Was verbindet Copter und Arduinos?

Was verbindet Copter und Arduinos?

Warum verbinden wir Copter und Arduinos in unserem Online-Magazin? Ganz einfach, unsere ersten Flight-Controller für Copter wurden mit Arduinos realisiert. Angefangen hat es bei uns damals mit Sensoren der Nintendo Wii Spielekonsole. Durch die hohe Verbreitung dieser Konsole, bzw. deren Controller, wurden elektronische Gyros (Gyroskop, Lage-Sensor) und Accelerometer (Beschleunigungs-Sensor) erst für die breite Masse erschwinglich. Man musste damals also aus einem Nintendo Wii Motion Plus (WMP) das Gyroskop ausbauen und aus dem Nintendo Wii Nunchuk das Accelerometer. Die Arbeit verrichtete damals (wie auch heute häufig noch) ein einfacher Arduino. Vorher war es im Modellbau mit einer einfachen Fernsteuerung nicht möglich einen Copter zu steuern. Da es sich bei Coptern um so genannte Multirotor-Copter handelt, also Fluggeräte mit mehreren Antrieben, bekam die Firmware den Namen MultiWii. Auch heute noch setzen wir MultiWii sehr gerne ein, da man bei dieser Firmware die Zusammenhänge und Hintergründe sehr gut lernen kann.

Wir haben damals also mit Arduinos und zusätzlichen externen Sensoren begonnen, um einen Flight-Controller zu erhalten. Seitdem hat sich natürlich sehr viel verändert. Es sind viele Flight-Controller Systeme hinzugekommen. Auch wenn sich die Hardware stark weiterentwickelt hat, sind viele Flight-Controller noch „Arduino kompatibel“ bzw. „Arduino basiert“. Sie können also mit der Arduino IDE (natürlich auch alternativen Entwicklungs-Umgebungen) programmiert und quasi wie ein „normaler“ Arduino behandelt werden. Bei diesen Flight-Controllern ist der größte Unterschied zu normalen Arduinos, dass sie direkt Sensoren verbaut haben und passende Anschlüsse nach Modellbau-Standard bieten. Bei ihnen ist also das direkte Anschließen von Servo-Steckern für Empfänger, ESCs und so weiter möglich. Deswegen gehören Arduinos und Copter für uns einfach zusammen!

Was kann man mit Arduinos machen?

Arduinos bieten eine einfache Möglichkeit Programmierung zu erlernen und Ideen in die Realität umzusetzen. Ganz nach dem Vorbild der Flight-Controller kann man mit Arduinos auf die Umwelt reagieren und diese verändern. Es macht einen riesen Spaß mit ihnen zu tüfteln, zu basteln und eigene Dinge zu entwickeln. Vom einfachen Ansteuern einer LED, über einen fliegenden Copter (natürlich auch Flächenflieger, Helikopter,…), hin zu einer kompletten Hausautomatisierung kann mit Arduinos quasi alles realisiert werden. Dabei ist der Einstieg in die Welt der Arduinos verhältnismäßig günstig und die Programmierung recht einfach. Wir haben diese kleinen Freunde sehr ins Herz geschlossen und wollen diese Freude mit Dir teilen. Deswegen stellen wir nach und nach immer größere und auch kompliziertere Projekte vor, die man mit einem Arduino realisieren kann.

Der nächste logische Schritt

Wenn man sich mit Coptern und Arduinos befasst, kommt oftmals die Frage nach dem nächsten logischen Schritt. Das geht dann so etwa in diese Richtung:

„Mein Copter fliegt! Und was mache ich jetzt?!?“

Das man seinen Copter per Fernsteuerung steuern kann und beherrscht, reicht dem enthusiastischen Bastler schnell nicht mehr aus. Der Copter soll „autonom“ werden. Er soll selbständig fliegen, seine Umwelt wahrnehmen, auf Einflüsse reagieren und …einfach noch mehr können. Dieser Wunsch ist nur zu verständlich, birgt aber einige Risiken. Ein fliegender Copter ist ein ständiges Sicherheits-Risiko! Ein „autonom“ fliegender Copter umso mehr! Wenn man sich der Risiken nicht bewusst ist, sollte man gar nicht erst anfangen, sich Gedanken über solch ein System zu machen. Wenn man denkt, dass das doch gar nicht so kompliziert sein kann, hat man sicherlich noch nicht mit einem solchen System gearbeitet und wird sehr wahrscheinlich scheitern. Auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen sind aktuell noch nicht 100%ig geklärt, bzw. werden in den nächsten Jahren wohl noch sehr stark angepasst. Was können wir jetzt aber machen? Wie geht es weiter?

Ganz einfach, wir arbeiten im Bereich:

Flurgebundene Roboter

Flurgebundene Roboter sind bei weitem nicht so gefährlich wie fliegende autonome Roboter. Ein sehr großer Vorteil von ihnen ist, dass man sie wunderbar zu Hause nutzen kann. Auch die Einstiegskosten liegen niedriger als bei Coptern. Sie verzeihen einem zudem einige Anfänger- bzw. Programmierfehler. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, solche flurgebundenen Roboter zu programmieren und zu steuern. Das aktuell umfangreichste System ist ROS (Robot Operating System).

ROS

ROS (www.ros.org) ist ein Open Source Software Framework, welches für verschiedene Roboter-Plattformen entwickelt wurde. Es steht bereits eine Vielzahl von Plattformen zur Verfügung, die in ROS integriert sind (http://wiki.ros.org/Robots). Auch Sensoren sind in Hülle und Fülle bereits nutzbar (http://wiki.ros.org/Sensors). Einfach ausgedrückt kann man mit ROS alles steuern, was laufen, fahren, schwimmen oder fliegen kann. Das Problem ist der verhältnismäßig schwere Einstieg in das Thema. Man benötigt Linux- Kenntnisse und sollte Programmiersprachen wie C++ und/oder Python beherrschen. Hinzu kommt, dass eine Referenzplattform wie der TurtleBot (http://wiki.ros.org/Robots/TurtleBot) schnell den vierstelligen Euro-Bereich überschreiten kann. So kommen wir wieder zu den Arduinos.

Arduino

Viele Sensoren und Aktoren kann man auch mit Arduinos ansteuern. Die Programmierung ist einfacher, die Kosten sind geringer und das Erfolgserlebnis stellt sich meist schneller ein. Für die ersten Schritte im Bereich der Robotik sind Arduinos also unserer Meinung nach besser geeignet.

Ein schönes Beispiel dafür ist der NIBO burger von nicai systems.

 

Für einen Preis von unter 100€ bietet dieser Bausatz bereits eine sehr hohe Ausstattung:

 

  • 2 Mikrocontroller:
    • ATmega16A mit 16 kB Flash, 1 kB SRAM, 15 MHz
    • ATtiny44A mit 4 kB Flash, 256 Byte SRAM, 15MHz
  • Sensoren: 4 IR-Sensor-Bricks, 3 Farb-Sensor-Bricks
  • Aktoren: 2 Motoren mit wahlweise 125:1 oder 25:1 Übersetzung
  • Odometrie: 2 IR-Sensoren zur Drehzahlmessung der Räder
  • Coding-LEDs: 4 frei programmierbare LEDs
  • 3 Status LEDs: Power, Programming und Charging
  • Beispiel-Code: Linienfolge, Fluchtverhalten, Verfolgen, Farberkennung
  • Shield Interface: D0+D1 (UART), D2-D4, D10-D13 (SPI), A0, GND, VCC, RESET, SDA+SCL (I²C)
  • Maße (B×L×H): 126 × 108 × 58 mm, 295 g (inkl. Akkus)
  • Stromversorgung: 4 Micro-Akkus AAA

>> Link zum NIBO BURGER bei Reichelt.de*

Nach einem überschaubaren Arbeitsaufwand steht einem ein ansprechendes System zur Verfügung. Es lassen sich mit dem NIBO burger viele Techniken erlernen, die man später auch auf größere Systeme skalieren kann. Dieses System ist also mehr als eine Überlegung wert, wenn man in die Robotik einsteigen möchte. Und was kann man so einem NIBO burger alles beibringen? Grundlegende Techniken der autonomen Robotik. Bereits als fertige Beispiele sind vorhanden:

  • Linienverfolgung (Wegfindung)
  • Verfolgung von Objekten
  • Erkennung von Hindernissen
  • Fluchtverhalten
  • Farberkennung

Dafür stehen dann verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung:

  • Ansteuerung und Auslesen verschiedener Sensoren (Infrarot, Farberkennung, Odometrie, Taster)
  • Ansteuerung von Motoren und LEDs
  • Zugriff über eine UART Schnittstelle, z.B. für eine Funkverbindung zur Kommunikation über Bluetooth oder ein zusätzliches Display
  • Messung von analogen Spannungen
  • Anschluss von zusätzlicher Peripherie über den I²C-Bus (z.B. Sensoren)
  • usw…

Fazit

Copter und Arduinos durchliefen von Anfang an eine gemeinsame Entwicklung. Für uns gehören sie einfach zusammen. Will man tiefer in die Materie Elektro- und Schaltungstechnik sowie Programmierung von beispielsweise autonomen Robotern einsteigen, dann wird man durch Copter und Arduinos einfach sehr viel lernen.

 

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