Betriebsanleitung RP-NTH

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1 Für die Varianten: RP-NTH-2D01-C1-S0-P0 RP-NTH-2D01-C1-S0-P1 RP-NTH-2D01-C1-S1-P0 RP-NTH-2D01-C1-S1-P1 Original-Betriebsanleitung

2 Inhalt Inhalt 1 Einleitung Varianten und Artikelnummern Anwenderdokumentationen Versionshinweise Urheberrecht, Kennzeichnung und Kontakt Einsatzmöglichkeiten und Produktbestimmung Gewährleistung und Haftungsausschluss Personalqualifikation EU-Richtlinien zur Produktsicherheit Mitgeltende Vorschriften Hinweise und verwendete Symbole Hervorhebungen im Text Zahlenwerte Überblick und Lieferumfang Sicherheits- und Warnhinweise Einsatzbedingungen Einsatzort Einsatzumgebung Technische Daten und Anschlüsse Maßzeichnungen und mechanische Eigenschaften Elektrische Eigenschaften und technische Daten der Komponenten Anschlussbelegung Transport Auspacken des Produkts Hardware-Installation Chassis und unterstützte Antriebskonzepte Einbauen von zusätzlichen Komponenten Elektrische Anschlüsse Erste Inbetriebnahme Softwarearchitektur EMROS-ROS...40 EMROS-EM Firmware des Powerboards Ablauf beim Start des Systems...41 Ablauf im Normalbetrieb...42

3 Inhalt 10 EtherProtocol Datagramm Beispiel... 44

4 1 Einleitung 1 Einleitung Die mobile Antriebs- und Technologieplattform RP-NTH ist eine Entwicklungs- und Evaluierungsplattform für Forschungszwecke und die schnelle Entwicklung des Prototyps eines Fahrerlosen Transportsystems (FTS). Diese Betriebsanleitung beschreibt den Aufbau und die einzelnen Komponenten der Antriebs- und Technologieplattform. Weiterhin wird gezeigt: wie Sie die notwendige Hardware montieren, wie Sie die notwendige Software installieren/aufspielen, wie die Kommunikation zwischen den Komponenten der Antriebs- und Technologieplattform aufgebaut ist und wie Sie diese konfigurieren können. 1.1 Varianten und Artikelnummern Diese Betriebsanleitung bezieht sich auf die Varianten RP-NTH-2D01-C1-xx-xx des Produkts. Folgende Abbildung zeigt den Artikelnummernschlüssel für die Varianten der Antriebs- und Technologieplattform: RP - NTH - x x xx - Cx - Sx - Px Panels (Montageplatten) P0 = ohne Montageplatten / P1 = mit Montageplatten Support Wheels (Stützräder) S0 = ohne Stützräder / S1 = mit Stützrädern Control Center (Steuerungszentrale) C0 = ohne Steuerungszentrale / C1 = mit Steuerungszentrale Schlüssel für Antriebssysteme: Antriebskonfiguration xx = fortlaufende Nummer: Motor-/Getriebe-/Rad-/Anbauwinkelkonfiguration Antriebskonzept D = differentieller Antrieb / M= Mecanum-Antrieb Anzahl der Antriebe 2 = 2 Antriebe 4 = 4 Antriebe Produktgeneration NTH = Nathan Produktbezeichnung 1.2 Anwenderdokumentationen Weitergehende Informationen zu den Komponenten der Robotik-Plattform finden Sie in folgenden Dokumenten, die auf bzw. gitlab.nanotec.de verfügbar sind: Name Inhalt Technisches Handbuch PD4-E mit Feldbus CANopen Installation, Inbetriebnahme, Parametrierung/Programmierung, Beschreibung der Funktionen des Motors mit integrierter Steuerung PD4-E Nanotec-Gitlab-Wiki Anleitungen zur Installation und Bedienung der für EMROS benötigte Software 4

5 1 Einleitung Nähere Informationen zur Software und die bereitgestellten Software-Pakete (als Open-Source veröffentlicht) finden Sie im Nanotec-Repository auf gitlab.nanotec.de. 1.3 Versionshinweise Version Handbuch Datum Änderungen / / /2019 Veröffentlichung Hinweise zur Verwendung und Reinigung des Displays ergänzt. Gewichtsangaben ergänzt. 1.4 Urheberrecht, Kennzeichnung und Kontakt Copyright Nanotec Electronic GmbH & Co. KG. Alle Rechte vorbehalten. Nanotec Electronic GmbH & Co. KG Kapellenstraße Feldkirchen Deutschland Tel Fax Einsatzmöglichkeiten und Produktbestimmung Die Antriebs- und Technologieplattform RP-NTH-2D01-C1-xx-xx ist dafür vorgesehen, den Prototypen eines Fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF, engl. AGV) zu entwickeln. RP-NTH-2D01-C1-xx-xx richtet sich an: Robotik-Entwickler, die eine Technologie-Plattform suchen, zum Entwickeln eigener Module, Features, Algorithmen usw. auf Basis der Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating System) Intralogistik-Entwickler, die den Einsatz der Nanotec-Radantriebe und des CANopen-Masters EM5 für ihre Robotik-Systeme evaluieren wollen Forschungsinstitutionen und Start-up-Unternehmen mit Robotik-Themen RP-NTH-2D01-C1-xx-xx darf nur als vorläufige Entwicklungsplattform eingesetzt werden. RPNTH-2D01-C1-xx-xx ist nicht dafür bestimmt, ein fertiges Transportfahrzeug als Basis für eine SerienProduktion aufzubauen (als eigenes Produkt für den Betrieb in Werks- und Lagerhallen). Hinweis Diese Antriebs- und Technologieplattform ist eine unvollständige Maschine im Sinne der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Die Inbetriebnahme ist so lange untersagt, bis festgestellt wurde, dass soweit zutreffend die Maschine, in die diese unvollständige Maschine eingebaut werden soll, den Bestimmungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG entspricht. RP-NTH-2D01-C1-xx-xx ist für den Einsatz unter den freigegebenen Einsatzbedingungen konzipiert. 5

6 1 Einleitung Ein anderer Gebrauch gilt als nicht bestimmungsgemäß. 1.6 Gewährleistung und Haftungsausschluss Nanotec produziert Komponententeile und unvollständige Maschinen, die ihren Einsatz in vielfältigen Industrieanwendungen finden. Die Auswahl und Anwendung von Nanotec-Produkten liegt im Verantwortungsbereich des Anlagenkonstrukteurs bzw. Endnutzers. Bei Komponententeilen übernimmt Nanotec keinerlei Verantwortung für die Integration der Produkte in das Endsystem; bei unvollständigen Maschinen beschränkt sich die Verantwortung von Nanotec auf die in der Montageanleitung beschriebenen Prozeduren/Schnittstellen zum Einbau der unvollständigen Maschine in die Maschine. Unter keinen Umständen darf ein Nanotec-Produkt als Sicherheitssteuerung in ein Produkt oder eine Konstruktion integriert werden. Alle Produkte, in denen ein von Nanotec hergestelltes Komponententeil oder eine unvollständige Maschine enthalten ist, müssen bei der Übergabe an den Endnutzer entsprechende Warnhinweise und Anweisungen für eine sichere Verwendung und einen sicheren Betrieb aufweisen. Alle von Nanotec bereitgestellten Warnhinweise müssen unmittelbar an den Endnutzer weitergegeben werden. Es gelten unsere Allgemeinen Geschäftsbedingungen: de.nanotec.com/service/agb/. 1.7 Personalqualifikation Nur Fachkräfte dürfen diese unvollständige Maschine einbauen, programmieren und in Betrieb nehmen. Fachkräfte sind Personen, die: den Inhalt dieser Anleitung kennen und verstehen, über eine entsprechende Ausbildung und Erfahrung im Umgang mit Robotik-Systemen verfügen, Erfahrung mit ROS (Robot Operating System) und der Programmiersprache C++ haben und die geltenden staatlichen, landesspezifischen und lokalen Vorschriften und Sicherheitsbestimmungen kennen. 1.8 EU-Richtlinien zur Produktsicherheit Folgende EU-Richtlinien wurden beachtet: RoHS-Richtlinie (2011/65/EU) Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) Die EMV-Richtlinie (2014/30/EU) wurde nicht beachtet, weil diese unvollständige Maschine nicht für Endnutzer bestimmt ist. 1.9 Mitgeltende Vorschriften Neben dieser Anleitung sind folgende Vorschriften zu beachten: Unfallverhütungsvorschriften örtliche Vorschriften zur Arbeitssicherheit 1.10 Hinweise und verwendete Symbole Alle Hinweise sind in einheitlicher Form. Der Grad der Gefährdung wird in die nachfolgenden Klassen eingeteilt. 6

7 1 Einleitung VORSICHT! Der Hinweis VORSICHT verweist auf eine möglicherweise gefährliche Situation. Die Missachtung des Hinweises führt möglicherweise zu mittelschweren Verletzungen. Beschreibt, wie Sie die gefährliche Situation vermeiden. Hinweis Verweist auf eine mögliche Fehlbedienung des Produkts. Die Missachtung des Hinweises führt möglicherweise zu Beschädigungen an diesem Produkt oder anderen Produkten. Beschreibt, wie Sie die Fehlbedienung vermeiden. Tipp Der Hinweis Tipp gibt eine Hilfestellung zur Bedienung des Produkts Hervorhebungen im Text Im Dokument gelten folgende Konventionen: Ein fett hervorgehobener Text markiert Querverweise und Hyperlinks: EMROS-ROS sendet die Zielvorgaben für die einzelnen Radantriebe an den EMROS-EM5-Teil der Software, über Ethernet (siehe Kapitel EtherProtocol). Ein kursiv hervorgehobener Text markiert benannte Objekte: Lesen Sie das Installationshandbuch. Benutzen Sie die Software Plug & Drive Studio, um das Auto-Setup durchzuführen. Für Software: Im Tab Operation finden Sie die entsprechenden Informationen. Für Hardware: Benutzen Sie den EIN/AUS-Schalter, um das Gerät einzuschalten. Ein Text in courier markiert einen Code-Abschnitt oder Programmierbefehl: Command TARGET_VELOCITIES entsprechend emmros_commands.h: 0110h. Die Zeile mit dem Befehl od_write(0x6040, 0x00, 5 ); ist wirkungslos. Die NMT-Nachricht baut sich wie folgt auf: A Ein Text in "Anführungszeichen" markiert Benutzereingaben: NanoJ-Programm starten durch Beschreiben von Objekt 2300h, Bit 0 = "1". Schreiben Sie den Wert "203Bh" in 2291h:02h (PDI-SetValue2) Zahlenwerte Zahlenwerte werden grundsätzlich in dezimaler Schreibweise angegeben. Sollte eine hexadezimale Notation verwendet werden, wird das mit einem tiefgestellten h am Ende der Zahl markiert. 7

8 2 Überblick und Lieferumfang 2 Überblick und Lieferumfang RP-NTH-2D01-C1-xx-xx ist eine rollbare, aber im Auslieferungszustand nicht selbst fahrfähige Antriebsplattform. Um zu fahren, ist RP-NTH-2D01-C1-xx-xx angewiesen auf: eine Energiequelle (Akkumulator), eine übergeordnete Steuerungseinheit (Bordrechner, worauf Sie die entsprechende ROS-Software aufspielen müssen), ein Benutzerprogramm für den EM5, das als Open-Source-Software zur Verfügung steht aber im Auslieferungszustand nicht aufgespielt ist. Die folgende Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau der Antriebs- und Technologieplattform: Rad1 Antriebsstrang1 EM51 EM5Betriebssystem 1 EMROS -EM52 CANopen Rad1 Linux-Rechner 3 ROS EtherProtocol (UDP) EMROSROS2 ROS Topics KundenSystem3 Antriebsstrang1 PowerManagement -Board1 Überwachung und Steuerung Akku3 Firmware2 Nanotec-Produkte 1 Nanotec-Produkte Open-Source-Software von Nanotec 2 Elemente des Kunden 3 RP-NTH-2D01-C1-xx-xx besteht aus folgenden Komponenten, die bereits montiert und verkabelt geliefert werden: Anzahl Komponente 1 Chassis des Fahrzeugs bestehend aus Standard-Alu-Profilen mit Profilnut 8 mm 4 Stützrad (nur bei den Varianten RP-NTH-2D01-xx-S1-xx) 2 Montageplatte zum Anbau von Kunden-Komponenten 2 Radantrieb mit Befestigungswinkel. Kombinationsartikel bestehend aus: PD4-E Motor mit integrierter CANopen-Steuerung Planetengetriebe GPLEP70-1S-7 Antriebsrad 1 Frei programmierbare Steuerung mit CANopen-Master (EM5) mit Touchscreen-Display 1 Power-Management-Platine (Powerboard) W004 8

9 2 Überblick und Lieferumfang Die folgende Abbildung gibt eine Übersicht über die Komponenten von RP-NTH-2D01-C1-xx-xx: Cx = Control Center (Steuerungszentrale) Px = Panel (Montageplatten) Powerboard + EM5 + Gehäuse + Kabelsatz + Anbauteile Sx = Support Wheels (Stützräder) 2X Montageplatten + Anbauteile Basiskomponente = Chassis + Radantriebe 4x Stützräder + Anbauteile Je nach Bestellung sind die zwei Montageplatten und die vier Stützräder enthalten oder nicht. Die folgende Tabelle zeigt die möglichen Kombinationen und die entsprechenden Artikelbezeichnungen: Artikelbezeichnung Control Center Support Wheels Panels RP-NTH-2D01-C1-S1-P1 RP-NTH-2D01-C1-S1-P0 RP-NTH-2D01-C1-S0-P1 RP-NTH-2D01-C1-S0-P0 ja ja ja ja ja ja - ja ja - Im Lieferumfang sind nicht enthalten: der Bordrechner (Linux), auf dem die ROS-Steuerungssoftware (EMROS-ROS) laufen soll, der Akkumulator, das Ladegerät/Netzteil für den Akkumulator, die Kabel für den Anschluss des Akkumulators und des Bordrechners. RP-NTH-2D01-C1-xx-xx verfügt über kein Sicherheitssystem, keine Sicherheitsbremse und keine Sensorik zur Erkennung von Hindernissen und Personen. Sie haben die Möglichkeit, auf und an der Plattform zusätzliche Komponenten (Ultraschallsensoren, Laserscanner, Schalter etc.) zu befestigen, die über das Powerboard versorgt und von Ihrem Bordrechner und/oder einem weiteren Linux-Rechner gesteuert werden können. Nanotec stellt die Software/Firmware zur Verfügung für: die zwei Radantriebe (CANopen-Slaves), die frei programmierbare Steuerung mit CANopen-Master EM5: Betriebssystem und eingebettete Software (EMROS-EM5), das Powerboard, 9

10 2 Überblick und Lieferumfang die Berechnung der Zieldrehzahlen der einzelnen Radantriebe, entsprechend den von Ihrem ROS-System gelieferten Daten (EMROS-ROS). Im Auslieferungszustand sind EMROS-EM5 und EMROS-ROS nicht aufgespielt. Im Kapitel Erste Inbetriebnahme wird beschrieben, wie Sie Ihren Linux-Rechner einrichten und die Software installieren/aufspielen, damit RP-NTH-2D01-C1-xx-xx betriebsbereit ist. Die Wegplanung des Fahrzeugs und die Bahnberechnungen (Odometrie) sind nicht Teil der mitgelieferten Software. Sie können bereits existierende ROS-Nodes verwenden oder Ihre eigenen Algorithmen auf Basis der Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating System) entwickeln. 10

11 3 Sicherheits- und Warnhinweise 3 Sicherheits- und Warnhinweise VORSICHT Die Plattform kann auf schiefer Ebene wegrollen. Das führt möglicherweise zu Verletzungen!! Die Antriebs- und Technologieplattform ist nicht mit einer Bremse ausgestattet und kann bei großer Steigung und fehlender Abstützung wegrollen. Das führt möglicherweise zu Fußverletzungen oder zu Beschädigungen an der Plattform. Stellen Sie die Plattform nach dem Auspacken auf einen ebenen und waagrechten Boden. Die Steigung darf 3,5% nicht überschreiten. Sichern Sie die Plattform gegen Wegrollen, z. B. mit Unterlegkeilen. VORSICHT Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten!! Es können sich aufgrund von Fertigungstoleranzen scharfe Kanten an den Stützrädern bilden, die möglicherweise zu Handverletzungen führen. Greifen Sie nicht an die Stützräder oder die Befestigungswinkel, um die Antriebs- und Technologieplattform zu transportieren oder auszupacken. VORSICHT! Quetschgefahr durch Einzugsstellen bei den Antriebsrädern! Greifen Sie nicht in die Öffnung zwischen Rädern und Chassis. Berühren Sie während des Betriebs bewegte/rotierende Teile nicht. Warten Sie nach dem Abschalten, bis alle Bewegungen beendet sind. VORSICHT Bewegte und rotierende Teile können Haare und lose Kleidung erfassen!! Im laufenden Betrieb können Haare oder lose Kleidung erfasst werden, dies kann zu Verletzungen führen. Bei langen Haaren tragen Sie ein Haarnetz oder andere geeignete Schutzmaßnahmen, wenn Sie im Bereich bewegter Teile sind. Arbeiten Sie nicht mit loser Kleidung oder Krawatten in der Nähe bewegter Teile. VORSICHT Überhitzungs- oder Verbrennungsgefahr!! Die Motoren der Radantriebe und das Powerboard können sich im Betrieb stark erhitzen, dies führt möglicherweise zu Verbrennungen. Achten Sie beim Einsatz darauf, dass die Umgebungsbedingungen gewährleistet sind. Warten Sie nach dem Abschalten der Plattform ab, bis alle Komponenten abgekühlt sind, bevor Sie sie berühren. 11

12 3 Sicherheits- und Warnhinweise Hinweis Beschädigungen der Elektronik durch elektrostatische Entladungen! Das Produkt enthält Bauteile, die empfindlich gegen elektrostatische Entladung sind. Unsachgemäßer Umgang führt möglicherweise zu Beschädigungen der Elektronik. Beachten Sie die Grundprinzipien des ESD-Schutzes beim Umgang mit der Antriebs- und Technologieplattform. 12

13 4 Einsatzbedingungen 4 Einsatzbedingungen RP-NTH-2D01-C1-xx-xx ist nur für den Einsatz in Indoor-Umgebungen und in eingezäunten oder durch eine Barriere abgegrenzten Bereichen ausgelegt und darf nur unter den in diesem Kapitel angegebenen Bedingungen betrieben werden. 4.1 Einsatzort RP-NTH-2D01-C1-xx-xx besitzt keine Möglichkeit, Personen und Hindernisse zu erkennen und verfügt über keine Sicherheitsvorkehrungen. RP-NTH-2D01-C1-xx-xx darf nur in eingezäunten oder durch eine Barriere abgegrenzten Bereichen eingesetzt werden, ohne Personen und gefährdende Gegenstände. 4.2 Einsatzumgebung Es gelten folgende Anforderungen für die Einsatzumgebung der Antriebs- und Technologieplattform: Die Einsatzumgebung muss wettergeschützt sein, RP-NTH-2D01-C1-xx-xx ist nicht für den Einsatz im Außenbereich ausgelegt. Der Boden darf nicht nass und muss ausreichend fest, eben und waagrecht sein. Die Steigung darf 5% nicht überschreiten. Eine angemessene technische Sauberkeit der Umgebung ist vorausgesetzt. Beachten Sie folgende Umgebungsbedingungen: Umgebungsbedingung Wert Umgebungstemperatur (Betrieb) Umgebungstemperatur (Lagerung) Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend) Aufstellhöhe über NN (ohne Leistungsbeschränkung) C C 0 85% bis 1500 m 13

14 5 Technische Daten und Anschlüsse 5 Technische Daten und Anschlüsse 5.1 Maßzeichnungen und mechanische Eigenschaften Alle Maße sind in Millimetern. Folgende Tabelle gibt Auskunft über die mechanischen Eigenschaften und die dynamischen Fähigkeiten der Antriebs- und Technologieplattform: Eigenschaft Wert Gewicht Maximale Zuladung (mindestens zwei Räder belastet) Maximale Geschwindigkeit Maximale Beschleunigung/Verzögerung Steigfähigkeit (bei maximaler Last) gilt nur für die Varianten mit Stützrädern (RP-NTH-2D01-Cx-S1-Px), sonst von den angebauten Stützrädern abhängig Maximaler seitlicher Kippwinkel Überwindbare Schwellen gilt nur für die Varianten mit Stützrädern (RP-NTH-2D01-Cx-S1-Px), sonst von den angebauten Stützrädern abhängig Überwindbare Lücken gilt nur für die Varianten mit Stützrädern (RP-NTH-2D01-Cx-S1-Px), sonst von den angebauten Stützrädern abhängig 36 kg 100 kg 1 m/s 2 1 m/s 5% 2 5 mm 20 mm 5.2 Elektrische Eigenschaften und technische Daten der Komponenten Die elektrischen Eigenschaften der gesamten Antriebs- und Technologieplattform sind: 14

15 5 Technische Daten und Anschlüsse Eigenschaft Beschreibung/Wert Nennspannung zulässige Spannung Stromaufnahme im Stillstand/Standby (ohne Bordrechner) Leistung bei maximaler Last (ohne Bordrechner) maximaler Ladestrom 24 V DC V DC ca. 0,3 A ca. 105 W 25 A Differentialantrieb Der Differentialantrieb wird durch zwei Radantriebe realisiert. Die Radantriebe bestehen jeweils aus: einem hochpoligen DC-Servomotor (Schrittmotor) mit Encoder und integrierter Steuerung einem Präzisionsplanetengetriebe GPLEP70-1S-7 mit Untersetzung 7:1 einem Rad aus PEVODYN -Soft 78 Shore A mit 100 mm Außendurchmesser Technische Daten Motor Der eingebaute Motor ist ein PD4-E591L42-E Die Motorkennlinien und das technische Handbuch des Motors mit weitergehenden Informationen finden Sie auf der Website Eigenschaft Beschreibung/Wert Typ Bezeichnung Betriebsspannung Phasenstrom effektiv Haltemoment Integrierter Encoder Hochpoliger DC-Servo (Schrittmotor) PD4-E591L42-E V DC ±5% 4,2 A 1,87 Nm Kommunikation/Feldbus CANopen magnetischer Singleturn-Absolut-Encoder, 1024 Impulse/Umdrehung Frei programmierbare Steuerung EM5 mit CANopen-Master Der EM5 hat folgende Eigenschaften: Eigenschaft Beschreibung/Wert Betriebsspannung Kommunikation/Feldbus Konfigurationsschnittstelle Touchscreen-Display 24 V DC ±25% Ethernet, CANopen USB Auflösung: Pixel Akkumulator Ein Akkumulator wird nicht mitgeliefert. Sie müssen einen geeigneten Akkumulator und ein passendes Ladegerät beschaffen und einbauen. Der zu verwendende Akku muss: auslaufsicher sein, einen maximalen Strom von 30 A und eine Spannung im Bereich V DC liefern. 15

16 5 Technische Daten und Anschlüsse 5.3 Anschlussbelegung Übersicht Touchscreen-Display Ladegerät / Spannungsversorgung S1: EIN/AUS-Schalter Anschluss/Bedienelement Funktion S1 Ladegerät/Spannungsversorgung Touchscreen-Display EIN/AUS-Schalter Anschluss für Ladegerät/Spannungsversorgung Touchscreen-Display von EM5 Powerboard EthernetAnschluss USBAnschluss Anschluss/Bedienelement Funktion Powerboard zentrale Schnittstelle für die Versorgung der Komponenten 16

17 5 Technische Daten und Anschlüsse Anschluss/Bedienelement Funktion Ethernet-Anschluss des EM5 zur Kommunikation mit dem Bordrechner über das EtherProtocol Konfigurationsschnittstelle USB-Anschluss des EM5 X6 X1 X16 X5 X15 X4 X14 X3 X13 X21 X22 S2 X23 X8 X9 X7 X2 X10 X12 X11 X19 X17 X18 X20 Anschluss Funktion X2 X1 X3 X6 X13 X16 X21, X22 X7 X8, X9 X10 X23 X20 X19 X17, X18 X11, X12 S2 Ladegerät/Spannungsversorgung Akkumulator Versorgungsspannung der Radantriebe Externe Bremswiderstände CANopen Versorgungsspannung für den EM5 Versorgungsspannung für 24-V-Verbraucher Versorgungsspannung für Bordrechner (5 V) Steuerpins des Bordrechners Lampe des EIN/AUS-Schalters Schaltkontakte des EIN/AUS-Schalters Versorgungsspannung für Lüfter Versorgungsspannung für 5-V-Verbraucher CANopen-Terminierungswiderstand Ladegerät / Netzteil Anschluss für das Ladegerät des Akkus oder das Netzteil. Im Auslieferungszustand intern verbunden mit X2. Typ: Bulgin PXP7012/02P/ST Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Bulgin PXP7010/02S/ST/1113 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 25 A 17

18 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Hinweis Um die maximale Effizienz beim Aufladen Ihres Akkus über das Powerboard zu erreichen, tragen Sie die Daten des verwendeten Akkus im DCF-File Powerboard.dcf ein. Ein Beispiel finden Sie auf gitlab.nanotec.de. Pin-Belegung Pin Funktion Bemerkung 1 2 +Ub GND V DC S1 EIN/AUS-Schalter Taster zum Ein-/Ausschalten der Antriebs- und Technologieplattform über das Powerboard. Tipp Zwischen dem Betätigen des Schalters und dem Ausschalten der Versorgungsspannung für die Komponenten vergeht 1 Sekunde, sodass ein angeschlossener Rechner zuerst heruntergefahren werden kann. Die Zeit ist in der entsprechenden DCF-Datei einstellbar Touchscreen-Display Sie können mithilfe der GUI-Bibliothek des EM5 eine Bedienoberfläche mit Statusanzeige, DebuggingAusgabe und verschiedenen Bedienelementen entwickeln. Ein Beispiel ist Teil der EMROS-EM5Software, die Sie im Nanotec-Repository auf gitlab.nanotec.de finden. 18

19 5 Technische Daten und Anschlüsse VORSICHT Verletzungsgefahr durch ausgetretene Flüssigkeiten bei Beschädigung des LCD-Displays! Falls das Glas des Displays bricht, könnte kristalline Flüssigkeit austreten.! Berühren Sie die Flüssigkeit nicht, stellen Sie sicher, dass keine Flüssigkeiten in Ihren Mund gelangt! Falls die Flüssigkeit in Kontakt mit Ihrer Haut oder Kleidung kommt, waschen Sie die betroffene Stelle sofort mit Wasser und Seife aus. Hinweis Beschädigungen des Displays durch Verwendung nicht geeigneter Reinigungsmittel! Verwenden Sie für die Reinigung des Displays ein Tuch mit Alkohol (Ethanol oder Isopropanol). Verwenden Sie keinesfalls Wasser, Aceton oder ähnliche aromatische Lösungen X2 Ladegerät / Netzteil Anschluss für das Ladegerät des Akkus oder das Netzteil. Typ: Phönix PCV 5/ 2-G-7,62 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix PC 5/ 2-ST1-7,62 oder SPC 5/ 2-ST-7,62 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 25 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Hinweis Um die maximale Effizienz beim Aufladen Ihres Akkus über das Powerboard zu erreichen, tragen Sie die Daten des verwendeten Akkus im DCF-File Powerboard.dcf ein. Ein Beispiel finden Sie auf gitlab.nanotec.de. 19

20 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin-Belegung Pin Funktion Bemerkung 1 2 +Ub GND V DC X1 Akkumulator Anschluss für Ihren Akkumulator. Typ: Phönix PCV 5/ 2-G-7,62 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix PC 5/ 2-ST1-7,62 oder SPC 5/ 2-ST-7,62 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 30 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Pin-Belegung Pin Funktion Bemerkung 1 2 Ub_ACCU+ Ub_ACCU V DC X3 X6 Versorgungsspannung für die Radantriebe Anschlüsse für die Versorgungsspannung der Radantriebe. Alle Anschlüsse sind identisch und haben folgende Eigenschaften: Typ: Würth Elektronik Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Würth Elektronik (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 8 A pro einzelnen Anschluss, bis 20 A insgesamt für alle vier Anschlüsse zusammengerechnet Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. 20

21 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin 1 Pin Funktion Bemerkung 1 +Ub_Motor Nennspannung 24 V DC (entspricht der Spannung des verwendeten Akkus/Netzteils) 2 GND Tipp Im Auslieferungszustand ist das Versorgungskabel des "linken" Motors (mit der Node-ID 1) mit einem weißen Klebeband markiert X13 X16 Anschluss für optionalen externen Bremswiderstand Anschlüsse für optionalen Bremswiderstand für die Radantriebe. Alle Anschlüsse sind identisch und haben folgende Eigenschaften: Typ: Phönix MCV 0,5/ 2-G-2,5 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix FK-MC 0,5/ 2-ST-2,5 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 3 A Im Falle eines generatorischen Betriebs der Radantriebe (z. B. bei Schieben der Plattform, wenn die Radantriebe ausgeschaltet sind), wird ein hier angeschlossener Bremswiderstand analog zugeschaltet. Dadurch kann die erzeugte Energie verbraucht werden. Hinweis Beschädigungen der Elektronik durch induzierte Spannung! Bei hoher Schiebegeschwindigkeit wird eine hohe Spannung in den Motorwicklungen der Radantriebe induziert (Gegen-EMK). Diese führt möglicherweise zur Beschädigung der Elektronik. Schieben Sie die Plattform mit Geschwindigkeiten unter 0,15 m/s, wenn die Radantriebe ausgeschaltet sind und den Boden berühren. Die nachfolgende Tabelle zeigt, welcher Anschluss welchem Radantrieb-Anschluss entspricht: 21

22 5 Technische Daten und Anschlüsse Bremswiderstand-Anschluss Radantrieb-Anschluss X13 X14 X15 X16 X3 X4 X5 X X21, X22 CANopen Anschluss für CANopen und Logikversorgung für CANopen-Slaves. Beide Anschlüsse sind identisch und intern verbunden und haben folgende Eigenschaften: Typ: Phönix MCV 0,5/ 5-G-2,5 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix FK-MC 0,5/ 5-ST-2,5 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Pin Funktion Bemerkung GND CANCAN_SHLD CAN+ +UB_Logic Anschluss für die Schirmung des Kabels +5 V DC, Ausgangsspannung für die Versorgung der Elektronik von externen CANopen-Slaves X7 Versorgungsspannung für den EM5 Anschluss für die Versorgungsspannung des EM5. Typ: Würth Elektronik Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Würth Elektronik (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. 22

23 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin 1 Pin Funktion Bemerkung 1 +Ub_EM5 Nennspannung 24 V DC (entspricht der Spannung des verwendeten Akkus/Netzteils) 2 GND X8, X9 Versorgungsspannung für 24-V-Verbraucher Anschlüsse für die Versorgungsspannung von externen optionalen 24-V-Verbrauchern. Beide Anschlüsse sind identisch und haben folgende Eigenschaften: Typ: Würth Elektronik Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Würth Elektronik (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 23

24 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin Funktion Bemerkung 1 +Ub_24V Nennspannung 24 V DC (entspricht der Spannung des verwendeten Akkus/Netzteils) 2 GND X10 Versorgungsspannung für Bordrechner Anschluss für die Versorgungsspannung Ihres Bordrechners (5 V DC). Sie können als Alternative einen der 24 V-Anschlüsse verwenden (X8/X9). Typ: Phönix MCV 1,5/ 2-G-3,5 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix FK-MCP 1,5/ 2-ST-3,5 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 6 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Pin Funktion Bemerkung 1 2 +Ub_PC GND 5 V DC X23 Steuerpins des Bordrechners Anschlüsse für digitale Pins am Bordrechner. Sie können diese Ein-/Ausgänge benutzen, um beispielsweise Ihren Bordrechner hoch-/herunterzufahren oder neu zu starten. Typ: Phönix MCV 1,5/ 3-G-3,5 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix FMC 1,5/ 3-ST-3,5 (oder äquivalent) Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. 24

25 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin 1 Pin Funktion Bemerkung GPIO_PC_0 GPIO_PC_1 GPIO_PC_2 general purpose input/output, 5 V DC general purpose input/output, 5 V DC general purpose input/output, 5 V DC X20 Anschluss für Lampe des EIN/AUS-Schalters Anschluss für die Lampe des EIN/AUS-Schalters. Typ: JST-XH Gegenstecker: Gehäuse (im Lieferumfang nicht enthalten): JST-XHP-2 (oder äquivalent) Buchsenkontakte (im Lieferumfang nicht enthalten): SXH-001T-P0.6 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 25

26 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin Funktion Bemerkung 1 +Ub_PERIPH Nennspannung 24 V DC (entspricht der Spannung des verwendeten Akkus/Netzteils) 2 GND X19 Schaltkontakte des EIN/AUS-Schalters Anschluss für den Schließer-Kontakt des Tasters. Typ: JST-XH Gegenstecker: Gehäuse (im Lieferumfang nicht enthalten): JST-XHP-2 (oder äquivalent) Buchsenkontakte (im Lieferumfang nicht enthalten): SXH-001T-P0.6 (oder äquivalent) Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 Pin Funktion Bemerkung ,3V GND 3,3 V DC X17, X18 Versorgungsspannung für Lüfter Anschlüsse für die Versorgungsspannung für optionale externe Lüfter (12 V DC Ausgang bei 24 V DC Versorgung durch Akku/Netzteil). Beide Anschlüsse sind identisch und haben folgende Eigenschaften: Typ: JST-XH Gegenstecker: Gehäuse (im Lieferumfang nicht enthalten): JST-XHP-2 (oder äquivalent) Buchsenkontakte (im Lieferumfang nicht enthalten): SXH-001T-P0.6 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. 26

27 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin 1 Pin Funktion Bemerkung 1 2 FAN+ FAN- Intern mit +Ub_PERIPH (+24 V) verbunden PWM-gesteuerter Open-Drain-Ausgang X11, X12 Versorgungsspannung für 5-V-Verbraucher Anschlüsse für die Versorgungsspannung von externen optionalen 5-V-Verbrauchern. Beide Anschlüsse sind identisch und intern verbunden und haben folgende Eigenschaften: Typ: Phönix MCV 1,5/ 2-G-3,5 Gegenstecker (im Lieferumfang enthalten): Phönix FK-MCP 1,5/ 2-ST-3,5 (oder äquivalent) Strombelastbarkeit: 1 A Pin 1 ist in der nachfolgenden Abbildung markiert. Pin 1 27

28 5 Technische Daten und Anschlüsse Pin Funktion Bemerkung 1 2 +Ub_5V GND 5 V DC S2 120-Ohm-Terminierungswiderstand Der Schalter S2 schaltet die Terminierung von 120 Ohm zwischen CAN + und CAN - des CAN-Busses zu (DIP-Schalter auf "ON", rechts) oder ab. ON USB-Anschluss des EM5 USB-Anschluss, Typ B, weiblich Um die Projekt-Dateien (Benutzerprogramm, Konfiguration/DCF-Files) der EMROS-EM5-Software zu laden, müssen Sie Ihren Rechner mit dem EM5 über diesen USB-Anschluss verbinden Ethernet-Anschluss des EM5 Ethernet-Anschluss, RJ45-Buchse Um die Kommunikation zwischen den beiden Teilen der EMROS-Software (EMROS-EM5 und EMROS-ROS) herzustellen, müssen Sie Ihren Bordrechner mit dem EM5 über diesen Anschluss mit einem LAN-Kabel verbinden. Für weitere Details siehe Kapitel EtherProtocol. 28

29 6 Transport 6 Transport Hinweis Beschädigung der Elektronik durch induzierte Spannung! Bei hoher Schiebegeschwindigkeit wird eine hohe Spannung in den Motorwicklungen der Radantriebe induziert (Gegen-EMK). Diese führt möglicherweise zur Beschädigung der Elektronik. Schieben Sie die Plattform mit Geschwindigkeiten unter 0,15 m/s, wenn die Radantriebe ausgeschaltet sind und den Boden berühren. 6.1 Auspacken des Produkts VORSICHT Verletzungsgefahr durch scharfe Kanten!! Es können sich aufgrund von Fertigungstoleranzen scharfe Kanten an den Stützrädern bilden, die möglicherweise zu Handverletzungen führen. Greifen Sie nicht an die Stützräder oder die Befestigungswinkel der Antriebsräder, um die Antriebs- und Technologieplattform zu transportieren oder auszupacken. VORSICHT Verletzungsgefahr durch Kippen der Plattform!! Die Varianten RP-NTH-2D01-Cx-S0-Px verfügen im Auslieferungszustand über keine Stützräder, weshalb die Antriebs- und Technologieplattform kippen kann. Das führt möglicherweise zu Fußverletzungen und/oder zu Beschädigungen an der Plattform. Stellen Sie sicher, dass die Plattform abgestützt wird und ein sicherer Stand gewährleistet wird. VORSICHT Die Plattform kann auf schiefer Ebene wegrollen. Das führt möglicherweise zu Verletzungen!! Die Antriebs- und Technologieplattform ist nicht mit einer Bremse ausgestattet und kann bei großer Steigung und fehlender Abstützung wegrollen. Das führt möglicherweise zu Fußverletzungen oder zu Beschädigungen an der Plattform. Stellen Sie die Plattform nach dem Auspacken auf einen ebenen und waagrechten Boden. Die Steigung darf 3,5% nicht überschreiten. Sichern Sie die Plattform gegen Wegrollen, z. B. mit Unterlegkeilen. Hinweis Beschädigung der Elektronik durch Kondenswasser! Die Antriebs- und Technologieplattform enthält Bauteile, die empfindlich gegen hohe Feuchtigkeit sind. Unsachgemäßer Umgang führt möglicherweise zu Beschädigungen der Elektronik. Nehmen Sie die Antriebs- und Technologieplattform nach dem Auspacken erst nach Temperaturausgleich in Betrieb. Beachten Sie die freigegebenen Einsatzbedingungen. 29

30 6 Transport Hinweis Setzen Sie das Touchscreen-Display nicht direktem Sonnenlicht oder fluoreszierendem Licht aus! 30

31 7 Hardware-Installation 7 Hardware-Installation Die von Nanotec gelieferten Komponenten (siehe Kapitel Überblick und Lieferumfang) werden bereits montiert und verkabelt geliefert. Damit die Antriebs- und Technologieplattform in Betrieb genommen werden kann, müssen Sie zusätzliche Teile (mindestens eine Spannungsquelle (Akku) und einen Bordrechner) einbauen und anschließen. In diesem Kapitel wird beschrieben: wie die von Nanotec gelieferten Komponenten montiert und verkabelt sind, welche Modifikationen/Anpassungen möglich und zulässig sind, wo Sie Ihren Akku, Bordrechner und ggf. Erweiterungsmodule anbringen und befestigen können, wie Sie Ihren Akku, Bordrechner und ggf. Erweiterungsmodule mit den gelieferten Komponenten verbinden. Hinweis Beschädigung der Elektronik! Ein Wechsel der Verdrahtung im Betrieb kann die Elektronik beschädigen. Führen Sie die Montage, Verdrahtung und Verkabelung nur durch, wenn alle Bauteile im spannungsfreien Zustand sind. 7.1 Chassis und unterstützte Antriebskonzepte Das Chassis von RP-NTH-2D01-C1-xx-xx besteht aus Standard-Alu-Profilen mit Profilnut 8 mm. RP-NTH-2D01-C1-xx-xx wird von zwei separat gesteuerten Radantrieben angetrieben (Differentialantrieb). Die folgende Abbildung zeigt die Position der Radantriebe und der vier Stützräder (für die Varianten mit Stützrädern: RP-NTH-2D01-Cx-S1-Px) im Auslieferungszustand (Unterseite des Chassis): Um verschiedene Antriebskonzepte zu realisieren, können Sie die Radantriebe und die Stützräder entlang des Rands der Unterseite des Chassis flexibel platzieren. Die folgende Abbildung zeigt die Antriebskonzepte, die mit den zwei Radantrieben von RP-NTH-2D01C1-xx-xx möglich sind: 31

32 7 Hardware-Installation Stützrad Radantrieb Die folgende Abbildung zeigt eine mögliche Konfiguration mit den zwei Radantrieben und zwei Stützrädern (Unterseite des Chassis): Die folgenden Anleitungen beschreiben, wie Sie die Radantriebe und die Stützräder entsprechend Ihres Antriebskonzepts (de)montieren können. VORSICHT Verletzungsgefahr durch Kippen der Plattform!! Bei Demontage von Komponenten, wie Radantrieben oder Stützrädern, kann die Antriebs- und Technologieplattform kippen. Das führt möglicherweise zu Fußverletzungen und/oder zu Beschädigungen an der Plattform. Stellen Sie vor der Demontage/Montage von Komponenten sicher, dass die Plattform abgestützt wird und ein sicherer Stand gewährleistet wird. 32

33 7 Hardware-Installation Tipp Um die Montage zu erleichtern, stellen Sie die Plattform mit der Unterseite des Chassis nach oben Montieren der Radantriebe Um einen Radantrieb zu demontieren und an einer anderen Position zu befestigen: 1. Entfernen Sie die vorhandenen Kabelbinder, falls die neue Position des Radantriebs das erfordert. 2. Lösen Sie die zwei Schrauben des Befestigungswinkels mit einem Inbusschlüssel (Nr. 4). Halten Sie dabei den Radantrieb fest. 3. Befestigen Sie den Radantrieb an geeigneter Position entlang des Alu-Profils (Profilnut 8 mm) mithilfe der zwei Schrauben und des Inbusschlüssels. Hinweis Zerlegen Sie den Radantrieb nicht! Der Radantrieb (mit dem Befestigungswinkel) ist nur als Kombinationsartikel erhältlich. Eine Demontage des Motors, des Rads oder des Getriebes Ihrerseits ist nicht möglich. Bei Änderungs- oder Reparaturwünschen wenden Sie sich an Nanotec Montieren der Stützräder Die Varianten RP-NTH-2D01-Cx-S1-Px enthalten vier Stützräder mit entsprechenden Befestigungswinkeln. Um ein Stützrad zu demontieren und wieder zu befestigen: 1. Lösen Sie die Schrauben der Befestigungswinkel mit einem Inbusschlüssel (Nr. 5). 33

34 7 Hardware-Installation 2. Befestigen Sie das Stützrad an geeigneter Position entlang des Alu-Profils (Profilnut 8 mm) mithilfe der zwei Schrauben und des Inbusschlüssels Einstellen der Höhe der Stützräder Das Chassis von RP-NTH-2D01-C1-xx-xx hat keine Federung. Es handelt sich um ein statisch überbestimmtes Tragwerk. Die Konstruktion gibt Ihnen deshalb die Möglichkeit, die Position der Stützräder entlang der vertikalen Achse einzustellen, um ein Kippen des Chassis zu ermöglichen. Der Bereich der Einstellbarkeit beträgt 0 5 mm. Um die Höhe eines Stützrads einzustellen: 1. Lösen Sie die zwei Schrauben der Befestigungswinkel mit einem Inbusschlüssel (Nr. 5). 2. Befestigen Sie das Stützrad an geeigneter Position mithilfe der zwei Schrauben und des Inbusschlüssels. 7.2 Einbauen von zusätzlichen Komponenten Im Inneren des Chassis ist Bauraum für Ihre Komponenten vorgesehen. Sie können verschiedene Komponenten an den Alu-Profilen (Standard-Alu-Profilen mit Profilnut 8 mm) oder an Montageplatten (bei den Varianten RP-NTH-2D01-Cx-Sx-P1 sind zwei Montageplatten bereits montiert) befestigen, wie z. B. Akku, Bordrechner, Sensoren etc. 34

35 7 Hardware-Installation Befestigen der Komponenten Die Standard-Alu-Profile (Profilnut 8 mm) des Chassis bieten Ihnen die Möglichkeit, weitere Profile, Befestigungswinkel und Ähnliches anzubringen. Sie können auch entsprechende Bohrungen in die vorhandenen Montageplatten hineinbohren und passende Halterungen für Ihre Komponenten anbringen. Tipp Um die Montage zu erleichtern, nehmen Sie die Montageplatte ab, indem Sie die Schrauben mit einem Inbusschlüssel lösen. Stützräder Die Varianten RP-NTH-2D01-Cx-S0-Px der Antriebs- und Technologieplattform werden ohne Stützräder geliefert. Sie können beliebige Stützräder mit passenden Halterungen anbauen, entsprechend Ihrem Konzept (mit oder ohne Federung). Die nachfolgende Abbildung zeigt eine Einheit als Beispiel, mit einem AluProfil und zwei Halterungen. Montageplatten Die Varianten RP-NTH-2D01-Cx-Sx-P0 der Antriebs- und Technologieplattform werden ohne die zwei Montageplatten geliefert. In der nachfolgenden Abbildung finden Sie die Maße von zwei Montageplatten mit Öffnungen für Kabelführungen, die als Referenz für die Fertigung Ihrer eigenen Montageplatten dienen können. 35

36 7 Hardware-Installation 7.3 Elektrische Anschlüsse Die zentrale Schnittstelle für alle Komponenten ist das Powerboard. Es versorgt den EM5 und die Radantriebe und bietet Anschlüsse u. a. für: Ihr Ladegerät/Netzteil Ihren Akku Ihren Bordrechner optionale Lüfter Erweiterungsmodule (5/24 V DC-Verbraucher) Anschließen der Komponenten Im Kapitel Anschlussbelegung finden Sie Details zu allen Anschlüssen. Für die erste Inbetriebnahme von RP-NTH-2D01-C1-xx-xx müssen Sie mindestens folgende Komponenten anschließen: eine Spannungsquelle (22 30 V DC): Ihr Ladegerät/Netzteil an den Anschluss für das Ladegerät/Netzteil oder an X2 und/oder Ihren Akku an X1 Ihren Bordrechner an X10 (alternativ an X8/X9: 24 V/1 A ) die Netzwerkkarte Ihres Bordrechners an den Ethernet-Anschluss des EM5, mittels eines LANKabels Hinweis Beschädigung der Elektronik! Ein Wechsel der Verdrahtung im Betrieb kann die Elektronik beschädigen. Ändern Sie die Verdrahtung nur im spannungsfreien Zustand und warten Sie nach dem Abschalten, bis sich die Kondensatoren entladen haben. 36

37 8 Erste Inbetriebnahme 8 Erste Inbetriebnahme In diesem Kapitel wird beschrieben, wie Sie die notwendige Software installieren/aufspielen und die Kommunikation zwischen dem EM5 und Ihrem Bordrechner (ROS) aufbauen, damit RP-NTH-2D01-C1xx-xx betriebsbereit ist. Lesen Sie vor Beginn der Inbetriebnahme das Kapitel Hardware-Installation und beachten Sie die Sicherheits- und Warnhinweise sowie die Einsatzbedingungen. VORSICHT Kollisionsgefahr durch Bewegungen der Antriebs- und Technologieplattform! Die Antriebs- und Technologieplattform enthält keine Sicherheitsfunktionen und kann Kollisionen mit Gegenständen oder Menschen nicht verhindern.! Das führt möglicherweise zu Verletzungen und/oder zu Beschädigungen an der Plattform. Heben Sie die Plattform während der ersten Inbetriebnahme, sodass die Räder den Boden nicht berühren. Berühren Sie während des Betriebs bewegte/rotierende Teile nicht. Warten Sie nach dem Abschalten, bis alle Bewegungen beendet sind. Zur Inbetriebnahme werden folgende Komponenten benötigt: Ladegerät/Netzteil und/oder Akkumulator Bordrechner (Linux), wo die EMROS-ROS-Software laufen soll; eventuell ein zweiter Linux-Rechner (Konfigurationsrechner) zum Programmieren/Konfigurieren, wobei es sich um denselben Rechner handeln kann Passendes USB-Kabel für den USB-Anschluss des EM5 LAN-Kabel für den Ethernet-Anschluss des EM5 Tipp Es ist bei der ersten Inbetriebnahme notwendig, den EM5 mehrmals neu zu starten. Falls Ihr Bordrechner über das Powerboard versorgt werden soll, schließen Sie ihn erst an, nachdem Sie den EM5 nach der folgender Anleitung konfiguriert haben und vor der Anbindung an ROS. Konfigurieren des EM5 1. Schließen Sie Ihr Ladegerät/Netzteil an den Anschluss für das Ladegerät/Netzteil oder X2 an oder schließen Sie Ihren Akku an X1 an. 2. Drücken Sie den EIN/AUS-Schalter, warten Sie bis das Display des EM5 aufleuchtet. 3. Um Ihren Konfigurationsrechner mit dem EM5 zu verbinden, schließen Sie Ihr USB-Kabel an den USB-Anschluss des EM5 an. Der EM5 meldet sich als Wechseldatenträger an. 4. Um die Software zum Kompilieren und Debuggen des EMROS-EM5 zu installieren, folgen Sie den Anleitungen unter a. How-to: Handle emros makefile b. How-to: Install gnu-arm-emmdedded-toolchain c. How to: Setup eclipse for emros under linux 5. Um die Projekt-Dateien (Benutzerprogramm, Konfiguration/DCF-Files) der EMROS-Software zu laden, folgen Sie der Anleitung unter How-to: Start running emros em5 37

38 8 Erste Inbetriebnahme Anbinden an ROS 1. Um Ihren Bordrechner mit dem EM5 zu verbinden, schließen Sie Ihr LAN-Kabel an den Ethernet-Anschluss des EM5 an. 2. Um die Verbindung über Ethernet herzustellen und die EMROS-ROS-Software auf dem Bordrechner zu starten, folgen Sie der Anleitung unter ros-packages/wikis: How-to: Setup emros ros 3. Um RP-NTH-2D01-C1-xx-xx losfahren zu lassen, senden Sie die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs an EMROS-ROS, unter dem ROS-Topic cmd_vel. Ein Beispiel zur Ansteuerung mittels einer 3D-Maus finden Sie auf gitlab.nanotec.de. 38

39 9 Softwarearchitektur 9 Softwarearchitektur Die EMROS-Software basiert auf der Open-Source-Plattform ROS (Robot Operating System), die für Anwendungen in der Robotik entwickelt wurde. Die Kernaufgaben der EMROS-Software sind: die Umsetzung des ROS-Topics cmd_vel (Fahrbefehle, die von Ihrem übergeordneten ROSSystem gesendet werden) in Bewegungen der Motoren der Antriebs- und Technologieplattform die Odometry-Daten Ihrem übergeordneten ROS-System zur Verfügung stellen, unter dem Topic odom. Bei den Odometry-Daten handelt es sich um die Schätzung der Position auf Grundlage der tatsächlichen Bewegungen des Fahrzeugs. die Interaktion mit dem Powerboard (Darstellung und Weiterleitung der Daten, z. B. des AkkuZustands) Die folgende Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau der Antriebs- und Technologieplattform: Rad1 Antriebsstrang1 EM51 EM5Betriebssystem 1 EMROS -EM52 CANopen Rad1 Linux-Rechner 3 ROS EtherProtocol (UDP) EMROSROS2 ROS Topics KundenSystem3 Antriebsstrang1 PowerManagement -Board1 Überwachung und Steuerung Akku3 Firmware2 Nanotec-Produkte 1 Nanotec-Produkte Open-Source-Software von Nanotec 2 Elemente des Kunden 3 Ein Teil der Software, EMROS-ROS, läuft auf Ihrem Bordrechner mit Linux und ist zuständig für die Berechnung der nötigen Antriebsdrehzahlen. EMROS-ROS sendet die Zielvorgaben für die einzelnen Radantriebe an den EMROS-EM5-Teil der Software über Ethernet (siehe Kapitel EtherProtocol). EMROS-EM5 ist die Software innerhalb des frei programmierbaren Bereichs des CANopen-Masters EM5. Weil ROS aktuell nicht echtzeitfähig ist, steuert der EM5 die Antriebe in einem zeitlich exakten Takt über CANopen. Die Antriebe (CANopen-Slaves) erhalten die Zielvorgaben (Ziel-Drehzahl) über CANopen und führen die Bewegungen aus. Ihre aktuellen Daten (Ist-Drehzahl) werden von EMROS-EM5 verarbeitet und an EMROS-ROS gesendet. Die folgende Abbildung zeigt den Ablauf der Kommunikation zwischen den Komponenten des Systems: 39

40 9 Softwarearchitektur CANopen-Slave (Antrieb) SDO, PDO (CANopen) EM5: EMROS-EM5 EtherProtocol (Ethernet-UDP) Bordrechner: EMROS-ROS Die EMROS-Software sowie die Firmware des Powerboards (als Open-Source veröffentlicht) finden Sie im Nanotec-Repository auf gitlab.nanotec.de. Ihre eigene ROS-Software und der ROS-Master des Systems kann sich auf demselben Bordrechner wie EMROS-ROS oder auf einem zweiten Linux-Rechner befinden. Kernaufgabe Ihrer Software ist die Berechnung der Bewegungen des Fahrzeugs und das Senden der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs an EMROS-ROS, unter dem ROS-Topic cmd_vel. Sie können das System beispielsweise durch den Einsatz von Sensorik erweitern oder einfach das Fahrzeug mittels einer 3D-Maus steuern (siehe Beispiel auf gitlab.nanotec.de). In den folgenden Kapiteln werden die Teile der Software sowie der Ablauf bei Start des Systems und im Normalbetrieb beschrieben. 9.1 EMROS-ROS EMROS-ROS besteht aus mehreren ROS-Packages, die folgende Kernaufgaben haben: die Antriebsdrehzahlen entsprechend der erhaltenen Fahrbefehle (cmd_vel) berechnen, die Odometry-Daten unter dem ROS-Topic odom zur Verfügung stellen, die Kommunikation zwischen EMROS-ROS und EMROS-EM5 aufbauen und überwachen. Linux-Rechner ROS EMROS-ROS EthernetUDP (EtherProtocol) cmd_vel Dispatcher Kunden-System Base Controller odom 9.2 EMROS-EM5 EMROS-EM5 besteht aus mehreren Software-Modulen (Devices), die folgende Kernaufgaben haben: die Spannung für die Antriebe freigeben, über das Powerboard 40

41 9 Softwarearchitektur die von EMROS-ROS berechneten Ziel-Drehzahlen interpolieren und an die Antriebe zyklisch per PDO senden die Ist-Drehzahlen der Antriebe per PDO zyklisch auslesen und dem EMROS-ROS über das EtherProtocol zur Verfügung stellen, die Interaktion über CANopen mit dem Powerboard übernehmen (Darstellung und Weiterleitung der Daten, z. B. des Akku-Zustands), die Kommunikation zwischen EMROS-EM5 und EMROS-ROS aufbauen und überwachen. Die folgende Abbildung zeigt die wichtigsten Devices des EMROS-EM5 und deren Einbettung im Betriebssystem des CANopen-Masters EM5: EM5-Betriebssystem Object Dictionary PDO-Parameter PDO-Netzwerk -Variablen... Realtime-Task base controller can_mapping.h API (CAN) CANOpen (PDO, SDO) Devices (u.a PowerManagement) ethernet_ handler API (Network) Ethernet -UDP (EtherProtocol) sdo_handler API (Graphics) User-Task emros_gui API (System) 9.3 Firmware des Powerboards Die Kernaufgaben der Firmware des Powerboards sind folgende: Überwachung der Systemspannung und des Ladezustands des Akkus Management des Hoch- und Herunterfahrens des Systems, wenn der EIN/AUS-Schalter betätigt wird Interaktion über CANopen mit EMROS-EM5 (Weiterleitung der Daten zum Akku-Zustand, Freigabe der Versorgungsspannung für die Antriebe auf Kommando von EMROS-EM5) Hinweis Um die maximale Effizienz beim Aufladen Ihres Akkus über das Powerboard zu erreichen, tragen Sie die Daten des verwendeten Akkus im DCF-File Powerboard.dcf ein. Ein Beispiel finden Sie auf gitlab.nanotec.de. 9.4 Ablauf beim Start des Systems 1. Nachdem Sie den EIN/AUS-Schalter betätigen, schaltet das Powerboard die Versorgungsspannung für den EM5 frei. 2. EMROS-EM5 sendet einen Befehl an das Powerboard, das den Rest des Systems einschaltet. 41

42 9 Softwarearchitektur 3. Der CANopen-Master des EM5 konfiguriert das CANopen-Netzwerk und die CANopen-Slaves (Antriebe) anhand von DCF-Dateien. 4. Der EM5 baut die CANopen-Kommunikation auf und setzt das CANopen-Netzwerk in den Zustand Operational. 5. EMROS-EM5 setzt die CANopen-Slaves in den Modus CSV (cyclic synchronous velocity). 6. EMROS-ROS baut die Kommunikation mit EMROS-EM5 auf. 7. Die beiden EMROS-Teile synchronisieren ihre Zeitachsen. 8. EMROS-EM5 wartet auf einen Befehl vom Benutzer über Touchpanel-Druck. 9. EMROS-EM5 schaltet die State-Machine der CANopen-Slaves hoch. Die Antriebe werden bestromt und warten auf neue Zielvorgaben. 9.5 Ablauf im Normalbetrieb 1. EMROS-ROS hört auf das ROS-Topic cmd_vel (Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs, Mittelpunkt: x, y, Drehung). 2. EMROS-ROS berechnet die nötigen Ziel-Drehzahlen für die einzelnen Antriebe und sendet diese an EMROS-EM5 (alle 64 ms). 3. EMROS-EM5 interpoliert die Daten, berechnet die Geschwindigkeitsrampen und begrenzt die 2 Beschleunigung (auf 1 m/s ). 4. EMROS-EM5 sendet die Ziel-Drehzahlen an die Antriebe (zyklisch alle 8 ms) per PDO. 5. EMROS-EM5 liest die Ist-Drehzahlen der Antriebe (zyklisch alle 8 ms) per PDO aus und verarbeitet die Daten (Mittelung der Ist-Drehzahl über 64ms). 6. EMROS-EM5 sendet die Ist-Drehzahlen an EMROS-ROS (alle 64 ms). 7. EMROS-ROS berechnet die geschätzte Position des Fahrzeugs, aus den Ist-Drehzahlen und dem Zeitunterschied. 8. EMROS-ROS stellt die geschätzte Position zur Verfügung, unter dem ROS-Topic odom. Beide EMROS-Teile überwachen während des Normalbetriebs ihre gegenseitige Erreichbarkeit und setzen im Falle eines Fehlers die Sollgeschwindigkeit auf Null. 42