Einstieg in den Roboterbau

[Teckno]

Hallo allerseits,

Ich bin Maschinenbaustudent im zweiten Semester an einer technischen Universität und möchte über den Sommer gerne in den Roboterbau einsteigen. Ich habe keinerlei praktische Erfahrung in Richtung Maschinenbau/Mechatronik, will das jedoch ändern. Vor allem in der Elektrotechnik habe ich beispielsweise Probleme damit, den Aufbau und die Funktionsweise von Schaltungen zu verstehen, mit der Theorie jedoch (Ohm'sches Gesetz / Kirchhoffsche Regeln etc.) habe ich keine so großen Schwierigkeiten. Ich kann auch nachvollziehen wie einzelne elektronische Bauelemente funktionieren und welche physikalischen Gesetze dem zu Grunde liegen. Sobald man diese Elemente jedoch in eine Schaltung einbaut kann ich nicht mehr nachvollziehen, was da genau passiert. Ich bin bestrebt genau dies zu ändern. Ich möchte aus sehr großem Interesse heraus, praktische Erfahrung sammeln und vor allem meine Kreativität in diese Richtungen ausbauen. Beginnen würde ich mit einfachen Roboterbausätzen und mich dann weiter steigern . Mein Ziel ist es einfach irgendwann dazu im Stande zu sein kleine Roboter eigenständig zu bauen(Das betrifft den ganzen Entstehungsprozess von der Idee bis zum fertigen Roboter hin). Soll dann einfach so ein kleines Hobby sein neben dem Studium, da es mich immer wieder fasziniert was andere Menschen, die teilweise nichtmal was in diese Richtung studieren, da zusammenbringen. Was wäre in diesem Fall der beste Einstieg? Ich freue mich auf jeden Tipp und hoffe, dass ich meine Frage halbwegs verständlich formuliert habe .

LG Teckno

[i_make_it]

Hallo,
Maschinenbaustudent und keine praktische Erfahrung in Richtung Maschinenbau.
Heist das jetzt Du bist direkt vom Gyminasium ins Studium oder unterscheidest Du zwichen einer Metallausbildung und Maschbinenbau?

Roboter kann man ja unterschiedlich defineren.
Im Maschinenbau werden darunter üblicherweise Industrieroboter verstanden.
Im Hobbybereich sind es oft mobile autonome Roboter.

Die erste Entscheidung ist also wo soll es zuerst hingehen (Roboterarm oder mobiler Roboter)
Bei der Elektronik kann man sich zum Beispiel einmal an die Digitalelektronik rantasten und wenn man da etwas sattelfest ist in die Analogtechnik einsteigen.
Hilfreich ist da oft sich kleine Schaltungen für Hilfsmittel selbst zu bauen.
Z.B. einen Wechselblinker (astabile Kippstufe/Multivibrator) Da dann die Frequenz bis in den hörbaren Bereich verschieben indem man die Frequenzbestimmenden Kondensatoren und Wiederstände verändert (Piezosummer).
Dann kann man sich z.B. einen Durchgangsprüfer daraus bauen.

[Teckno]

Hallo
Danke für die schnelle Antwort. Ich war auf einem Gymnasium und habe wirklich keinerlei Erfahrung. Im Studium bin ich bis jetzt aber dennoch auf kein Fach gestoßen, wo sich Kollegen mit Praxiserfahrung signifikant leichter getan haben als ich, die Theorie im Studium scheint dann doch noch einmal etwas ganz anderes zu sein als die Praxis an sich. Ich hätte mir unter einem Roboter eigentlich beides vorgestellt. Anfangen würde ich aber derzeit eher mit einem Roboterarm. Und ich würde gerne gleichzeitig in den Modell/-Roboterbau und in die Elektronik einsteigen, wenn es aber besser ist die Elektronik an sich zuerst anzugehen, würde ich das ebenfalls machen. Da ich aber keine Ahnung von dem Ganzen habe, wüsste ich nicht was geeignete Bausätze wären. Da wäre ich über jeden Vorschlag dankbar.

LG Teckno

[Feuerring]

Hallo Teckno,

Ein Einstieg im Bereich Roboter ohne praktische Erfahrungen, ist schon nicht ohne ...

Als erstes brauchst Du ein genau definiertes Ziel, also ein Projekt mit entsprechender Beschreibung (Pflichten-Heft)

Dann solltest Du Dir überlegen ob du auf Bausätze / Module zurückgreifen möchtest oder alles selber machen möchtest ...
Ohne Löt-Erfahrungen und ohne Kenntnisse im Bereich Elektronik wird zweiteres so nicht zu einem Erfolg führen, da braucht man schon ein gewisses Maß an Erfahrungen.

Also bleiben nur Bausätze, wo man die Elektronik Komponenten möglichst nur zusammenstecken muss ...

[i_make_it]

Die Praxis nutzt später im Beruf unheimlich. Leider habe ich schon oft erlebt, das Praktiker mit Studium die besseren Ingeneure abgeben.
Das eine Praxissemester ist meist nicht ausreichend um sich genug Praxiswissen anzueignen.
Von daher ist es schon von vorteil wenn Du Dich jetzt schon mit Sachen befasst die im Studium vermutlich zu kurz kommen werden.
Einen Arm zu bauen, hat den Vorteil das viel Mechanik vorkommt.
Aber wie mein Vorredner schon schreibt, da muß man planvoll und systemtisch rangehen wenn es keine totgeburt werden soll.
Also am besten nach VDI 2221 und VDI 2222 vorgehen (wie halt im Maschinenbau üblich)

Ich rate Dir allerdings, einen Roboterarm als Langzeitprojekt zu betrachten.
Autonome Mobile Roboter sind vom Aufwand und vom Umfang eher besser geeignet dich in Elektronik, Sensortechnik, Regelungstechnik und Programmieren einzuarbeiten.

Den Anfang könnte z.B. ein analoger Lichtfolger/Linienfolger machen.
Bsp.:
http://www.realschule-tamm.de/filead...r__02_2012.pdf
Danach baut man das Verhalten mit einem Mikrokontroller als Steuerung nach.
Das Modell kann man dann um weitere Funktionen erweitern.
Z.B. Kollisionserkennung duch Bumper, Abstands-/Annäherungserkennung per IR(Sharp) oder US. (IR = Infrarot, US= Ultraschall), Odometrie (Positions- und Drehzahlregelung von Motoren).
So kann man auch in der Regelungstechnik mit Gradeausfahrt (Gantry Achse/Digitale Königswelle) und Kurvenfahrt (Bahnsteuerung über 2 Antriebe).
Bis hin zur Verortung und Kartierung zu wirklich komplexen Systemen vorstoßen.

Und das da gelernte kann man direkt im Studium und für die Entwicklung eines Roboterarms nutzen.

Man kann auch einen kleinen Roboterarm mit Modelbauservos bauen, aber mit Blick auf dein Studienziel rate ich davon ab.


Auch als Anfänger ist man nicht auf Bausätze angewiesen, grade hinsichtlich Deines Ziels mehr in die Elektronik einzutauchen kann das eher nach hinten losgehen.
Man hat ein von (hoffentlich) Fachleuten entwickeltes komplexes Fertigprodukt da wird das mit dem Verständniss nicht grade leichter.
Das ist dann eher so wie wenn man einem Erstklässler "Krieg und Frieden" oder "Faust" gibt um Lesen und Schreiben zu lernen.
Das Vorgehen mit dem ABC und einfachen Sätzen ist da doch besser.

Also einfache Teilschaltungen bauen, damit Rumexperimentieren und diese dann zu komplexeren Schaltungen vereinen.

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Nachtrag:

https://sites.google.com/site/bastel...ten-fue-kinder

Das wäre dann der erwähnte Durchgangsprüfer auf Basis eines Wechselblinkers.
Damit hat man dann sein erstes eigenes Prüfgerät und kann z.B. bei anderen Schaltungen prüfen ob Kurzschlüsse oder Unterbrechungen vorliegen.

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Noch ein Nachtrag -diesmal zu Motoren.

Wenn man nicht wie in dem PDF zum Lininefolger eine Untersetzung mit einem Gummiring machen will,
Sind Billigservos (5€ Modellbauservos z.B. von Conrad) immer dankbare Kanidaten.
Servos kann man auf 3 Arten nutzen.
Orginal (PWM Ansteuerung mit 180 bis 270° Stellweg)
Gehackt - ohne Potti (PWM Ansteuerung mit proportionaler Drehzahl)
Ausgeweidet - ohne Elektronik als DC Getriebemotor.
Anleitungen wie man das Poti gegen einen Spannungsteiler esetzt und den mechanischen Anschlag entfernt, gibt es haufenweise und ist für jeden der einen Nagel in ein Pfund Butter schlagen kann durchführbar.
Und die Elektronik komplett entferen und gegen zwei Drähte am Motor ersetzen ist jetzt auch nicht das riesen Problem.

Löten kann man ja vorher mal mit etwas Kabel (Litze) und einer Lochraster Platine üben.

[shedepe]

Hast du schon mal geschaut ob es bei euch an der Universität nicht eine Hochschulgruppe o.Ä gibt die sich mit Robotern beschäftigt. Von meiner Erfahrung her, kann man wenn man Zusammen mit Anderen an einen Roboter Projekt arbeitet sehr viel lernen. So konnte ich als Elektrotechniker z.B. so einiges über mechanische Konstruktionen lernen, aber auch schon so einigen Maschinenbauern diverse Details der Elektrotechnik näher bringen.

[HaWe]

egal ob du Maschinenbaustudent ohne praktische Erfahrung bist oder einfacher interessierter und ambitionierter Hobby-Bastler - es soll ja wohl für dich hauptsächlich zunächst ein Hobby sein und Spaß machen.

Wenn ich in diesem Zusammenhang in anderen Posts "Pflichtenheft" und "DIN-Normen" lese, könnte ich schon davonlaufen.
Gerade ohne direkte aktuelle berufliche Anbindung würde ich einfach mit handelsüblichen Roboter-Bausätzen anfangen, du musst nur wissen, dass Fahr-Roboter oder Roboterarme nicht aus dem Stegreif "schnell mal so" zu programmieren sind. Selbst einfachste Modelle brauchen eine Programmiersprache.
Ich bevorzuge C (das vereinfacht auch von Arduino genutzt wird), andere Python (was überwiegend auf Raspberrys läuft). Wieder andere Java oder C# (*schauder*).
In jedem Fall ist eine Programmiersprache kein Kinderkram, aber mit Arduino (C/C++ mit sehr einfacher Programmierumgebung) ist der Einstieg extremst leicht.

Wenn es ein Roboterarm sein soll, unterschätze auch die Mechanik nicht.
Aus aktuellem Anlass:
Es gibt von Arduino.org (der "Banzi-Linie") einen namens Arduino Braccio (ital. = Arm), der kostet 200-300 EUR. Das ist nicht billig, und es gibt auch noch billigere, die weniger können, aber der Vorteil ist wahrscheinlich schon die relativ einfache Arduino-Programmierung und dass der Bausatz darauf zugeschnitten ist.
s.z.B.: http://www.exp-tech.de/arduino-tinkerkit-braccio

Wenn du nicht weißt, ob dir Arduino zusagt, kauf dir erstmal ein Starterset für 20-30 EUR und mach erstmal ein paar Gehversuche (in English oder, teurer, in deutsch von Franzis / Conrad, dann aber 30-100 EUR, es sei denn gebraucht). Das, was du da über die Arduino-Programmierung und Sensor- und Motor-Schaltungen lernst, kannst du dann auch sinnvoll für Roboter-Sensorik verwenden.
s.z.B.: http://www.ebay.de/itm/Arduino-UNO-R...iedTbE7y5LJErQ

insb. hier das Uno Kit 8, Links lassen sich hier nicht speichern.

Roboterarm heißt allerdings: Digitaltechnik, was du an Multivibratoren etc. angesprochen hast, ist Analogtechnik: Es ist zwar absolut nicht verkehrt, davon was zu verstehen, auch davon gibt es Lern-Sets von Franzis bei Conrad für 10-20 EUR, aber extrem viel wirst du davon für Roboter nicht unbedingt benötigen.

s.z.B.: http://www.ebay.de/sch/Spielzeug/220...er&rt=nc&_udlo



Tipp, wenn du dir einen Arduino-Klon kaufst:
sieh zu, dass er vom Typ R3 U16 ist, nicht ch340/341, da haben viele Anfänger Treiber-Probleme.

[Feuerring]

Wenn ich in diesem Zusammenhang in anderen Posts "Pflichtenheft" und "DIN-Normen" lese, könnte ich schon davonlaufen.

Ein Projekt ohne Ziel (auslisten der zu Zukünftigen Funktionen ... Pflichtenheft ) ist auch als Hobby-Projekt, dann aber eher ein Planloses Vorhaben ...
Man muss es ja nicht nach DIN aufschreiben, ein Gedankliche Zusammenfassung reicht da auch ...

Man muss sich doch vorher mal Gedanken machen was man erreichen möchte, dann kann man mit Detail-Planungen und Umsetzung anfangen.

[i_make_it]

Ob man etwas Stückliste oder Einkaufszettel nennt oder Pflichtenheft/Lastenheft oder halt Liste von allem was ich zu berücksichtigen habe damit mein Vorhaben was wird ist eigentlich egal.
Weder die Stückliste noch das Pflichtenheft wurde erfunden, damit es als Begriff in eine Norm kommt sondern weil es praktisch ist, Zeit Geld und Nerven spart.
Und die VDI 2221 ist etwas was jeder Maschinenbauer kennt, da es die absolute Grundlage ist. Man kann also 3 Seiten schreiben oder einfach in einem Satz darauf verweisen.

So einen RC-Servo Arm kann man natürlich bauen, aber wenn das Hobby noch einen Mehrwert in Richtung des Studiums haben soll, lässt man es sein.
Da sind dann Antriebe mit Positions und Geschwindigkeitsregelung besser um sich übers Hobby einen Wissensvorsprung vor den Kommilitonen zu verschaffen.
Richtig hilfreich wäre wenn man sich zum einen mit diskret aufgebauten Reglern befasst und zum andern mit Softwarereglern. Dann ist man recht gut aufgestellt.

[HaWe]

einen Roboterarm mit derart vielen Freiheitsgraden samt kompletter Hard- und Software selber zu entwerfen, wird einen Anfänger sicher überfordern. Der Vorteil von Bausätzen ist, dass man sich mit den Motoren, Mechanik und Statik nichts falsch machen kann und man sich auf die Programmierung konzentrieren kann - und auch da bietet Arduino einen enfachen Zugang.
Natürlich kann man auch alles "from the scratch" selber machen, doch auch dann stellt sich die Frage nach der Anfängertauglichen Programmier-Umgebung.
Vorteil von Arduino: 1.) man kann die einfachen API-Libs verwenden samt super-einfacher IDE, und 2.) man kann damit auch "richtig in bare metal C" programmieren, und dieses Wissen nutzt einem dann auch auf anderen MCU-Plattformen, bis hin zu Linux-Boards wie Raspberry.

Wenn man mal verstanden hat, wie Arduinoprogramme die Servos "low-level" ansteuern, kann man versuchen, sogar ohne die Braccio-Libs den Arm mit komplett selbst geschriebenen Servo-Programmbefehlen anzusteuern.

Und ob man die Arduino-Boards und -Programmier-IDE dann dann zum Ansteuern für einen einem Bausatz-Roboterarm verwendet oder für einen selbst konstruierten, bleibt ebenfalls jedem selber überlassen - in jedem Falle halte ich das Arduino-Konzept für jedes Roboter-Projekt als sinnvolle Einstiegsbasis.

Ausbaufähig wird es in jedem Fall sein, wenn es um die speziellen Aufgaben für den Roboterarm geht (s.a. mein Schachroboter mit selbst geschriebener autonomer KI-Chess-Engine - zwar langsam und nicht so super schlau, um jeden Chess-Champion zu schlagen, aber immerhin komplett selber programmiert )


Worauf sich der OP nun als erstes konzentrieren möchte (Programmierung von Roboter-Mikroprozessor-Boards oder der Bau eines elektrisch steuerbaren Arms, und dann erst dessen Steuerung), muss er für sich selber entscheiden. Wenn man aber von der Programmierung nichts versteht, dann verkauft man sich schnell und baut dann auch leicht was zusammen, wo man hinterher beim Programmieren auf dem Schlauch steht, daher mein Plädoyer für Bausätze mit allen richtig dimensionierten Komponenten, wo alles von vornherein zueinander und auch zum µC-Board und dessen Programmierung passt (auch Fahrroboter-Bausätze gibt es ja speziell für Arduinos).

Ohne ihn jetzt selber zu besitzen und ohne ihn auch schon selber programmiert zu haben - ich halte den Braccio, wenn es denn ein Roboterarm werden soll, für ausbaufähig, samt selber integrierter autonomer, automatisierter Sensor- und Cam-Steuerung.

https://www.google.de/search?q=Ardui...raccio&tbm=vid

https://www.youtube.com/watch?v=xiMoGeVya8o

https://www.youtube.com/watch?v=cCPIHFVVQIs