Dr. Klipper Wiki

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====== seKwaI ======
Absolut! Hier ist eine umfassende Projektdokumentation, die alle bisher gesammelten Informationen zusammenfasst und versucht, eine detaillierte Anleitung für Ihr DIY-Segway-Projekt zu geben.

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===== Probleme =====
 
  * BNO085 nicht auf 100Hz gestellt -> Test mit SerialPlot -> Pitch immer 4-5 Werte gleich in der Kurve 
  * Garbage Collector Probleme bei zu komplexen print Anweisungen -> Loop hat immer Spikes -> SerialPlot
  * Motoren verdreht 
  * 1 Motor invertiert
  * Looptime falsch berechnet (es war nicht der ganze Code der Loop in der Zeitberechnung)
  * sleep_ms anstelle von sleep_us -> ungenaue Verzögerung der Looptime !

**Tuning**
The final Step is to Tune the PID loop Kp, Ki & Kd parameters.

A good starting point is to slowly increase Kp until the robot oscillates around the balance point and can catch a fall.
Next, start Kd at around 1% the value of Kp and increase slowly until the oscillations disappear and the robot glides smoothly when pushed.
Finally, start with Ki around 20% of Kp and vary until the robot "overshoots" the setpoint to actively catch a fall and return to vertical.

===== Links =====

  * https://learn.pimoroni.com/article/overclocking-the-pico-2
  * https://github.com/dobodu/BOSCH-BNO085-I2C-micropython-library

**Projektdokumentation: DIY Segway mit RP2350 und MessKi-Integration**

**Version:** 0.1 (Entwurf)
**Datum:** 26. Mai 2025

**1. Projektübersicht und Ziele**

**1.1. Projektidee**
Entwicklung eines selbstbalancierenden, zweirädrigen Fahrzeugs (Segway-ähnlich) unter Verwendung eines Raspberry Pi RP2350 Mikrocontrollers für die Echtzeit-Regelung und der bestehenden "MessKi"-Software für übergeordnete Steuerung, Parametrierung, Datenerfassung und Visualisierung.

**1.2. Kernziele**
*   Realisierung eines funktionierenden, selbstbalancierenden Fahrzeugs.
*   Nutzung von MicroPython auf dem RP2350 für die Regelung.
*   Nahtlose Integration mit der MessKi-Software über eine serielle/USB-Schnittstelle.
*   Implementierung einer sicheren und intuitiven Steuerungsmethode.
*   Modularer Aufbau für einfache Wartung und Erweiterung.

**1.3. Angestrebte Funktionen**
*   Automatische Balance im Stand und während der Fahrt.
*   Steuerung von Geschwindigkeit und Richtung durch den Fahrer.
*   Fahrererkennung als Sicherheitsmerkmal (Dead Man's Switch).
*   Übertragung von Telemetriedaten (Neigungswinkel, Geschwindigkeit, Batteriestatus etc.) an MessKi.
*   Empfang von Steuerparametern (z.B. PID-Werte, Geschwindigkeitslimits) von MessKi.
*   Live-Visualisierung der Segway-Daten über das MessKi-Webinterface.
*   Logging von Fahr- und Sensordaten für Analyse und Optimierung.
*   Not-Aus-Funktion.

**2. Systemarchitektur**

**2.1. Komponentenübersicht**
*   **Fahrzeugbasis:** Rahmen, Räder (Hoverboard), Standplattform.
*   **Antriebseinheit:** 2x Hoverboard-Motoren mit integrierten Encodern, 2x Hoverboard-Motorcontroller.
*   **Sensorik:** IMU (BNO085), Fahrererkennungssensoren.
*   **Steuereinheit (Low-Level):** Raspberry Pi RP2350.
*   **Steuereinheit (High-Level & UI):** PC/Server mit laufender MessKi-Software.
*   **Kommunikationslink:** USB-Kabel (RP2350 als CDC-Device <-> MessKi-Host).
*   **Stromversorgung:** Hoverboard-Batterie, Step-Down-Konverter für RP2350 & Sensorik.

**2.2. Aufgabenverteilung**

*   **RP2350 (Echtzeit-Controller, MicroPython):**
    *   Auslesen des BNO085 IMU-Sensors (Neigung, Winkelgeschwindigkeit).
    *   Implementierung des Balance-Algorithmus (PID-Regler) mit hoher Frequenz (Ziel: >100 Hz).
    *   Auslesen der Fahrererkennungssensoren.
    *   Auslesen der Lenk-Input-Sensoren (Drucksensoren oder Potentiometer).
    *   Berechnung der Motorsteuerbefehle basierend auf Balance, Fahrer-Input und MessKi-Befehlen.
    *   Ansteuerung der Hoverboard-Motorcontroller über UART.
    *   Implementierung von Sicherheitslimits (max. Neigung, max. Geschwindigkeit).
    *   Serielle Kommunikation mit MessKi:
        *   Senden von Telemetriedaten (Winkel, Geschwindigkeit, Batteriestatus, Motorströme, etc.).
        *   Empfangen und Verarbeiten von Steuerbefehlen (Soll-Geschwindigkeit) und Parametern (PID-Werte, Limits) von MessKi.
        *   Durchführen von Kalibrierungsroutinen.
*   **MessKi (High-Level Steuerung, Monitoring, UI, Konfiguration):**
    *   Benutzerschnittstelle (Web-Frontend) für:
        *   Anzeige von Live-Telemetriedaten (Winkel, Geschwindigkeit, etc.).
        *   Einstellen von Parametern (PID-Gains, Max-Speed, Max-Tilt).
        *   Auslösen von Kalibrierungsroutinen auf dem RP2350.
        *   Gamepad-Interface zur optionalen, indirekten Steuerung (z.B. Setzen einer Soll-Geschwindigkeit, *nicht* direkte Balance-Lenkung).
    *   Neues MessKi-Gerät "SegwayInterface":
        *   Nutzt `SerialInput` oder `SCPIUsbInput` für die Kommunikation mit dem RP2350.
        *   Definiert Channels und Measures für alle relevanten Segway-Daten.
        *   Implementiert `@device_action`-Methoden zum Senden von Befehlen/Parametern an den RP2350.
    *   Datenausgabe über `WebSocketOutputHandler` an das Frontend.
    *   Datenspeicherung über `CsvOutputHandler` für Analysen.
    *   Logging von Systemereignissen und Fehlern.

**3. Hardwarekomponenten**

**3.1. Mikrocontroller: Raspberry Pi RP2350**
*   **Board:** Raspberry Pi Pico W (oder ein anderes RP2350-Board).
*   **Vorteile:** Ausreichend Rechenleistung (Dual Cortex-M0+ mit FPU), genug GPIOs, ADC-Eingänge, I2C- und UART-Schnittstellen, gute MicroPython-Unterstützung.
*   **Anschluss:** Über USB an den MessKi-Host-PC.

**3.2. Inertial Measurement Unit (IMU): Bosch BNO085**
*   **Modul:** Breakout-Board mit BNO085.
*   **Vorteile:** Hochintegrierte Sensor-Fusion-Algorithmen (Hillcrest/CEVA SH-2), liefert stabile Orientierungsdaten (Quaternionen, Eulerwinkel), entlastet den RP2350. Höhere Update-Raten und oft bessere Kalibrierung als BNO055.
*   **Anschluss:** Über I2C an den RP2350.
*   **Bibliothek:** [dobodu/BOSCH-BNO085-I2C-micropython-library](https://github.com/dobodu/BOSCH-BNO085-I2C-micropython-library)

**3.3. Motorisierung: Hoverboard-Motoren und -Controller**
*   **Komponenten:** 2x Standard Hoverboard-Radnabenmotoren (meist BLDC mit Hallsensoren) und die zugehörigen Hoverboard-Motorcontroller-Platinen (oft zwei separate oder eine kombinierte).
*   **Ansteuerung:** Die Motorcontroller werden typischerweise über UART mit einem spezifischen seriellen Protokoll angesteuert. Das Protokoll beinhaltet oft Befehle für Geschwindigkeit/Drehmoment für jedes Rad.
    *   Ihr `HopfNRoll`-Projekt ist hier eine wertvolle Referenz für das Protokoll.
*   **Verbindung zum RP2350:** Über eine UART-Schnittstelle des RP2350.
    *   **Level Shifter:** Unbedingt erforderlich, wenn die Hoverboard-Controller mit 5V Logikpegel arbeiten und der RP2350 mit 3.3V. Ein bidirektionaler Level-Shifter für TX/RX ist notwendig.

**3.4. Fahrererkennung: Fußschalter / Drucksensoren**
*   **Variante A (einfach): Fußschalter**
    *   2x robuste Mikroschalter oder Endschalter.
    *   Montage unter den Fußpads, sodass sie bei Belastung schließen.
    *   Anschluss an digitale GPIO-Pins des RP2350 (mit internem oder externem Pull-up/-down Widerstand).
*   **Variante B (fortgeschritten): Drucksensoren (FSRs)**
    *   2x oder 4x Force Sensitive Resistors (FSRs).
    *   Montage unter den Fußpads.
    *   Anschluss an ADC-Eingänge des RP2350 (oft über einen Spannungsteiler).
    *   Ermöglicht eine feinere Erkennung und potenziell eine gewichtsbasierte Steuerung.
*   **Ziel:** Motoren nur aktivieren, wenn beide Fußpads belastet sind.

**3.5. Lenkmechanismus (Optionen)**
*   **Option A: Drucksensoren (wie 3.4B, erweitert für Lenkung)**
    *   Mindestens ein FSR pro Fußpad, besser zwei (vorne/hinten) pro Pad.
    *   Software interpretiert differentielle Druckverteilung zwischen linkem/rechtem Fuß und vorderem/hinterem Bereich der Pads als Lenkimpuls.
*   **Option B: Lenkstange mit Potentiometer**
    *   Mechanische Konstruktion einer neigbaren Lenkstange.
    *   Ein Dreh-Potentiometer (z.B. 10kΩ linear) erfasst den Neigungswinkel der Stange.
    *   Potentiometer an einen ADC-Eingang des RP2350.
*   **Option C: Joystick direkt am RP2350 (weniger empfohlen für die Hauptlenkung)**
    *   Ein kleiner analoger Thumbstick, montiert an einer Festhalte-Struktur.
    *   X-Achse des Joysticks an einen ADC-Eingang.

**3.6. Stromversorgung**
*   **Hauptbatterie:** Standard Hoverboard Li-Ion Akku (typ. 36V, 10S).
*   **RP2350-Versorgung:** Step-Down (Buck) Konverter-Modul, das die 36V der Hauptbatterie auf stabile 5V (für USB-Power-Input des Pico) oder direkt 3.3V (für VSYS-Pin des Pico) reduziert.
    *   Der Konverter muss den Strombedarf des RP2350, der IMU und ggf. anderer 3.3V-Komponenten decken können.
*   **Verkabelung:** Geeignete Kabelquerschnitte, Sicherungen für den Hauptstromkreis und den Step-Down-Konverter.

**3.7. Optionale Komponenten**
*   Status-LEDs (für Betriebszustand, Fehler, Kalibrierung) direkt am RP2350.
*   Ein kleiner Summer für akustische Signale.
*   Not-Aus-Schalter (Hardware), der die Stromzufuhr zu den Motoren unterbricht.

**3.8. Materialliste (geschätzt, ohne Hoverboard-Basis)**
*   Raspberry Pi RP2350 (Pico W oder ähnliches)
*   BNO085 Breakout-Board
*   2-4x Fußschalter oder FSRs
*   Step-Down Konverter (36V -> 5V/3.3V)
*   Bidirektionaler Level Shifter (3.3V <-> 5V, falls nötig für Hoverboard UART)
*   Potentiometer (für Option 3.5B) oder Joystick-Modul (Option 3.5C)
*   Kabel, Steckverbinder (JST, Dupont etc.), Schrumpfschlauch
*   Lochrasterplatine oder kleine Prototyping-Platine
*   Gehäuse für Elektronik
*   Material für Rahmen/Plattform (Holz, Aluminiumprofile)

**4. Software-Implementierung: RP2350 (MicroPython)**

**4.1. Entwicklungsumgebung**
*   Thonny IDE oder VS Code mit MicroPython-Erweiterung (z.B. Pico-W-Go).
*   REPL-Zugriff über USB-Serial für direktes Testen und Debugging.

**4.2. Softwarestruktur (RP2350)**
*   `main.py`: Hauptprogramm, Initialisierung, Start der asynchronen Tasks.
*   `bno085_handler.py` (oder ähnlich): Kapselt die Logik für die BNO085-Bibliothek, liefert aufbereitete Winkeldaten.
*   `hoverboard_protocol.py`: Implementiert das Senden von Befehlen an die Hoverboard-Controller (inkl. Checksumme).
*   `pid_controller.py`: Klasse oder Funktionen für den PID-Regler.
*   `config.py`: Speichert Kalibrierwerte, PID-Konstanten (ggf. aus Flash geladen).
*   `utils.py`: Hilfsfunktionen (z.B. Quaternion-zu-Euler-Umrechnung, Mapping-Funktionen).
*   Asynchrone Tasks (`uasyncio`):
    *   `balance_loop()`: Hauptregelkreis (IMU lesen, PID, Motoren ansteuern).
    *   `messki_communication_loop()`: Kommunikation mit MessKi.
    *   Optional: `sensor_read_loop()`: Wenn IMU-Auslesung oder andere Sensorik komplexer ist und separat laufen soll.

**4.3. IMU-Integration (BNO085)**
*   Einbindung der `BOSCH-BNO085-I2C-micropython-library`.
*   Konfiguration der I2C-Schnittstelle auf dem RP2350.
*   Initialisierung des BNO085.
*   Aktivierung des benötigten Sensor-Reports (z.B. `BNO_REPORT_GAME_ROTATION_VECTOR` für Neigung ohne Magnetfeldeinfluss oder `BNO_REPORT_ROTATION_VECTOR` für 9-Achsen-Fusion).
*   Implementierung einer Funktion `get_raw_bno_pitch_from_sensor()`, die den rohen Pitch-Winkel (oder den relevanten Neigungswinkel) vom Sensor liefert. Dies erfordert das Parsen der Daten aus dem Report der Bibliothek.
*   Implementierung der Kalibrierungsroutine (siehe 4.10).

**4.4. Balance-Algorithmus (PID-Regler)**
*   Implementierung einer PID-Reglerfunktion oder -klasse.
    *   Eingang: `current_calibrated_tilt_angle`, `target_angle` (sollte 0.0 nach Kalibrierung sein).
    *   Ausgang: Korrekturwert für die Motorgeschwindigkeit.
*   Parameter `KP`, `KI`, `KD` (Proportional, Integral, Derivative Anteile).
*   Berechnung des Fehlers: `error = target_angle - current_calibrated_tilt_angle`.
*   Berechnung des Integral-Terms (Summe der Fehler über Zeit), inkl. Anti-Windup.
*   Berechnung des Differential-Terms (Änderungsrate des Fehlers).
*   Loop-Zeit (`dt`) muss berücksichtigt werden.
*   `pid_output = (KP * error) + (KI * integral_error) + (KD * derivative_error)`.
*   **Tuning:** Die PID-Werte müssen experimentell ermittelt werden. Starten Sie mit kleinem P, dann D, dann I.

**4.5. Motoransteuerung (Hoverboard-Controller)**
*   Konfiguration der UART-Schnittstelle des RP2350.
*   Implementierung der Funktion `send_hoverboard_command(left_speed, right_speed)`:
    *   Nimmt Soll-Geschwindigkeitswerte für linken und rechten Motor (z.B. -1000 bis +1000).
    *   Erzeugt das korrekte serielle Datenpaket gemäß Hoverboard-Protokoll.
    *   Berechnet und fügt die erforderliche Checksumme hinzu.
    *   Sendet das Paket über UART an die Motorcontroller.

**4.6. Fahrererkennung**
*   Funktion `is_rider_present()`:
    *   Liest die Zustände der Fußschalter-GPIOs oder die Werte der FSR-ADCs.
    *   Gibt `True` zurück, wenn ein Fahrer erkannt wird (z.B. beide Schalter gedrückt / ausreichender Druck auf FSRs).
    *   Wichtig: Der `balance_loop` darf die Motoren nur aktivieren, wenn ein Fahrer präsent UND das System kalibriert ist.

**4.7. Lenkungslogik**
*   Funktion `read_steering_input_locally()`:
    *   Liest die Werte der Lenksensoren (Drucksensoren oder Potentiometer).
    *   Wandelt die Rohwerte in einen normalisierten Lenkbefehl um (z.B. -1.0 für voll links, 0.0 für geradeaus, +1.0 für voll rechts).
*   Integration in `balance_loop()`:
    *   `steer_effect = normalized_steer_input * STEER_SENSITIVITY`.
    *   `left_motor_cmd = base_speed_command - steer_effect`.
    *   `right_motor_cmd = base_speed_command + steer_effect`.
    *   `base_speed_command` kommt vom PID-Regler und dem Geschwindigkeits-Sollwert von MessKi.
    *   `STEER_SENSITIVITY` muss experimentell abgestimmt werden.

**4.8. Kommunikation mit MessKi (Protokoll)**
*   RP2350 agiert als serielles Gerät (USB CDC).
*   **RP2350 -> MessKi (Telemetrie):**
    *   Regelmäßiges Senden von Datenpaketen, z.B. als ASCII-Zeilen oder JSON-Strings.
    *   Format: `KEY1=VALUE1,KEY2=VALUE2\n` oder `{"tilt": 1.23, "vbat": 35.8}\n`
    *   Beispiele für Daten: `calibrated_tilt_angle`, `raw_pitch`, `motor_left_cmd`, `motor_right_cmd`, `battery_voltage` (falls messbar), `rider_present_status`, `current_steer_input`, `pid_error`, `pid_integral`, `pid_derivative`, `pid_output`.
*   **MessKi -> RP2350 (Befehle/Parameter):**
    *   Format: `CMD:ACTION=VALUE\n` oder `SET:PARAM=VALUE\n`
    *   Beispiele:
        *   `CMD:SPEED=200` (Soll-Geschwindigkeit für Vorwärts/Rückwärts)
        *   `SET:KP=12.5`
        *   `SET:MAX_TILT=20.0`
        *   `CMD:CALIBRATE_NOW`
        *   `CMD:EMERGENCY_STOP`
    *   Funktion `process_messki_command(command_str)` auf dem RP2350 zum Parsen und Anwenden.

**4.9. Sicherheitsfunktionen und Fehlerbehandlung**
*   **Maximale Neigung:** Wenn `calibrated_tilt_angle` einen kritischen Wert überschreitet (z.B. > 25-30 Grad), Motoren sofort abschalten oder sanft herunterregeln.
*   **IMU-Fehlererkennung:** Wenn `get_tilt_angle()` `None` zurückgibt oder Fehler signalisiert, Motoren stoppen.
*   **Fahrer nicht präsent:** Motoren sofort stoppen.
*   **Kommunikationsverlust zu MessKi:** Nach einer bestimmten Zeit ohne "Heartbeat" oder Befehl von MessKi in einen sicheren Zustand gehen (z.B. Stopp).
*   **Batterie-Unterspannung:** Motoren abschalten, um Tiefentladung zu verhindern (falls Batteriespannung gemessen wird).

**4.10. Kalibrierungsroutinen**
*   **Winkel-Offset-Kalibrierung:**
    *   Funktion `calibrate_level_procedure()` wie zuvor besprochen.
    *   Auslösbar über Taster am Segway oder Befehl von MessKi.
    *   Speichern des `ANGLE_OFFSET` im Flash (`config.py` oder separate Datei).
    *   Laden des Offsets beim RP2350-Start.
*   **Lenkungs-Kalibrierung (falls nötig):**
    *   Für Potentiometer: Mittelstellung und Maximalausschläge erfassen.
    *   Für Drucksensoren: Ruhewerte und Werte bei maximaler Belastung/Neigung erfassen.

**5. Software-Implementierung: MessKi-Integration**

**5.1. Neues MessKi-Gerät: "SegwayInterface"**
*   **Config (`SegwayConfig(DeviceConfigBase)`):**
    *   `device_class: Literal["SegwayInterface"] = "SegwayInterface"`
    *   `name: str = "RP2350 Segway Controller"`
    *   `input_configs`: Liste, die eine `SerialInputConfig` für den USB-Port des RP2350 enthält (Port muss vom Benutzer eingestellt werden).
    *   `active_input_uuid`: UUID der `SerialInputConfig`.
    *   Felder für Standard-PID-Werte, Max-Speed, Max-Tilt, die beim Start an den RP2350 gesendet werden können.
    *   `fetch_interval_sec`: Wie oft MessKi aktiv Daten vom RP2350 anfordert (falls Pull-Mechanismus) oder Verarbeitungsintervall für empfangene Daten. Eher gering halten, da RP2350 von sich aus senden sollte.
*   **Handler (`SegwayHandler(DeviceBase)`):**
    *   `_activate()`: Stellt sicher, dass der serielle Port geöffnet ist. Sendet ggf. initiale Konfigurationsparameter an den RP2350.
    *   `_run_device_task()`:
        *   Liest kontinuierlich Daten vom seriellen Input (`await self._read_from_active_input()`).
        *   Parst die empfangenen Telemetrie-Strings/JSONs vom RP2350.
        *   Aktualisiert die entsprechenden Measures in den MessKi-Channels.
        *   Holt Gamepad-Daten vom `GamepadHandler`.
        *   Berechnet daraus eine Soll-Geschwindigkeit (z.B. Vorwärts/Rückwärts basierend auf einem Stick). **Wichtig: Die feine Balance-Lenkung geschieht auf dem RP2350! MessKi liefert nur den "Wunsch" des Fahrers.**
        *   Sendet die Soll-Geschwindigkeit (und ggf. grobe Lenkrichtung, falls gewünscht, aber eher nicht für Balance) an den RP2350.
    *   `@device_action` Methoden:
        *   `set_pid_gains(kp: float, ki: float, kd: float)`: Sendet `SET:KP=...` etc. an RP2350.
        *   `set_max_speed(speed: int)`
        *   `set_max_tilt_angle(angle: float)`
        *   `trigger_calibration()`: Sendet `CMD:CALIBRATE_NOW` an RP2350.
        *   `send_emergency_stop()`: Sendet `CMD:EMERGENCY_STOP`.
        *   `send_target_speed(speed: int)` (intern von `_run_device_task` genutzt oder als Action).

**5.2. Input-Handler Konfiguration (Serial/USB)**
*   In der `SegwayConfig` wird eine `SerialInputConfig` definiert.
*   Der `port` muss vom Benutzer in MessKi auf den korrekten virtuellen COM-Port / `/dev/ttyACMx` des RP2350 eingestellt werden.
*   Baudrate, etc. müssen mit den Einstellungen auf dem RP2350 übereinstimmen.
*   `read_mode` in MessKi sollte "readline" sein, wenn der RP2350 mit Newline terminiert. `terminator` entsprechend setzen (z.B. `\n`).

**5.3. Channel- und Measure-Definitionen in MessKi (für `SegwayConfig`)**
*   **Channel "Segway Telemetry":**
    *   `TiltAngle` (NumericMeasure, Einheit: Grad)
    *   `AngularVelocity` (NumericMeasure, Einheit: Grad/s)
    *   `BatteryVoltage` (NumericMeasure, Einheit: V)
    *   `MotorLeftSpeed` (NumericMeasure, Einheit: RPM oder Einheit vom RP2350)
    *   `MotorRightSpeed` (NumericMeasure, Einheit: RPM oder Einheit vom RP2350)
    *   `RiderPresent` (StringMeasure oder NumericMeasure: "JA"/"NEIN" oder 1/0)
    *   `SteeringInputRaw` (NumericMeasure, Rohwert vom Lenksensor)
    *   `PIDError` (NumericMeasure)
    *   `PIDOutput` (NumericMeasure)
    *   `RP2350Status` (StringMeasure, z.B. "BALANCING", "CALIBRATING", "ERROR")
*   **Channel "Control Outputs":**
    *   `TargetSpeedToRP` (NumericMeasure, von MessKi an RP2350 gesendet)
    *   `TargetSteerToRP` (NumericMeasure, falls MessKi auch Lenkimpulse sendet)
*   **Channel "PID Parameters":**
    *   `Param_KP` (NumericMeasure, spiegelt den Wert auf dem RP2350 wider, lesend)
    *   `Param_KI` (NumericMeasure)
    *   `Param_KD` (NumericMeasure)
*   Outputs: `WebSocketOutputHandler` für alle relevanten Channels, `CsvOutputHandler` für Telemetrie.

**5.4. Steuerung über MessKi (Gamepad, API)**
*   Das Gamepad in MessKi wird *nicht* für die direkte Links/Rechts-Balance-Lenkung verwendet.
*   Es kann verwendet werden, um eine **Soll-Geschwindigkeit** (vorwärts/rückwärts) an den RP2350 zu senden. Der `_run_device_task` im `SegwayHandler` würde z.B. den Y-Achsenwert eines Sticks lesen und als `CMD:SPEED=...` an den RP2350 senden.
*   Die API-Endpunkte (`@device_action`) ermöglichen das Setzen von Parametern (PID, Limits) und das Auslösen von Aktionen (Kalibrierung, Not-Aus).

**5.5. Datenvisualisierung und -logging**
*   MessKi-Webfrontend zeigt Live-Werte aus den "Segway Telemetry"-Measures an.
*   Grafische Darstellung von Neigungswinkel, Geschwindigkeiten etc.
*   CSV-Logging für spätere Analyse der Fahrdynamik und PID-Abstimmung.

**6. Mechanische Konstruktion**

**6.1. Rahmen und Plattform**
*   Stabiler Rahmen, der die Hoverboard-Achsen/Motoren aufnimmt.
*   Eine Plattform für den Fahrer, die ausreichend Platz bietet und die Montage der Fußschalter/Drucksensoren ermöglicht.
*   Materialien: Aluminiumprofile, Multiplex-Holz, Stahl (je nach verfügbaren Mitteln und Fähigkeiten).
*   Schwerpunkt beachten: Der Gesamtschwerpunkt (Fahrer + Segway) sollte sich möglichst über der Radachse befinden.

**6.2. Montage der Komponenten**
*   RP2350, BNO085, Step-Down-Konverter, Level-Shifter in einem geschützten Gehäuse unterbringen.
*   BNO085 möglichst nahe am Drehzentrum (Radachse) und vibrationsarm montieren. Die genaue Ausrichtung (X, Y, Z Achsen) muss in der Software berücksichtigt werden.
*   Sichere Montage der Batterie.

**6.3. Lenkmechanismus (falls zutreffend)**
*   **Drucksensoren:** Sauber unter den Fußpads integrieren, sodass sie zuverlässig auf Gewichtsverlagerung reagieren.
*   **Lenkstange:** Stabile Lagerung der Drehachse, spielfreie Verbindung zum Potentiometer/Encoder. Endanschläge für die Lenkstange vorsehen.

**6.4. Verkabelung und Stromverteilung**
*   Sorgfältige Verkabelung mit ausreichenden Querschnitten, besonders für die Motorcontroller und die Hauptbatterie.
*   Zugentlastung für alle Kabel.
*   Übersichtliche Stromverteilung mit Sicherungen.
*   Gute Abschirmung für Signalleitungen (IMU, UART), um Störungen zu vermeiden.

**7. Testplan und Inbetriebnahme**

**SEHR WICHTIG: Bei allen Tests mit Motorkraft äußerste Vorsicht walten lassen! Das Segway muss immer gesichert sein, um unkontrolliertes Wegfahren oder Umkippen zu verhindern! Beginnen Sie mit aufgebockten Rädern.**

**7.1. Modultests (RP2350)**
*   **BNO085:** Daten auslesen, Winkelberechnung prüfen, Kalibrierung testen. Ausgabe über Serial an PC.
*   **Hoverboard-Controller:** Serielle Befehle senden, Motoren manuell drehen lassen (langsam!), Drehrichtung prüfen.
*   **Fahrererkennung:** Funktion der Schalter/FSRs prüfen.
*   **Lenksensorik:** Rohwerte der Drucksensoren/Potis auslesen und prüfen.

**7.2. Statische Balance-Tests (gesichert)**
*   Segway aufbocken, sodass die Räder frei drehen können, aber das Gestell nicht umkippen kann.
*   Fahrererkennung aktivieren (Gewichte auf Pads).
*   Balance-Regler (PID) aktivieren.
*   **Ziel:** Die Räder sollten versuchen, die Plattform horizontal zu halten, wenn sie manuell leicht geneigt wird.
*   PID-Tuning beginnen:
    1.  Nur P-Anteil (I und D auf 0): P erhöhen, bis leichte Oszillationen auftreten. Dann P etwas reduzieren.
    2.  D-Anteil hinzufügen: D erhöhen, um Oszillationen zu dämpfen.
    3.  I-Anteil hinzufügen (vorsichtig): I erhöhen, um statische Fehler auszugleichen.
    *   Iterativ vorgehen!

**7.3. Dynamische Balance-Tests (mit Fahrer, SEHR GUT GESICHERT!)**
*   Personen zum Sichern bereitstellen! Langsam beginnen.
*   In einem Bereich mit viel Platz und ohne Hindernisse.
*   Schutzausrüstung tragen (Helm!).
*   Feintuning der PID-Werte.
*   Testen der Reaktion auf leichte Störungen.

**7.4. Lenkungstests**
*   Wenn Balance grundlegend funktioniert, Lenklogik aktivieren.
*   Zuerst bei sehr langsamer oder keiner Vorwärtsbewegung testen.
*   `STEER_SENSITIVITY` anpassen für ein angenehmes Lenkverhalten.

**7.5. MessKi-Integrationstests**
*   RP2350 mit MessKi verbinden.
*   Prüfen, ob Telemetriedaten korrekt in MessKi angezeigt werden.
*   Testen der Parameteränderung über MessKi (PID-Werte, Limits).
*   Testen der Soll-Geschwindigkeitsvorgabe von MessKi an RP2350.

**7.6. Sicherheitsüberprüfungen**
*   Funktion der Fahrererkennung unter allen Bedingungen.
*   Reaktion auf maximale Neigung.
*   Not-Aus-Funktion.
*   Verhalten bei niedrigem Batteriestand.

**8. Mögliche Erweiterungen und Zukünftige Arbeiten**
*   Verbesserte Sensor-Fusion-Algorithmen (falls nicht BNO085).
*   Adaptiver PID-Regler.
*   Energierückgewinnung beim Bremsen (Hoverboard-Controller unterstützen das oft).
*   Integration von GPS für Tracking.
*   Fortgeschrittenere Fahrmodi (z.B. Sport, Eco).
*   Hinderniserkennung.

**9. Sicherheitshinweise (SEHR WICHTIG!)**

*   **Dies ist ein potenziell gefährliches Projekt!** Ein unkontrolliertes Segway kann schwere Verletzungen verursachen oder Sachschäden anrichten.
*   **Arbeiten Sie immer mit größter Vorsicht!**
*   **Tragen Sie immer geeignete Schutzausrüstung** (Helm, Knie-/Ellbogenschützer) bei Testfahrten.
*   **Sichern Sie das Segway bei Tests immer**, besonders in der Anfangsphase (z.B. aufbocken, Haltevorrichtungen, zweite Person).
*   **Implementieren Sie mehrere Sicherheitsebenen** (Fahrererkennung, Neigungslimits, Not-Aus).
*   **Beginnen Sie mit niedrigen Geschwindigkeiten und geringer Leistung.**
*   **Testen Sie in einem sicheren, freien Bereich ohne Hindernisse oder andere Personen.**
*   **Seien Sie sich der Grenzen Ihrer Fähigkeiten und der Hardware bewusst.**
*   **Lithium-Ionen-Akkus erfordern sorgfältigen Umgang!** Kurzschlüsse und Überladung vermeiden. Brandschutz beachten.
*   **Übernehmen Sie die volle Verantwortung für Ihr Projekt und dessen Betrieb.**

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Diese Dokumentation ist ein umfangreicher Leitfaden. Beginnen Sie mit kleinen, überschaubaren Schritten und testen Sie jede Komponente gründlich, bevor Sie sie integrieren. Das Debugging und Tuning des Balance-Reglers wird die meiste Zeit in Anspruch nehmen.

Viel Erfolg bei diesem spannenden Vorhaben!