04 Montage: Drucken, Bauen, Verkabeln

Nutzer eines fertigen Geräts können diese Seite überspringen: Das Werk hat das Gerät bereits gedruckt, montiert, verkabelt und geprüft (siehe den Abschnitt zum Werkszustand in index). Befolgen Sie diese Seite nur beim Bau aus Einzelteilen oder beim Austausch von Komponenten.

4.1 Drucken und Prüfen

1. Drucken Sie Grundplatte, Schulter-Servohalterung, Ellenbogen-Servohalterung und obere Strebe (je 1);
2. Prüfen Sie den Umriss der Basis (~88 × 82 mm) und die Gesamthöhe (~68 mm) mit dem Messschieber;
3. Probieren Sie die 25T-Servohörner in ihren Aufnahmen; fixieren Sie sie nur dann mit Schrauben, wenn nichts klemmt;
4. Wiegen Sie jedes gedruckte Teil und tragen Sie das Gewicht gegen hardware/v1/meshes/print_mass_model.json ein.

4.2 Servovorbereitung (Firmware-Nullpunkt und Montage der Servohörner)

1. Zuerst verkabeln und flashen: Verkabeln Sie beide Servos, die IMU, die Servostromversorgung und die gemeinsame Masse gemäß der Tabelle in 4.4 (mechanische Teile noch nicht montiert; die Hauptfirmware benötigt die IMU zum Booten), und flashen Sie dann die Hauptfirmware gemäß Seite 03, Abschnitt 3.1;
2. Zum Firmware-Nullpunkt einschalten: Öffnen Sie die serielle Schnittstelle mit 115200 (serielle Tools / der UartAssist-Download stehen auf Seite 03, Abschnitt 3.3) und schalten Sie ein; nach dem Booten fährt die Firmware beide Servos auf q=0 (Mittenpulse 1681 / 1456 µs). Wenn das Protokoll servo start q: 0.00 0.00 rad und ready; send g to run (oder autorun on: ...) zeigt, stehen die Servos auf dem Nullpunkt;
3. Ausschalten: Unterbrechen Sie die Servostromversorgung (USB darf angeschlossen bleiben) und stellen Sie sicher, dass beide Servos entlastet sind;
4. Servohörner montieren: Montieren Sie das Schulterhorn so, dass der Oberarm senkrecht steht, und das Ellenbogenhorn so, dass der Unterarm mit ihm fluchtet; ziehen Sie die Schrauben fest und prüfen Sie den gesamten Verfahrweg von Hand;
5. Richtungskonvention (entspricht dem Simulator): shoulder +q bewegt den großen Arm in Richtung −Y, elbow +q bewegt den Unterarm in Richtung +X; die Firmware-Vorgaben sind SERVO_SHOULDER_SIGN=-1, SERVO_ELBOW_SIGN=-1.

Die Firmware-Mitten von 1681 / 1456 µs enthalten bereits die Servohorn-Neuindexierung aus der Werkskalibrierung – zählen Sie keine Zähne: Montieren Sie die Servohörner am Firmware-Nullpunkt mit senkrechtem Arm. Alternativ (gleichwertig, optional) tippen Sie e in das serielle Sendefeld und drücken Sie die Eingabetaste, um beide Servos auf die elektrische Mitte von 1520 µs zu bringen und dort zu montieren (siehe Befehlstabelle auf Seite 03); in beiden Fällen erledigt der Befehl z von Seite 05 den abschließenden präzisen Nullpunkt.

Die Montage am Firmware-Nullpunkt ist nur eine grobe Zentrierung (die Servohorn-Verzahnung ist diskret). Der präzise Nullpunkt muss nach vollständiger Montage und dem Flashen der Hauptfirmware (Seite 03) mit dem Nullpunkt-Werkzeug auf Seite 05 gesetzt werden: die visuell senkrechte Pose als q=0 erklären (z verwendet die IMU nicht und funktioniert in jeder Pose), dann die ausgegebenen Pulsweiten in config.h festschreiben und neu flashen. Selbst wenn das Servohorn nicht perfekt montiert wurde, korrigiert diese Nullpunkt-Kalibrierung das; nur wenn auf einer Seite der Verfahrweg fehlt (die Pulsweite bei 500/2500 µs anschlägt), müssen Sie das Servohorn abziehen und neu indexieren. Die Horneinstellung legt fest, wie sich der Verfahrweg auf die beiden Seiten verteilt; die manuellen Firmware-Grenzen (Q_SHOULDER_MIN/MAX) müssen zum realen Verfahrweg passen – erweitern Sie sie nicht. Verschieben Sie nach der Nullpunkt-Kalibrierung alle Sequenz-Wegpunkte wie auf Seite 05 beschrieben, sonst driften die physischen Aufrichtposen.

4.3 Montage von Basis und Arm

1. Verbinden Sie die Grundplatte und die Schulter-Servohalterung mit M3-Schrauben zur Basis (~68 mm hoch);
2. Setzen Sie den Schulter-Servo in die Schulterhalterung ein, das Servohorn nach oben;
3. Befestigen Sie die Ellenbogen-Servohalterung am Schulterhorn und ziehen Sie sie fest (sie bildet den Oberarm); setzen Sie den Ellenbogen-Servo in die Ellenbogenhalterung ein;
4. Verbinden Sie die obere Strebe (Unterarm) mit dem Ellenbogenhorn;
5. Bringen Sie den Arm von Hand in die Senkrechte (q≈0) und bestätigen Sie, dass dies der Servomitte entspricht.

4.4 Verkabelung

Gerät	ESP32-S3-Pin	Adapter	Hinweise
Adapter 3V3	3V3	S1-Signalpin	anderes Ende an IMU VCC (3,3 V)
Schulter-Signal	GPIO4	S4	50 Hz PWM
Ellenbogen-Signal	GPIO5	S5	50 Hz PWM
IMU SDA	GPIO6	S6-Signalpin	anderes Ende an IMU SDA; I²C 0x23, 100 kHz
IMU SCL	GPIO7	S7-Signalpin	anderes Ende an IMU SCL; I²C 0x23, 100 kHz
IMU GND	GND	— (direkt)	gemeinsame Masse
LED (optional)	GPIO2	—	Status-LED
5-V-Stromeingang	5V / GND	—	1-auf-2-Kabel: ein Zweig zum ESP32, einer zum Adapter V+/GND für die Servos
Servostromversorgung	—	V+/GND-Klemme	5 V / ≥5 A; höhere Spannungen nur über diese Klemme, niemals über den ESP32 5V
S2 / S3	—	—	nicht angeschlossen

Hinweise:

• Der Adapter ist ein passiver Durchschleifer: S1/S6/S7 führen 3V3 / SDA / SCL auf ihren Signalpins, S4/S5 führen die Servosignale; prüfen Sie die Reihenfolge V+/GND/Signal an jeder Stiftleiste – verpolte Spannung zerstört Servos oder das Board;
• Halten Sie I²C-Leitungen kurz und fern von Servoleitungen; die Pull-ups des Moduls liegen auf 3,3 V;
• Bei einer 5-V-Versorgung dürfen Sie den ESP32 5V/GND speisen und denselben Versorgungskreis zum Adapter V+/GND für die Servos abzweigen; höhere Spannungen (6 V / 7,4 V) dürfen nur den Adapter V+/GND speisen, und der ESP32 muss über USB versorgt werden;
• Bei einem 5-V-Akku, der den ESP32 speist, darf das Type-C-Kabel eingesteckt bleiben: Im offiziellen DevKitC-1-Schaltplan erreicht jedes USB-VBUS über eine Schottky-Diode das 5V-Netz, sodass keine Rückspeisung erfolgt und USB als Datenverbindung (plus Zusatzstromversorgung) funktioniert. Bei einem Clone-Board ohne diese Diode, oder wenn Sie sie nicht bestätigen können, ziehen Sie beim Flashen den 5-V-Zweig zum ESP32 ab und versorgen ihn über USB (Option 2);
• Stromversorgung beim Debuggen / Flashen (beides ist normal; eines wählen):
  1. Das 5-V-Netzteil versorgt ESP32 und Servos über den Verteiler, USB überträgt nur Daten;
  2. leichter nachzuvollziehen: Ziehen Sie den 5-V-Zweig zum ESP32 ab, versorgen Sie den ESP32 allein über USB und lassen Sie das 5-V-Netzteil nur die Servos speisen. Verwenden Sie Option 2 zum Flashen, für die serielle Überwachung und die Kalibrierung mit c; Option 1 für den eigenständigen Betrieb;
• Lassen Sie bei der ersten Inbetriebnahme die Servos abgeklemmt, prüfen Sie V+-Polarität und -Spannung mit einem Multimeter und testen Sie dann einen Servo, danach beide;
• Verkabelungsreihenfolge: Masse und Signale → 5-V-Versorgung (ESP32 und Servos gemeinsam) → USB für die serielle Schnittstelle bei Bedarf. Beim Ausschalten umgekehrt.

4.5 Einbaulage der IMU

Die IMU wird mit Schrauben an der Basis fixiert (ihre Ausrichtung ist nicht verstellbar), daher aktiviert die Firmware IMU_YAW90 und rechnet den Hochvektor aus dem IMU-Koordinatensystem in Körperkoordinaten um:

up_body = (up_imu.y, -up_imu.x, up_imu.z)

Mechanische Orientierungsprüfung (möglich, sobald die Servos montiert sind, vor dem Einschalten): Anhand der auf dem IMU-Modul aufgedruckten / dokumentierten Achsen

• zeigt die Servo-Abtriebswelle des Schulter-Servos (die Welle, auf der das Servohorn sitzt; auch Hornwelle oder Getriebewelle genannt) zur IMU −Y;
• zeigt die Servo-Abtriebswelle des Ellenbogen-Servos zur IMU +X.

Von unten nach oben sind die beiden Servos Schulter (unten) → Ellenbogen (oben); vertauschen Sie sie beim Montieren der Servohörner oder beim Verkabeln nicht.

Diese beiden Richtungen sind die Schulter- und Ellenbogenachse des Körpers; wenn sie nicht zur Hardware passen, ist die IMU oder eine Servohalterung falsch eingebaut – beheben Sie das vor dem Einschalten.

Prüfen Sie es nach dem Einschalten erneut auf Seite 06: aufrecht ergibt up≈(0, 0, 1); die vier Liegeposen sind in der Tabelle in 6.5 aufgeführt.

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