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Projekt: Der MiniPod   Projekt: Der MiniPod
03.06.2004 von trackerhebo

Basteln f?r Fortgeschrittene von R?ssel
!!!Das ?ffnen des Tracker- bzw. PowerPods f?hrt zum Garantieverlust !!!

Projekt: Der MiniPod


nachdem der Monsterpod fertig ist, aber f?r die meisten doch etwas unhandlich habe ich mir ?berlegt mit der Selbstbauweise eines MiniPod's fortzufahren. Da ich beruflich unterschiedlich eingespannt bin, wird dieser Workshop sich evtl. etwas hinziehen. Also es lohnt sich in diesem Forum t?glich nachzuschauen
Ich versuche m?glichst viele Foto's vom Projekt zu machen, so das jeder den Entwicklungsstand nachvollziehen kann.

Die Zeit wird hoffentlich von euch genutzt, mir mit zahlreichen Verbesserungsideen oder besseren L?sungsvorschl?gen zu antworten.
Dann mal los.........

Projekt MiniPod Spezifikationen:

1. sollte m?glichst klein werden, klar!

2. sollte v?llig f?r den Ausseneinsatz geeignet sein, also auch Hagel und Sturmsicher!

3. sollte leicht zu reinigen sein, das heisst auch, die optische Verkleidung sollte m?glichst Kratzfest sein!

4. m?glichst sollte nur ein Kabel vom Rechner zum MiniPod f?hren.

5. muss ohne Stromversorgung vor Ort auskommen.

Das sollte erstmal gen?gen! F?r weitere Ideen bin ich sehr aufgeschlossen! Let's do it......

Heute habe ich einen freien Tag und werde mal durch die Gesch?fte ziehen und Material kaufen.

MiniPod's Muskeln

komme gerade vom ersten Einkauf zur?ck. Bin bei Conrad f?ndig geworden:

SERVO S-551 J/R BESTELL-Nr. 223142 - Euro 24,95

Das ist ein Subminiatur Servo mit 11 Ncm Kraft und schafft in 0,17 sec 60 Grad
Abmessungen 22,8 x 11,6 x 24 mm.

Damit ihr eine Vorstellung habt guckt mal das Streichholz im Vergleich dazu an! Rechts das Schwarze ist zum Vergleich das HiTec Servo aus dem MonsterPod.

Wie auf dem Foto sichtbar, habe ich die MiniServos schon mal probeweise an die Elektronik des PowerPod's angeschlossen. Es funzt einwandfrei!!


Bild 01


MiniPod's Auge

F?r die richtige Optik m?chte ich erstmal bei USB bleiben und denke die Logitech Quickcam Pro 4000 macht die besten Bilder.
Wenn ich mir den Muskel und das im Vergleich riesige Auge angucke (siehe Bild) sehe ich noch grosse M?glichkeiten um Platzeinsparungen vorzunehmen!


Bild 02


Schlachtfest Quickcam Pro 4000

Lassen wir mal die Luft aus dem Auge
Wenn man von vorne auf die Optik guckt, ist rechts eine tiefe Bohrung wo eine Schraube tief unten alles zusammenh?lt. Mit einem Kreuzschlitzschrauber ist das Entfernen kein Problem. Nach l?sen der Schraube zerbr?selt die Pro4000 noch in der Hand! Vorsicht: es h?ngen noch Mikrofon und Schalterplatte am Kabel. Diese Kabel k?nnen leicht abgesteckt werden.

So nun isses vollbracht, die LUFT ist raus!


Bild 03


Das ist alles:
Linke Schale, rechte Schale, Schalterplatte mit Mikrofon, Hauptplatine mit Optik, Optikgummiring und die einzigeste Schraube die alles zusammenh?lt!

F?r eine kleine Bauform w?re es am besten den Drehpunkt in der Mitte vom Objektiv zu w?hlen. Mir ist aber der mechanische Aufwand daf?r zu gross! Ich klebe mit UHU Plus das Servo direkt auf dem BildChip. Der 2-Komponetenkleber erreicht eine Endfestigkeit von 300 Kg, das sollte reichen.

Eine richtige mechanische Verbindung w?re zwar im Sinne der Reparaturm?glichkeiten anzustreben aber vielleicht bekomme ich das Servo bei einen Defekt wieder vom Chip ab, ansonsten ist auch die Kamera Sonderm?ll......

Die rot makierten Bereiche habe ich mit dem Kleber benetzt (Chip und Seitenfl?che von der Platinenbuchse)


Bild 04


Der Kleber braucht ca. 2 Stunden zum aush?rten, um ein verdrehen in dieser Abbindezeit zu verhindern, fixiere ich das Servo mit Tesa in dieser Position. Bitte darauf achten, das das Servo auch an der Buchse stramm anliegt.

So sieht es geklebt aus! Ein erster Test: Die Kamera geht noch


Bild 05


MiniPod auf dem Pr?fstand

Die Drehmechanik ist fertig und funzt super! Der PowerPod daneben als Gr?ssenvergleich zeigt es: ca 7 cm H?he MiniPod zu ?ber 15 cm vom PowerPod. Das ist doch nicht schlecht!


Bild 06


MiniPod Mechanik

Die Mechanik besteht aus einen Aluwinkel, that's all! Rechts das Weisse ist ein Streichholz als Gr?ssenvergleich.
Die Servoarme (2mm Bohrungen) wollte ich mit M2 Schrauben verschrauben, aber ich habe nirgends M2 Schrauben und Muttern bekommen. Da hatte ich noch den 2-Komponentenkleber.......

Die kleinen Mengen richtig zu mischen ist nicht einfach, diesmal war auch nach 3 Stunden nix fest. Alles klebte und schleimte am Aluwinkel, igitt

Ich habe dann doch eine M3 Schraube durchgejagt und nun ist alles fest.


Bild 07


MiniPod

Auf diesen Foto noch mal n?her ran: die gesamte Kamera h?ngt an diesen Servoarm ?h... ?rmchen!
Und Bernd: die Servos ziehen sogar das steife USB Kabel durch!!! Kaum zu glauben. Es schnurrt kurz und blitzschnell ist die Kamera durch den kompletten Drehbereich (ca. 120 Grad), in Nullkommanix.


Bild 09


MiniPod schaut in die Luft

Das ist der Vertikale Drehbereich mit der Trackercamsoftware (auf Anschlag) eingestellt. Die Servo's k?nnten noch mehr drehen

Neue MiniPod-Software braucht das Land


Bild 10


MiniPod und Erdblick

Hier mein Konstruktionsfehler: Das Objektiv f?hrt auf Block!!
Entweder wird in der Software der Blick nach unten begrenzt oder der Servoarm wird ein paar Rastungen weiter nach oben gestellt, Vorteil: ich kann dann die Flugzeuge ?ber mir anschauen. Nachteil: die Neutralstellung ist ein schr?ger Blick nach oben.

Ich werde wohl nochmal die Mechanik ?berdenken.

Nachtrag: Das Problem habe ich mit der Servo-Rastweite gel?st. Das Objektiv hat jetzt bei Endstellung noch einen halben Millimeter Luft und bei Neutralstellung steht die Linse um genau 10 Grad nach oben. Damit kann ich leben!


Bild 11


Wie geht's weiter?

Nun ist der erste Teil MECHANIK erstmal fertig. Sp?ter kommt nochmal s?gen, bohren, feilen und kleben, beim Geh?usebau!
Aber erstmal muss die Gr?sse der gesamten Elektronik noch ermittelt werden.

Was muss alles noch in das Geh?use?


Bild 12


2. Probleml?sungen

damit der MiniPod auch mini bleibt, sollten wir mal schauen was nun alles zum MiniPod geh?rt. Ich habe es mal hier aufgebaut (s. Bild von links n. rechts):

1. USB/CAT5 Wandler (USB-Verst?rker)

2. Kamera mit Mechanik

3. Servosteuerung (TrackerPod Elektronik)

4. USB Verteiler (Passiv/Aktiv wird sp?ter gekl?rt)


Bild14


Oje, danach ist es wieder ein MonsterPod!

USB das unbekannte Wesen

Also, so gross k?nnen die Teile f?r den MiniPod nicht bleiben! Schauen wir doch mal genauer hin ob wir nicht alles noch viel kleiner bekommen.

Wer genau sich das obere Bild anschaut, der merkt, das es fast alles USB Teile sind. Da liegt es nahe uns mal mit USB zu besch?ftigen. Allerdings nur so weit wie wir das f?r das Projekt MiniPod brauchen. Weil wir viele Kabel selber l?ten m?ssen und auch verstehen sollten was wir machen, gehts mit dieser Grafik los:



Bild 13


Das ist die USB Steckerbelegung nach Norm (Von Vorne auf den Stecker geschaut!). Das USB Kabel ist also 4 Polig, 2 Pole sind Datenleitungen (2+3), dar?ber laufen also BILD, TON und die STEUERBEFEHLE. Laut Grafik ist Anschluss 1 + 4 nur f?r 5Volt, damit bekommt die Elektronik und auch die Servos ihren Saft.

Normung

NORMUNG ist immer gut! Aber haben auch die chinesischen USB Billigkabel diese (Farb)Norm?

Schauen wir doch mal nach, ein Kabel schnell mal in der Mitte abisoliert, die Schirmung zur?ck geschoben und......


Bild 15

....supieeee! Alles Klaro?

Ich werde nun die Kabel durchtrennen und einige Messungen durchf?hren. Die Ergebnisse gibt es dann morgen!

Versuchsaufbau

ich habe doch heute schon die Messungen durchgef?hrt.

ACHTUNG! Das ist arbeiten am offenen Herzen! Ein falsches kontaktieren und das Motherboard ist hin! Nur ohne Alkoholeinfluss nachahmen!!!

Wirklich, falls jemand auch am USB Port lauschen will, passt auf was du machst! 5 Volt Spannung ist zwar nicht gef?hrlich, aber kann im falschen Kabel viel zerst?ren!!!

Das ist mein Messversuchsaufbau. Ich habe alles auf einer Holzplatte verschraubt so das nix unbedacht verrutschen kann.

Lastmessung

Damit Ihr nachvollziehen k?nnt was ich da mache, hier ein paar Info's:

1. von Links kommt das USB Kabel vom Rechner und ist an einer Steckerleiste angel?tet.

2. Rechts ist ein passiver USB Hub angel?tet.

3. Zwischen den Steckerleisten kann ich mit Krokoklemmen die Verbindung vom Hub zum Rechner herstellen.

4. Alle Krokoklemmen haben die USB Normfarbe und damit ist das Brett von oben nach unten von 1 bis 4 der USB Norm verdrahtet.

5. Ich unterbreche jetzt das rote Kabel (POL 1 = 5 Volt+) und schliesse ein Multimeter dazwischen, so messe ich den Stromverbrauch in mA.


Bild 16


Ergebniss

Stromverbrauch ?ber USB:

Passiver HUB = 20 mA

Logitech Pro 4000 = 240 mA

PowerPod nur Elektronikplatine = 40 mA

PowerPod nur Mechanik bei drehung beider Motoren = max. 480 mA

MiniPod nur Mechanik bei drehung beider Motoren = max. 380 mA

Passiver Hub

Noch ein Wort zu passive Hub's. Bei Anschluss am passiven HUb von Kamera und Powerpod ging nix mehr! Der Rechner konnte die Hardware nicht mehr finden!

Selber Aufbau und den MiniPod angeklemmt, damit funktionierte alles bestens.

Zwischen PowerPod und MiniPod liegt nur eine Stromverbrauchsdifferenz von ca. 100 mAmpere. Das ist wohl ausreichend, das nix mehr l?uft!

Fazit: Der PowerPod in Verbindung mit der Pro4000 ist (USB) elektrisch gesehen schon fast im Grenzbereich!

L?sung oder aktiv selbstgemacht!

Mit einer externen Stromquelle habe ich nach dem Schaubild unten, aus einem passiven einen aktiven Hub gezaubert. Es funzt sofort einwandfrei.....

Achtung! Bitte genau die 5 Volt einhalten! Sonst geht der PIC auf der PowerPod Platine ins Nirvana!!!! Am besten Sicherheitshalber bei 4,9 Volt bleiben. Ab 5,5V ist der PIC am Ende und raucht ab.......


Bild 20


Jetzt gehts ins Gehirn

Jetzt wo ich schon mal alles aufgebaut habe, konnte ich es mir nicht nehmen lassen und m?chte mal an der USB Datenleitung lauschen. Mit einem Oszilloskop schaue ich mir die Verbindung PowerPod + Webkamera zum Rechner an:


Bild 17


Ein K?stchen Horizontal entspricht 1 ms.
Vertikal ist es pro K?stchen 1 Volt.

Serielle ?bertragung

Was sagt uns das Bild? Ich habe es nachgelesen:

Der USB ist ein Bus mit nur einem Master, d.h. alle Aktivit?ten gehen vom PC aus. Daten werden in kurzen Paketen von 8 Bytes oder bis 256 Bytes versandt und empfangen. Der PC kann Daten von einem Ger?t anfordern. Umgekehrt kann kein Ger?t von sich aus Daten absenden.
Der gesamte Datenverkehr hat einen Rahmen von exakt einer Millisekunde. Innerhalb eines Rahmens k?nnen nacheinander Datenpakete f?r mehrere Ger?te verarbeitet werden.


Bild 21


Das bedeutet f?r uns:
Alle Steuerungsbefehle und die Bilddaten sind in seriellen Datenpaketen von 1 Milisekunden dauer untergebracht.
Da kann nichts im Signal nachtr?glich gefiltert oder verst?rkt werden! Es sind keine dusseligen Rechtecksignale.......SCHADE

250 Meter Klingeldraht

Hier ein genauer Blick in einen Datenblock:


Bild 18



Aufl?sung: 1 K?stchen 0,1 Millisekunden!

Bei diesen doch komplexen Datenverkehr ist mir einiges klar geworden. Jede Leitung dazwischen ver?ndert dieses Elektrische Signal. Spasseshalber habe ich meine 250 Meter Klingeldraht dazwischen geschaltet und wollte euch ein verbogenes Signal zeigen, aber es kam kein messbares Signal mehr an!!!

Ok.ok. ohne den geplanten USB-Verst?rker geht nix, das ist jetzt klar. Was der wohl macht, das es auf 50 Meter noch funzt? Dazu sp?ter, jetzt mache ich mir das Feierabendbierchen auf.

Hinweis: Ich habe keine Ahnung von USB, alle meine Schlussfolgerungen m?ssen nicht unbedingt stimmen
Falls Ihr n?here Infos habt, her damit!

Muskelschau

heute habe ich mir mal die Muskelstr?nge (Servoleitungen) genauer angeschaut. Es ist wie schon fr?her beschrieben ein 3 Poliger Stecker mit den Farben: Gelb, Rot und Schwarz.

Gelb = Datenleitung
Rot = 5 Volt +
Schwarz = Masse

Ich habe also zwischen Masse und Datenleitung das Oszilloskop zum lauschen angeklemmt.


Bild 25


Drehimpulse

Da gab es auch gleich ein wunderbares Rechtecksignal (s. Bild), aber nur wenn per Software ein Schalter gedr?ckt wird. Das ganze Signal wird f?r ca. 2 Sekunden st?ndig alle 16 ms wiederholt. Dann ist absolute Stille im Datenkabel!
Das ist ein grosser Unterschied zum ?blichen Modellbau, da werden die Steuer-Signale immer gesendet!!! Dadurch haben die Servos bei ?usseren wirkenden Kr?ften mehr Widerstand, weil sie st?ndig den Befehl bekommen gegen diese Kraft zu arbeiten.

Ein wichtiger Hinweis also f?r den MiniPod. Die Servos bekommen nur f?r 2 Sekunden Befehle zur Positionfahrt und werden dann sofort ausgeschaltet. Das spart eine Menge Energie, bedeutet aber auch nach anfahren einer Position, das eine ?ussere Kraft die Kamera verstellen kann. Naja, das Servogetriebe geht nicht so leicht zu drehen, ausserdem wird die Kamera in einem Geh?use vor direkter ?usserer Kraft gesch?tzt. Also f?r uns Null Problemo.


Bild 22

Ein K?stchen 5 ms.

kurze Impulse

Schauen wir uns mal die Impulse genauer an:


Bild 24



Bild 23

Ein K?stchen entspricht 1 ms horizontal und vertikal 1Volt.

Die Bilder zeigen, das die Impulse immer 5 Volt haben und bei vollen Rechtsanschlag der Trackercamsoftware eine Impulsl?nge von 1,5 ms besitzen.

Der Linksanschlag hat 4 ms Impulsdauer!

Frage: Wie lange dauert der Impuls am Servo bei Mittelstellung? Na?

Langes Servokabel

Ein weiterer Versuch den MiniPod auf 250 Meter zu Verl?ngern. Im Vordergrund ist die Rolle Telefonkabel zu sehen die zwischen Servo und Platine geklemmt ist. Bei diesem Aufbau dreht sich das Servo, aber nicht ganz genau und v?llig zufriedenstellend.


Bild 26


250 Meter Telefondraht ungeschirmt

Das ist das Signal nach 250 Meter Kabell?nge (Rechtsanschlag):


Bild 27


Ist nicht mehr ganz ein sauberes Rechtecksignal. Ausserdem sind die Signalspitzen keine 5 Volt mehr sondern am Anfang des Impulses fast 7,5 Volt Spitzenspannung! Wo kommt die erh?hte Spannung her? Das ganze System wird doch nur mit 5 Volt USB gespeist?

Zumindestens stimmt hier noch die Impulsl?nge! Es m?sste mit ein wenig zus?tzliche Elektronik sich aus diesem Signal wieder ein anst?ndiges Rechtecksignal formen lassen.

Wir verfolgen aber mit dem MiniPod eine andere Leitungsstrategie, ?ber den USB Verst?rker und kommen auf die Telefonkabel L?sung vielleicht sp?ter zur?ck.

So, das sollte erstmal mit den Messungen langen und ich hoffe die letzten Beitr?ge waren nicht zu Ausf?hrlich + Bastelfremd. Aber es ist immer gut zu Wissen was sich in unseren Pod's so abspielt.

Kleiner werden......

Hier habe ich mal den passiven Hub (Atelco USB Mini-Hub 4fach Art.: 209130 7,90 euro) und den USB Verst?rker vom l?stigen Geh?use befreit.

Diese Teile werden bei meinem MiniPod zum Einsatz kommen. Das Problem mit dem passiven Hub und der zu hohen Stromaufnahme ist ja gel?st. Wir machen einen Aktiven Hub daraus. Das Ding ist jedenfalls billig und klein!


Bild 28


Noch kleiner......

Schauen wir genauer auf dem Hub. Da wir nur 2 Usb Anschl?sse brauchen (Kamera + Steuerung) k?nnte man wahrscheinlich gefahrlos die S?ge an der roten Linie ansetzen. Das w?rde nochmals 25% Verkleinerung bringen.

Der USB Exenter l?sst sich nicht mehr optimieren, der ist schon so klein wie es die Bauteile hergeben!


Bild 29


Sub-MiniPod

Wenn wir schon beim s?gen sind, die Hauptplatine vom PowerPod l?sst sich auch noch optimieren:


Bild 30


Nein, hier geht es nicht so einfach mit der S?ge!! Aber die links vom roten Strich gezeigten Bauteile, werden nicht unbedingt f?r den MiniPod gebraucht. Das sind nur Bauteile f?r die LED Anzeige. Die LED's auf der rechten Seite, w?ren dann auch noch ?ber......

Ich habe mir mal die Handb?cher des Chip's (PIC) besorgt und stelle fest, er braucht nur 5 Bauteile!


Bild 31


Ob ich den PIC mit einem SMD-L?tkolben sauber von der Platine l?ten kann? Und noch eine eigene Platine entwerfen kann?

Das Herz des MiniPod's w?rde auf der Fl?che einer Briefmarke Platz finden, davon bin ich ?berzeugt!!

Stecker oder L?ten?

Soweit der Plannungsstand bei mir. Jetzt stellt sich noch die Frage, ob die einzelnen Platinen fest verl?tet werden oder mit eigenen extrem kurzen USB Steckern verbunden werden. Stecker h?tten den Vorteil schnell mal was auswechseln zu k?nnen.

In der n?chsten Woche werde ich mir mal Gedanken machen wie und wo die Platinen ihren Platz finden. Das beste w?re um das untere Servo herum. Wir wollen ja mit der Bauform klein bleiben!



Copyright ? 2004 www.robotrack.org





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