8. April 2015

Aufgedeckt! Teil 1 – Zu Beginn: Staubsaugroboter

Ab sofort wird Alexander Wiedekind-Klein bei der Roboterwelt regelmäßig Technik von innen beleuchten. Mit Aufgedeckt! starten wir damit eine Serie, die sich nicht von den Äußerlichkeiten derzeitiger Robotertechnologien bezirzen lässt, sondern einen ganz genauen Blick hinter deren Kulissen wirft.

In dieser neuen Rubrik wollen wir uns in Zukunft etwas intensiver mit der Technik der Roboter befassen, die immer mehr unsere Umwelt bevölkern. Was steckt in ihrem Gehäuse, wie funktioniert dieses oder jenes Feature? Welches „Gehirn“ hat der Robot und wie funktioniert der Antrieb?

Zum Auftakt nehmen wir uns einen der klassischen Staubsaugroboter vor, die in unserem Haushalt ihren Dienst verrichten. Es handelt sich dabei um einen PCR-3350UV von der Fa. Sichler.

Der Sichler PCR-3350UV in der Ansicht von oben Der Sichler PCR-3350UV von oben betrachtet © Roboterwelt

Das erste Bild zeigt die von außen sichtbaren Merkmale. Auf der Oberseite finden wir natürlich das Bedienfeld und den auf Infrarotsignalen basierenden Empfänger für die Sender der virtuellen Wände, der Ladestation sowie der Fernbedienung. Gut zu sehen ist auch der Bumper (Stoßstange), in den Infrarotsensoren zur Hinderniserkennung integriert sind.

Der Sichler PCR-3350UV in der Ansicht von unten Der Sichler PCR-3350UV von unten betrachtet © Roboterwelt

Drehen wir den Saugroboter auf den Kopf sehen wir auf den ersten Blick die Antriebsräder mit Differentialantrieb, den Ansaugschlitz und das Schmutzfach. Interessant ist hier, dass sich der Saugmotor mit im Schmutzfach befindet. Die zwei silbernen Flächen sind die Kontaktflächen für die Ladestation. Weiterhin ist die UV-Lampe zur Desinfektion gut zu sehen. Etwas versteckter, aber sehr wichtig, sind die Infrarotsensoren zur Erkennung von Stufen. Hinter dem Deckel mit den zwei kleinen Rollen befindet sich der Akku.

Nun schauen wir mal in den Roboter hinein, denn jetzt wird es interessant!

Das Oberteil des Sichler PCR-3350UV von innen Das Oberteil des Sichler PCR-3350UV von innen betrachtet © Roboterwelt

Wir betrachten zunächst die Oberseite. Dort findet sich die Leiterplatte mit den Anzeigen und Tasten, aber auch die bereits erwähnte Infrarot-Schnittstelle für die Fernbedienung, virtuelle Wände sowie die Ladestation. Gesteuert wird dies durch einen kleinen 8-Bit Prozessor. Ebenfalls im Deckel untergebracht ist der Kabelbaum, der im Bumper verschwindet und über den die im Bumper integrierten Infrarot-Reflex-Lichtschranken angesteuert werden.

Wenden wir uns jetzt dem komplexeren Unterteil des Sichler PCR-3350UV zu.

Das Unterteil des Sichler PCR-3350UV von innen Das Unterteil des Sichler PCR-3350UV von innen betrachtet © Roboterwelt

Sofort ins Auge fällt hier die große Leiterplatte mit der zentralen Steuerelektronik. Auf dieser sind der Hauptprozessor, sämtliche Motor-Endstufen und die Ladeelektronik vereinigt. Für das Akkumanagement wurde ein eigener 8-Bit Prozessor spendiert, der sowohl die Lade- und Entladevorgänge überwacht, als auch die noch verfügbare Akkukapazität berechnet. Zum Einsatz kommt übrigens ein Lithium-Akku mit ca. 28Wh (14,4V 2Ah). Zum Vergleich: Ein handelsüblicher Staubsauger würde damit gerade mal eine Minute laufen. Der Sichler Saugroboter läuft damit bis zu einer Stunde. Neben aller eventueller Kritik an der Reinigungsqualität von Saugrobotern (speziell in unzugänglichen Ecken) ist er damit sehr energieeffizient. Das eigentliche Gehirn des Sichler PCR-3350UV ist ein 32Bit-Prozessor aus der ARM7-Famile der Firma NXP (LPC2132) mit 16KByte RAM und 32kByte Programmspeicher, der mit 40MHz getaktet wird.

Zu sehen sind weiterhin drei Gleichstrommotoren, d.h. zwei für den Differentialantrieb und einer für die Bürstenwalze, ebenso wie eine Menge Kabel zu den Motoren und Sensoren. Für den Betrieb der UV-Lampe wird eine Hochspannung benötigt, die auf einer eigenen kleinen Leiterplatte erzeugt wird.

Interessant ist neben mehreren unbenutzten Steckern übrigens ein ganz spezieller Anschluss auf der Hauptplatine. Dieser ist mit typischen Signalen für eine serielle Schnittstelle beschriftet – Es wäre spannend, weiter zu erforschen, was sich dahinter wohl verbirgt. Ein Anschluss zum Download neuer Software? Ein Debug-Port? Das würde an dieser Stelle zwar ein wenig zu tief gehen, aber vielleicht hat ja einer unserer Leser schon etwas herausgefunden. Oder wir widmen uns diesem Thema in einer der nächsten „Aufgedeckt!-Folgen“.

Fazit

Alles in allem haben wir an technischen Lösungen für Antrieb und Sensorik vorgefunden, was man nach dem Stand der Technik erwarten konnte. Dennoch zeigt der Multi-Prozessor-Ansatz einen sinnvollen modularen Aufbau. Die nicht genutzten Stecker lassen das mögliche Erweiterungspotential der Elektronik erahnen und die Energieeffizienz ist im Vergleich zu herkömmlichen Staubsaugern unerreichbar.

So viel zunächst einmal zu einem typischen Vertreter der staubsaugenden Roboterklasse. Nächsten Monat nehmen wir uns einen weiteren Roboter vor. Gerne können per Mail auch Wünsche geäußert werden, was wir in Zukunft unter die Lupe nehmen sollen.

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