Im Rahmen der Veranstaltung „Embedded Systems“ entsteht z.Zt. ein Hexapod-Roboter. Hierbei handelt es sich um einen sechsbeinigen Roboter in Anlehnung an Insekten. Die mechanische Konstruktion ist inzwischen abgeschlossen und die entsprechenden Aluminiumbleche wurden mit freundlicher Unterstützung der Fa. Schleicher Blechbearbeitung aus Heinsberg gefertigt.

Jedes Bein wird durch drei klassische Modellbau-Servos angetrieben, wobei immer ein Beinpaar durch eine selbst entwickelte Steuerplatine kontrolliert wird. Diese enthält einen Mikroprozessor sowie die nötigen Schnittstellen und Spannungswandler, um mit einem LiPo-Akku, welcher in den Rumpf geschoben werden kann, versorgt zu werden.

Auch die Erzeugung der entsprechenden PWM (Pulsweiternmodulation)-Steuersignale für die sechs Servos muss selbst programmiert werden. Als Programmierumgebung kommt Eclipse zum Einsatz, die Programmierung erfolgt in C und kann über die an der Steuerplatine vorhandene USB-Schnittstelle auf den Mikrocontroller geflasht werden.

In einem ersten Schritt muss von den Studierenden eine Software für diese Steuerplatine entwickelt werden, wobei Inverse Kinematik zum Einsatz kommt. Dies bedeutet, dass der Steuerplatine die gewünschte Position der Beinspitze als x,y,z-Koordinate übergeben wird und die zugehörigen Winkel bzw. Servo-Parameter berechnet werden.

Danach müssen die Beinpaare durch eine „zentrale Intelligenz“ gesteuert werden. Hierzu kommt ein Raspberry Pi 2 zum Einsatz, da dieser komfortabel einen drahtlosen Zugriff per WLAN ermöglicht. Die Steuer-Informationen an die einzelnen Beinpaare werden dann über einen I²C-Bus gesendet. Nachdem zunächst einfache Schrittfolgen programmiert wurden, können danach Drehungen, Neigung des Rumpfes usw. implementiert werden, ebenfalls wieder unter Einsatz der Inversen Kinematik.

Erweiterungsmöglichkeiten

Neben diesen Grundlegenden Aufgaben sind bereits zahlreiche Erweiterungsmöglichkeiten vorbereitet, um auch nachfolgenden Studierenden-Generationen neue Herausforderungen zu bieten, so z.B.

Anschluss einer Kamera an den Raspberry PI; Übertragung eines Live-Bildes per WLAN; Ansteuerung von zwei Servos, um die Kamera schwenken und neigen zu können.

Drucksensoren an den Füßen, um Bodenkontakt zu erkennen

Einbau eines Lage-/Beschleunigungssensors

Steuerung über eine Modellbau-Fernbedienung

LEDs für Lichteffekte und Status-Anzeige, z.B. NeoPixel RGB-LED-Stripes

Erweiterung um einen Servo-bestückten Greifer

Eckdaten der Steuerplatine

Die Steuerplatine ist eine komplette Eigenentwicklung. In der unten stehenden Tabelle sind einige Eckdaten aufgeführt.

Karsten Schuh, Fred Buchali, Wilfried Idler, Qian Hu, Wolfgang Templ, Anna Bielik, Lars Altenhain, Henning Langenhagen, Jörg Rupeter, Ulrich Dümler, Tobias Ellermeyer, Rolf Schmid and Michael Möller:

100 GSa/s BiCMOS DAC Supporting 400 Gb/s Dual Channel Transmission, ECOC 2016 Paper M.1.C.4

Sebastian Randel, Stephen Corteselli, Peter J. Winzer, A. Adamiecki, A. Gnauck, S. Chandrasekhar, Anna Bielik, Lars Altenhain, Tobias Ellermeyer, Ulrich Dümler, Henning Langenhagen, and Rolf Schmid:

Generation of a Digitally Shaped 55-GBd 64-QAM Single-Carrier Signal Using Novel High-Speed DACs, Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2014), paper M2A.3.

David Hillerkuss, Rene Schmogrow, Matthias Meyer, Stefan Wolf, Meinert Jordan, Philipp Kleinow, Nicole Lindenmann, Philipp C. Schindler, Argishti Melikyan, Xin Yang, Shalva Ben-Ezra, Bend Nebendahl, Michael Dreschmann, Joachim Meyer, Francesca Parmigiani, Periklis Petropoulos, Bojan Resan, Andreas Oehler, Kurt Weingarten, Lars Altenhain, Tobias Ellermeyer, Michael Moeller, Michael Huebner, Juergen Becker, Christian Koos, Wolfgang Freude, and Juerg Leuthold:

Single-Laser 32.5 Tbit/s Nyquist WDM Transmission J. Opt. Commun. Netw. 4, 715-723 (2012)

S. Randel, Stephen Corteselli, S. Chandrasekhar, Alberto Sierra, Xiang Liu, Peter Winzer, Tobias Ellermeyer, Joachim Lutz, Rolf Schmid:

Generation of 224-Gb/s Multicarrier Offset QAM Using a Real-Time Transmitter, OFC 2012, Session OM2H.2

W. Freude, D. Hillerkuss, T. Schellinger, R. Schmogrow, M. Winter, T. Vallaitis, R. Bonk, A. Marculescu, J. Li, M. Dreschmann, J. Meyer, S. Ben Ezra, M. Caspi, B. Nebendahl, F. Parmigiani, P. Petropoulos, B. Resan, A. Oehler, K. Weingarten, T. Ellermeyer, J. Lutz, M. Moeller, M. Huebner, J. Becker, C. Koos, and J. Leuthold:

All-optical Real-time OFDM Transmitter and Receiver, in CLEO:2011 - Laser Applications to Photonic Applications, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2011), paper CThO1.

T. Ellermeyer, R. Schmid, J. Rupeter, A. Bielik, M. Möller:

DA and AD Converters in SiGe Technology: Speed and Resolution for Ultra High Data Rate Applications, ECOC 2010 Invited Paper/Speaker, September 2010.

J. Leuthold, M. Winter, W. Freude, C. Koos, D. Hillerkuss, T. Schellinger, R. Schmogrow, T. Vallaitis, R. Bonk, A. Marculescu, J. Li, M. Dreschmann, J. Meyer, M. Huebner, J. Becker, S. Ezra, N. Narkiss, B. Nebendahl, F. Parmigiani, P. Petropoulos, B. Resan, A. Oehler, K. Weingarten, T. Ellermeyer, J. Lutz, and M. Möller:

All-Optical FTT Signal Processing of a 10.8 Tb/s Single Channel OFDM Signal, in Photonics in Switching, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper PWC1.

D. Hillerkuss, T. Schellinger, R. Schmogrow, M. Winter, T. Vallaitis, R. Bonk, A. Marculescu, J. Li, M. Dreschmann, J. Meyer, S. Ben Ezra, N. Narkiss, B. Nebendahl, F. Parmigiani, P. Petropoulos, B. Resan, K. Weingarten, T. Ellermeyer, J. Lutz, M. Möller, M. Hübner, J. Becker, C. Koos, W. Freude, and J. Leuthold:

Single Source Optical OFDM Transmitter and Optical FFT Receiver Demonstrated at Line Rates of 5.4 and 10.8 Tbit/s, in National Fiber Optic Engineers Conference, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper PDPC1.

T. Ellermeyer:

AD and DA converters for multi-tone transmission systems, ECOC workshop on Multi-tone transmission techniques for optical networks, Bruxelles, September 2008.

T. Ellermeyer, J. Müllrich, J. Rupeter, H. Langenhangen, A. Bielik, M. Möller:

DA and AD Converters for 25 GS/s and Above, Invited Paper, LEOS Summer Topical Meeting, Acapulco, July 2008.

U. Dümler, M. Möller, A. Bielik, T. Ellermeyer, H. Langenhangen, W. Walthes, J. Mejri:

86 Gbit/s SiGe receiver module with high sensitivity for 160×86 Gbit/s DWDM system, Electronics Letters, 5 January 2006, Volume 42, Issue 1, p. 21-22.

T. Ellermeyer:

Monolithisch integrierte Augenöffnungs-Analysatoren für hochbitratige glasfasergebundene Übertragungssysteme, Dissertation, Bochum 2002.

E.A.M. Klumperink, R. Kreienkamp, T. Ellermeyer, U. Langmann:

Transmission Lines in CMOS: An Explorative Study, 12th Annual Workshop on Circuits, Systems and Signal Processing, Veldhoven, The Netherlands, 2001.

T. Ellermeyer, U. Langmann, B. Wedding, W. Pöhlmann:

A 10-Gb/s Eye-Opening Monitor IC for Decision-Guided Adaptation of the Frequency Response of an Optical Receiver, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Dezember 2000.

T. Ellermeyer, U. Langmann, B. Wedding, W. Pöhlmann:

A 10-Gb/s Eye-Opening Monitor IC for Decision-Guided Adaptation of the Frequency Response of an Optical Receiver, IEEE International Solid-State Circuits Conference, San Francisco, Februar 2000.