01 Grundlagen
1.1 Funktionsprinzip
SR-Support ist ein aktives Selbstaufrichtungsgerät mit 2 DOF (Schulter + Ellenbogen):
- Mechanik: ein zweigelenkiger Arm auf einer quadratischen Basis; die Schulter schwenkt um die Längsachse des Körpers und der Ellenbogen klappt den Unterarm ein;
- Sensorik: eine 6-Achsen-IMU liefert das Lage-Quaternion; die Firmware ordnet jeden Sturz anhand des Hochvektors im Körperkoordinatensystem einer von vier Posen zu (
pitch_pos/neg,roll_pos/neg, siehe Seite 06 6.5); - Aktorik: ein Referenzsequenz-Ausführer – jede Pose hat einen Wegpunktplan (20 Ticks pro Wegpunkt, 0,08 rad/Tick Stellrate), der den Arm aufsetzt/abhebelt, um den Körper wieder aufzurichten;
roll_negnutzt zusätzlich Keil-Pumpbewegungen mit dem Ellenbogen und einen Whip-Slam-Fallback; - Fallbacks: 14-s-Timeout, Neuplanung der Pose und automatischer Wiederholungsversuch nach dem Fall-Gate;
roll_negverwendet stufenweise adaptive Haltezeiten und geht zum Einfahren über, sobald es aufrecht steht; - Verifiziert: vier Richtungen stehen direkt in etwa 1–6 s auf; dasselbe Modell treibt die MuJoCo-Simulation und den Live-Zwilling der Hardware an (Seite 08).
1.2 Übersicht
| Element | Spezifikation |
|---|---|
| Basis | ~88 × 82 mm, 68 mm hoch (Grundplatte + Schulter-Servohalterung, 3D-gedruckt) |
| Arm | Schulterachse 56 mm über der Basis, Ellenbogen 40,1 mm über der Schulter; Unterarmstrebe ~17 cm (12-mm-Rohr) |
| Masse | ~133 g (Massentabelle des Modells: Fuß 92,1 / Arm1 20,7 / Arm2 20,1 g, inklusive beider Servos) |
| Schulter | PTK7452MG; manuelle Grenzen [-1.85, +1.82] rad (Gelenkbereich der Simulation [-1.07, +2.07]) |
| Ellenbogen | PTK7452MG; manuelle Grenzen [-0.90, +0.70] rad (mechanisch ~±1,55 rad) |
| Controller | ESP32-S3-DevKitC-1 (Arduino-Framework / PlatformIO) |
| Lageerfassung | Juxi ICM42670P 6-Achsen-IMU (I²C-Adresse 0x23, 100 kHz) |
| Servoansteuerung | ESP32 LEDC, 50 Hz, 14 Bit, 500–2500 µs Pulsweite |
1.3 Stückliste
| Kategorie | Teil | Menge | Hinweise |
|---|---|---|---|
| Struktur | 3D-gedruckt: Grundplatte, Schulter-Servohalterung, Ellenbogen-Servohalterung, obere Strebe | je 1 | PETG oder PLA, 15 % Infill; die Servohörner sind die mit den Servos mitgelieferten |
| Aktorik | PTK7452MG 180° PWM-Servo | 2 | Metallgetriebe, 25T, ~12,2 g, ~3,4 kg·cm bei 6 V |
| Controller | ESP32-S3-DevKitC-1 | 1 | USB-C |
| Sensor | Juxi ICM42670P IMU-Modul | 1 | 3,3-V-Versorgung |
| Adapter | Passive Servo-Adapterplatine | 1 | GPIO → 3-polige Stiftleisten, gemeinsames V+/GND, kein PCA9685 |
| Verkabelung | USB-C-Datenkabel, Dupont-Kabel, Servoverlängerungen | mehrere | — |
| Stromversorgung | Servo-Netzteil 5 V / ≥5 A | 1 | Ein 5-V-Netzteil versorgt ESP32 und Servos über ein 1-auf-2-Kabel (gemeinsame Masse); verifiziert für alle vier Aufrichtrichtungen |