme geben sollte. Mehr Infos
dazu nden Sie auf der Software Seite des CD Menüs!
AVR-GCC, avr-libc und avr-binutils - für Linux
(Windows Anwender können diesen Abschnitt überspringen!)
Unter Linux kann es schon ein wenig aufwändiger werden. Bei einigen Distributionen sind die benötigten Pakete zwar schon vorhanden, aber meist nur
veraltete Versionen. Deshalb müssen Sie neuere Versionen kompilieren und
einrichten. Wir können hier nicht im Detail auf jede der zahlreichen Linux Distributionen wie SuSE, Ubuntu, RedHat/Fedora, Debian, Gentoo, Slackware,
Mandriva etc. pp. in zig verschiedenen Versionen mit ihren jeweiligen Eigenheiten eingehen und beschreiben das daher nur allgemein.
Das gilt auch für alle anderen Linux Abschnitte in diesem Kapitel!
Das hier beschriebene Vorgehen muss also bei Ihnen nicht unbedingt zum
Erfolg führen. Oft kann es hilfreich sein, wenn Sie im Internet z.B. nach “<Li-
nuxDistribution> avr gcc” o.ä. suchen (Verschiedene Schreibweisen ausprobieren). Auch das gilt für alle anderen Linux Abschnitte - natürlich mit ange-
passten Suchbegriffen! Falls Sie Probleme bei der Installation des AVR-GCC
haben, können Sie auch mal in unserem oder im Roboternetz Forum nach-
schauen bzw. in einem der zahlreichen Linux Foren. Zunächst müssen Sie
evtl. schon installierte Versionen des avr-gcc, der avr-binutils und der avr-libc
deinstallieren – wie schon gesagt sind diese meist veraltet. Das können
Sie mit dem jeweiligen Paketmanager ihrer Distribution tun indem Sie nach
„avr“ Inbetriebnahme suchen und die drei oben genannten Pakete deinstallieren – sofern diese überhaupt vorhanden sind. Ob der avr-gcc schon installiert
ist oder nicht und wenn ja wo, können Sie über eine Konsole z.B. leicht mit
> which avr-gcc
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herausnden. Sollte hier ein Pfad angezeigt werden, ist schon eine Version
installiert. Geben Sie in diesem Fall einfach mal:
> avr-gcc --version
ein und schauen Sie sich die Ausgabe an. Sollte eine Versionsnummer kleiner
als 3.4.6 angezeigt werden, müssen Sie diese alte Version auf jeden Fall
deinstallieren.
Wenn die Versionsnummer zwischen 3.4.6 und 4.1.0 liegt, können Sie erstmal
versuchen ob Sie Programme kompilieren können (s. nachfolgende Kapitel)
und erst wenn das fehlschlägt,die neuen Tools installieren. Wir installieren
im Folgenden die derzeit aktuelle Version 4.1.1 (Stand von März 2007) mit
einigen wichtigen Patches.
Werden die oben genannten Pakete nicht im Paketmanager angezeigt, obwohl denitiv schon ein avr-gcc vorhanden ist, müssen Sie die entsprechenden Binärdateien manuell löschen – also die /bin, /usr/bin usw. Verzeichnisse
nach allen Dateien, die mit „avr-“ anfangen absuchen, und diese dann löschen
(natürlich NUR diese Dateien und sonst nichts anderes!). Eventuell vorhandene Verzeichnisse wie /usr/avr oder /usr/local/ avr müssen ebenfalls gelöscht
werden.
Achtung: Sie müssen unbedingt sicherstellen, dass die normalen Linux Entwicklungstools wie GCC, make, binutils, libc, etc. installiert sind, bevor Sie mit
dem Übersetzen und der Installation beginnen können! Das tun Sie am besten
über den Paketmanager Ihrer Distribution. Jede Linux Distribution sollte die
benötigten Pakete schon auf der Installations CD mitliefern bzw. aktuelle
Pakete über das Internet bereitstellen.
Stellen Sie sicher, dass das Programm „texinfo“ installiert ist. Installieren Sie
bitte ggf. das entsprechende Paket, bevor Sie weitermachen – sonst klappt es
nicht!
Ist das erledigt, kann mit der eigentlichen Installation begonnen werden.
Es gibt nun zwei Möglichkeiten, entweder man macht alles von Hand, oder
man nutzt ein sehr einfach anzuwendendes Installationsskript.
Wir empfehlen es zunächst mit dem Skript zu versuchen. Wenn das nicht
klappt, kann man immer noch den Compiler von Hand einrichten!
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Achtung:
Sie sollten für die Installation noch genug freien Speicherplatz auf der Festplatte zur Verfügung haben! Temporär werden mehr als 400MB benötigt. Über
300MB davon können nach der Installation wieder gelöscht werden, aber während der Übersetzung braucht man den Platz.
Viele der nachfolgenden Installationsschritte erfordern ROOT RECHTE, also
loggen Sie sich ggf. mit „su“ als root ein oder führen Sie die kritischen Befehle
mit „sudo“ o.ä. aus, wie man es z.B. bei Ubuntu machen muss (das Installationsskript, mkdir in /usr/local Verzeichnissen und make install brauchen root
Rechte).
Achten Sie im Folgenden bitte auf EXAKTE Schreibweise aller Befehle!
Jedes Zeichen ist wichtig und auch wenn einige Befehle evtl. etwas seltsam
aussehen – das ist alles richtig so und kein Tippfehler!
( <CD-ROM-Laufwerk> muss man natürlich trotzdem mit dem Pfad des CDROM-Laufwerks ersetzen!)
Alle für uns relevanten Installationsdateien für den avr-gcc, avr-libc und binutils
nden Sie auf der CD im Ordner:
<CD-ROM-Laufwerk>:\Software\avr-gcc\Linux
Zunächst müssen Sie alle Installationsdateien in ein Verzeichnis auf Ihrer Festplatte kopieren – das gilt für beide Installationsvarianten! Hier nutzen wir
das Home Verzeichnis (übliche Abkürzung für das aktuelle Home Verzeichnis
ist die Tilde: „~“):
> mkdir ~/Robot Arm
> cd <CD-ROM-Laufwerk>/Software/avr-gcc/Linux
> cp * ~/Robot Arm
Die Dateien können Sie nach der erfolgreichen Installation natürlich wieder
löschen um Platz zu sparen!
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