Einleitung
Aufgabenstellung
Als Praxisaufgabe für das Wahlpflichtmodul Robotik an der HTWK Leipzig ist ein Hexapod zu entwickeln. Für jedes Beinpaar dieses sechsbeinigen Roboters ist ein eigener Controller zu verwenden. Die Controller sollen über eine geeignete Kommunikationsstruktur Daten austauschen können. Außerdem ist die Direkte Kinematik und die Inverse Kinematik für den Roboter zu lösen. Unter Nutzung der zuvor erarbeiteten Erkenntnisse ist abschließend ein Laufalgorithmus zu implementieren.
Vorbetrachtung
Bioloid Premium Robot Kit
Ausgangspunkt für das Praxisprojekt des Moduls Robotik ist das Premium Robot Kit von Bioloid. Dieses beinhaltet 18 AX-12 Servomotoren der Marke Dynamixel, ein Controllermodul, ein Zigbee-Fernsteuermodul und noch einige andere Peripherie. Gedacht ist dieses Robot Kit für humanoide Roboter, die mittels der mitgelieferten Software programmiert werden können. Diese ermöglicht es einfache Bewegungen mittels statischer Abläufe zu modellieren. Da im Rahmen des Projektes ein Hexapod entwickelt werden soll, der sich mittels der Lösung des inversen kinematischen Problems bewegen soll, werden im wesentlichen nur die Dynamixel AX-12-Servomotoren genutzt. Das bedeutet, dass sämtliche Mechanik und Elektronik neu entwickelt werden muss.
Atmel ATxmega
Der verwendete Controller muss genügend Rechenleistung besitzen, um die aufwendige inverse Kinematik und einen Laufalgorithmus berechnen zu können. Des Weiteren benötigt er mindestens eine USART-Schnittstelle um mit den Servomotoren kommunizieren zu können. Zusätzlich wird eine weitere Datenschnittstelle benötigt um eine Kommunikationsstruktur aufbauen zu können. Atmel bietet mit der AVR XMEGA Serie günstige und leistungsstarke 8/16-bit Controller an. Mit vier SPI-, vier TWI-, acht USART-Schnittstellen und einer Taktfrequenz von 32 MHz sind die zuvor genannten Anforderungen erfüllt. Außerdem stellt Atmel eine umfangreiche Dokumentation, Beispielcode und Software zur Verfügung. Um den Hardwareaufwand gering zu halten, wird ein schlankes Mikrocontroller-Modul aus dem Online-Shop von Mikrocontroller-Praxis genutzt.
Projekt auf BerliOS
BerliOS ist ein Webportal der Fraunhofer-Gesellschaft zur Verwaltung quelloffener Softwareprojekte. Das Portal stellt unentgeldlich viele nützliche Funktionen für Entwickler bereit:
- Versionsverwaltung: CVS, SVN, GIT, Mercurial
- FTP & Webspace
- Wiki
- u.v.m.
Für diese Praxisaufgabe wurde auf BerliOS das Projekt „CM-Bot” erstellt, welches unter http://developer.berlios.de/projects/cm-bot/ erreichbar ist. Der Projektname leitet sich aus den Anfangsbuchstaben der beiden Entwickler Christof Pieloth und Matthias Rick her. Auf BerliOS ist der gesamte Quellcode in der Versionsverwaltung SVN verfügbar. Des Weiteren ist ein Wiki eingerichtet, in dem Spezifikationen der verwendeten Hardware, Handbücher, Dokumentationen, sowie die zur Entwicklung benötigten Programme aufgelistet sind.
