Embedded Systems und Roboter-Prototypen

RoboFetz ist ein Wettbewerb für Kampfroboter, und fast alle Teilnehmer werden ferngesteuert. Perceptron war einer der ersten vollständig autonomen Roboter, die dort angetreten sind.

Ich habe das Projekt geleitet: fünf Leute, ein fixer Wettbewerbstermin und Arbeit quer über Mechanik, Elektronik, Firmware und Autonomie. Von mir stammt die Systemarchitektur: was am Mikrocontroller läuft, was außerhalb, was Timing einhalten muss. Daraus habe ich Aufgaben geschnitten, die einzeln bearbeitet werden konnten. CAD und Firmware sind meine. Die eigene SMD-Platine habe ich begonnen und an einen Teamkollegen übergeben, der sie fertiggestellt hat.

Drei Omni-Räder ergeben einen holonomen Antrieb, jeder Motor im geschlossenen Regelkreis aus der inversen Kinematik der Radanordnung. micro-ROS hat keinen Bluetooth-LE-Transport, also habe ich einen geschrieben, auf der Firmware- wie auf der Agent-Seite. PID-Parameter und Drehrichtung lassen sich im Betrieb per ros2-param-Aufruf ändern und überstehen einen Neustart. Die Autonomie läuft über Behavior Trees und ein künstliches Potenzialfeld, die Pose liefern ArUco-Marker auf dem Deckel.

Ein Fahrzeug kann einer Trajektorie nicht folgen, wenn die Stellbefehle zu spät ankommen. Auf einem gewöhnlichen ROS-2-Rechner ohne Echtzeiterweiterung passiert genau das gelegentlich.

Ich habe die Ackermann-Kinematik auf einen ESP32-C6 mit RTOS verlagert, damit der zeitkritische Teil nicht mehr vom Host abhängt. Die Parameter liegen persistent am Mikrocontroller, die Motorregler sind ODrive-Einheiten und werden über CAN angesprochen.

Veröffentlicht gemeinsam mit Markus Bader beim Austrian Robotics Workshop 2025. Die Firmware ist öffentlich.

Ein Unitree Go2 Pro, ausgebaut zu einer Entwicklungsplattform. Die Basis-Hardware kommt von Unitree, alles darüber stammt von mir. Ab Werk hört der Roboter auf eine Handy-App; ich habe mir Root-Zugriff verschafft, sodass ROS 2 direkt auf dem Roboter läuft, mit einem zusätzlichen Bordrechner für alles, was die Serienhardware nicht trägt.

Der Rücken ist eine Aufnahme für wechselnde Aufbauten und keine feste Konfiguration. Derzeit sitzt dort ein SO-101-Arm für Teleoperation. Genauso lassen sich ein 3D-Scanner, ein anderer Sensor oder ein sonstiger Aufbau montieren.

Nav2 für die autonome Navigation, dazu die Betriebsschicht, die einen Roboter außerhalb der Werkstatt brauchbar macht: ein VPN, über das er von überall erreichbar ist, Fernzugriff für Inbetriebnahme und Fehlersuche, und Introspektion, um im Betrieb zu sehen, was er gerade tut.

Laufende Arbeit. Er war bereits mehrfach im Einsatz.

Eine mobile Roboterplattform, die ich gebaut habe, um nicht für jedes Chassis denselben Code neu zu schreiben. Kinematik, Motorregelung und Hilfsfunktionen sind eigene C++-Bibliotheken, sodass dieselbe Firmware einen Mecanum-Antrieb, einen Differentialantrieb, einen Swerve-Antrieb oder ein Ackermann-Fahrzeug bewegt.

Mechanik in SolidWorks, eine Gazebo-Simulation mit slam_toolbox für die Navigationsarbeit und Sensorfirmware, die LiDAR- und IMU-Daten nach ROS 2 liefert. Die beiden Trägerplatinen, eine für vier Motoren und Encoder und eine für die Sensorik, waren meine ersten Leiterplatten. Überwiegend Steckverbinder und Pegelwandlung, aber daran habe ich den Ablauf gelernt.

Eine dreiphasige Endstufe für bürstenlose Motoren: Schaltplan, Layout und die Regelungsfirmware.

6–30 V Eingangsspannung, drei Halbbrücken mit je eigener Ansteuer- und Inhibit-Leitung, ein 5-V-Buck-Wandler an Bord und Phasenerfassung über I²C. Obenauf sitzt ein Teensy und übernimmt die Kommutierung.

Distance to Sound: eine ATmega-Platine, die vier Ultraschallsensoren ausliest und deren Messwerte in Töne umsetzt, damit Rollstuhlfahrerinnen und -fahrer hören, wie viel Platz um sie herum bleibt.

Vier Sensoranschlüsse, ein Umschalter zwischen USB-C und externer Versorgung sowie ein ISP-Header zum Neuprogrammieren im eingebauten Zustand.