Projekt Konzept Fragen

Hallo zusammen,
Mein name ist Nizar Ich bin neu hier im Forum aber auch alles zum Arduino Thema.

Ich habe ein "kleines" Heim Projekt was ich gerne umsetzen möchte

Im Prinzip möchte Ich ein Art Roboter steuern über 2 12v Motoren über ein Android App per Bluetooth
soweit so gut, ich steuere die Motoren mit ein L298N dual H-Brücke verbunden über ein Arduino Uno board, der wiederum mit ein Raspberry Pi über USB verbunden ist.

So nun aber möchte ihn noch ausbauen. Und zwar der Roboter ist in 2 Teilen getrennt
Teil1 : 1x 12V Getriebe Motor, 13x Servos, und ca. 10 LEDs und ein Radar Sensor
Teil 2: die 2 Motoren, ca. 8 Servos, ca. 10 LED und Akku

Teil1 rotiert sich um seine Achse über den einen 12V Motor und ist mit Teil2 über eine Drehscheibe verbunden.

Am besten würde ich das ganze über ein Raspberry Pi steuern, der wiederum auch an ein Lautsprecher und ein Mikrofon verbunden ist, da ich ihn wiederum mit Alexa steuern möchte.

Als erstes allgemeine Frage wie viele Komponenten kann ich an einen Arduino verbinden bzw. soll ich mehrere bzw. jedes Set an eine Arduino verbinden und dann alle Boards zusammen verbinden. Platz habe ich nicht viel vor allem im rotierenden Teil (Teil1), lieber 1-2 Arduino Mega oder doch mehrere Arduino Uno die ich leichter montieren könnte bzw. da wo Platz ist.
Dann wie verbinde ich die dann zum Raspberry? Was ich bis jetzt gelesen habe ein Arduino Master und der Rest als Slave verbinden, aber habe noch nicht gelesen wie ich dann präzise nur LED 3 im Arduino slave 2 ansteuern kann.

Und jetzt wie verbinde ich Teil 1 und 2, ich habe gelesen mit Slipring / Schleifenring man z. B. ein Motor an eine rotierende Scheibe verbinden kann. Das könnte möglichst die Lösung sein für die Verbindung des Akkus an den Boards in Teil1.
Aber wie verbinde ich alle Boards zum Raspberry pi den ich am besten in Teil2 montieren würde?

Wenn das mit der Arduino Master/Slave richtig ist? Kann man mehrere "Master" Arduinos an ein Raspberry Pi verbinden? Dann könnte ich 2 unabhängige Master Arduino haben, jede ist in einen anderen Teil des Roboters montiert, die Slave Arduinos würden dann klassisch an ihre Master verbunden sein, eine Master Arduino per USB an den Raspberry Pi verbinden und die andere per Bluetooth. Bleibt noch die Frage, wenn ich per Bluetooth, die Pi an ein Arduino verbinde, blockiere ich mir dann auch den Port um auch die Raspberry Pi gleichzeitig mit mein Handy per Bluetooth zu verbinden?

Fragen über Fragen, ich hoffe ihr habt mein Prinzip Konzept verstanden, ich bedanke mich im voraus für jeden Tipp

Ein anspruchsvolles Projekt mit vielen Fragezeichen. Ich würde vorschlagen, erst einmal die Mechanik fertigzustellen, einschließlich der Stromversorgung. Dann kann man die restlichen Fragen schrittweise angehen.

Nimm eine modernere und ggf. leistungsfähigere Brücke für die Motoren.

Von Schleifringen würde ich abraten, lieber den rotierenden Teil auf 1 Umdrehung beschränken.

sehe ich auch so.
Wenn ich das lese:

Android App --> Bluetooth
Arduino unten
Arduino oben
Raspberry PI
Alexa

Du willst also mindestens die ersten 4 Sachen Programmieren und dann noch eine Alexa anbinden.

Keep it Small and Simple!

Nimm z.B. einen ESP32 und mach ALLES darauf.
Wenn dir Ports ausgehen, sieh dir die Portexpander an.
Statt der App machst du eine kleine Weboberfläche.
Das ist schon alles kompliziert genug.
Wenn das alles läuft und du noch immer eine App programmieren willst - tu das - der ESP32 kann auch Bluetooth.

Fang mal mit was kleinem an, blinke ein paar LEDs, bewege ein paar Servos, schicke Sprachbefehle von der Alexa zum ESP...

Teste jede Hardwarekomponente einzeln und lass dein Projekt langsam wachsen.

Anstelle UNO besser der deutlich kleinere ProMini.

Anstelle Mega2560 besser der deutlich kleinere MEGA 2560PRO.

Oder zwischen Teil 1 und 2 keine Datenkabel verlegen, sondern zwei ESP32 per Funk kommunizieren lassen, beispielsweise per ESP-NOW. Als Pinerweiterung MCP23S17 oder andere PortICs.

Die Links stellen keine Kaufempfehlung dar! Ggf. bitte die aktuellen Einfuhrbestimmungen beachten!

Erstmal Danke für die Tipps.
Dass das Projekt nicht ein Zuckerschlecken wird, ist mir klar. Auch der Aufwand ist mir auch klar.
Kleinere Tests, Z.B. wie gesagt die 2 Motoren über Arduino und Raspberry Pi per Bluetooth via App zu steuern habe ich bereits (na ja eigentlich bis jetzt nur 1 Motor) und auch die Installation Alex auf die Raspberry Pi habe ich auch schon und jedes Mal, wenn ich "Hey Computer" Sage geht eine LED auf, die ich noch direkt am Raspberry Pi verbunden habe. Die Idee ist auszubauen, wenn ich ein Signal bekommen soll er dann ein Befehl zum Arduino senden.

Ich sehe aber, dass ich noch viel zu lernen habe. @agmue danke für die Information mit den ESP32, das sieht vielversprechend aus

Ach ja wegen des Schleifenrings, leider dreht sich der eine Teil wie gesagt um seine Achse n Mal in alle Richtungen also kann ich die Drehung nicht auf 1 Rotation begrenzen.
Im schlimmsten Fall 2 Akkus eben, was ich aber vermeiden will

Ich zähle da mal ca 21 Servos. Du weißt schon daß man da ziemlich viel Strom braucht. Ich rate mal was zwischen 10 und 20A an 5V.
Da ist es sinnvoll mit 12V herumzufahren (wegen der Motorspannung nehme ich mal an, daß Du eine 12 Batterie /Akku hast) und DC/DC Wandler von 12V auf 5V nahe am Servo verwenden. So werden die Ströme die verteilt werden müssen ca 2,5 mal kleiner.
Da sind die 3 anderen Motoren fast "Kleinverbraucher".

Ein ATmega328 (UNO, NANO, MINI) kann mit der Arduino-Servo-Bibliothek 12 Servos ansteuern. Ein ATmega2560 (Mega 2560) 24 Stück. Es gibt auch noch Servocontroller mit vielen Ausgängen und auch PWM- Expander mit Bibliothek für Servo.

Wie gesagt ordentliche Schleifringe mit Kohlebürsten oder 2 Batterien, eine davon im drehbaren Teil. Oder wie bereits Vorgeschlagen Drehung mechanisch limitieren und Kabel der sich immer wieder auf und abwickelt.

Möglich wäre auch eine drahtlose Ladeschaltung wie sie zB in Händys verwendet werden durch 2 konzentrische Wicklungen dann muß aber die Achse nicht leitend sein und die notwendigen Ströme bedeutend kleiner. Die Teile sind so auf 10W ausgelegt.

Grüße Uwe

Hallo Uwe,
Als Batterien dachte ich an Modellbau-Lipo-Akkus 22,2 Volt, 5Ah, und ja klar ein DC/DC Wandler brauch ich auch klar.
bei den Rotierenden Teil hatte ich ja an 13 servo gedacht, ich könnte auch auf einen verzichten so könnte ich ja ein UNO, NANO, MINI benutzen und einen für die LEDs und den Radar Sensor und motoren.
und dann nochmal dasselbe für den Fixen 2ten Teil.

Anbei 3 Skizzen die den Umfang erläutern. (Ich konnte nicht alle 3 auf einmal hochladen, daher habe ich sie auf meine Beiträge gesplittet)
Also was ich eigentlich baue , ist ein R2D2 Maßstab 1:1.

Was die Verbindung Alexa mit dem Pi angeht, so habe ich es nicht aufgezeichnet, das ist nochmal ein anderes Thema, erstmal optional, nur zur Info Ich habe schon ein PI auf dem Alexa läuft und wie gesagt, wenn ich "Hey Computer" Sage geht eine LED auf, ziel ist es, wenn ich "R2" sage, dass 1 Holoprojekt sich kurz bewegt und kurz mal an und aus geht mit ein Piepser

einmal schreib ich es noch:
a)
imho beschränkst du dich mit Uno/Nano/Mega.
Nimm etwas mit mehr Schmackes. Z.B. ESP32.

b)
verzichte auf "Schleifringe".
entweder führe ein Kabel durch (das geht auch mit >400 Grad) oder mach den oberen Teil kontaktlos mit einem zweiten ESP32.

Geht auch mit Adafruit 16-Channel 12-bit PWM/Servo Driver - I2C interface - PCA9685.

Schau Dir mal die MobaTools-Bibliothek an, funktioniert inzwischen auch mit ESP32.

Bei LEDs sind auch die mit eingebautem IC interessant, also WS2815, APA102 und vergleichbare. Die gibt es als Streifen, aber auch aussehend wie eine runde LED. PWM ist im IC eingebaut und für alle Deine LEDs benötigst Du nur maximal zwei µC-Pins!

Oder auch Adafruit 24-Channel 12-bit PWM LED Driver - SPI Interface - TLC5947 . Dank Konstantstromquelle benötigst Du keinen Vorwiderstand und kannst mehrere LEDs in Reihe schalten.

Konzeptionell kannst Du anstelle von vielen µCs auch Funktionen auf "dumme" Spezialplatinen auslagern. Was besser ist, hängt natürlich auch vom vorhandenen Platz ab.

Arduinos können auch Schrittmotoren ansteuern. Auch brushless Motoren per ESC (schön klein!) sind möglich.

EDIT: "maximal" ergänzt, weil Uwe so pingelig ist :slightly_smiling_face:

Kommt auf's Modell der LED an. Es gibt auch solche wo man nur 1 Pin braucht ( WS2812, WS2815 ecc).
Grüße Uwe

@noiasca Kontaktlos, das ist es ja was ich will und ja die ESP32 steht gerade für mich auf top1.
einzig nur was Akku angeht, so viel platz im Dome habe ich nicht für ein Akku bzw, wobei so ein 5V Akku nicht viel platz nehmen würde..

Du könntest innen verdeckt auch einen "Korb" nach unten an den Kopf montieren, der sich mitdreht, wenn Du mehr Platz brauchst.

Gruß Tommy

Strom kannst Du ja durchaus mittels Schleifring übertragen, denn mögliche Unterbrechungen lassen sich mittels Kapazitäten ausgleichen. Nur würde ich eine höhere Spannung (36 V wegen der maximalen Eingangsspannung von StepDowns) wählen, damit der Strom nicht zu groß wird (P = U * I). Wenn Du das mit StepDowns auf die gewünschten Werte reduzierst, sollten die kleineren Spannungen hinreichend stabil sein.