Zitat: "Ich will einen Roboter bauen - nur wie?"

Überlegt Euch was ihr bauen wollt?

Einen Roboter bauen, das wollten viele schon als Kind! Dem ein oder anderen technisch sehr interessierten kommt dieser Gedanke jedoch früher oder später noch einmal, manchmal ganz spontan oder durch den Beruf, Schule oder Studium. In fast jeder Altersklasse von 10 bis 60 werden Roboter gebastelt, das sieht man auch an der Altersstruktur in den Robotik-Foren.
Bevor man das
Hirngespinst  jedoch in die Realität umsetzen kann, muß man sich erst mal ein paar Gedanken machen was man eigentlich bauen will. Der Begriff Roboter (oft auch Bot oder auch Robby genannt) ist sehr Allgemein, hier stellt sich jeder etwas anderes von. Die meisten Leute verbinden damit eine menschenähnliche Maschinengestalt welche auf´s Wort bestimmte Aufgaben im Haus verrichten. Von dieser Vorstellung muß sich der Bastler leider erst mal etwas verabschieden, denn selbst den weltweit klügsten Köpfen ist sowas noch nicht wirklich gelungen. Daher beschränken sich die meisten Roboter-Bastler, und im wesentlichen auch wir uns, auf kleine mobile Roboterfahrzeuge die sich autonom in einer fremden Umgebung bewegen. Also oft kleine Modelle in der Größe zwischen 10 und 40 cm, wobei die fremde Umgebung nicht selten nur die eigene Wohnung ist. In der Tat ist dies schon eine schwierige Herausforderung, denn die Wohnungen sind in der Regel reichlich mit Möbeln bestückt und stellen für den Roboter schon einen waren Irrgarten da. Wenn es Euch geling die "Intelligenz" und Sensoren dieses Roboters soweit zu bekommen, das dieser sich stundenlang frei in der Wohnung bewegen kann ohne an einer Stelle zu verharken, dann habt ihr schon einiges geleistet.

Viele Roboter-Bastler wollen aber noch mehr. Der Roboter soll irgendwelche Aufgaben erfüllen.  Hier werden unter anderem oft folgende Aufgaben programmiert:

Es gibt noch viele Ähnliche Aufgaben. Zum Teil gibt es auch Wettbewerbe wo bestimmte Aufgaben gestellt werden und Roboter gegeneinander antreten. Wer folgt zum Beispiel am schnellsten einer Linie u.s.w.

Je nachdem welche Aufgaben Euer Roboter erfüllen soll, muß er unterschiedlich konzipiert werden. Vor allem die Gehäuseform und die Art der Sensoren sind wichtig. Wenn er einer Linie folgen soll, dann muß er natürlich auch Sensoren haben die Helligkeits- oder Farbunterschiede am Boden erkennt. Hier nimmt man im übrigen in erster Linie Infrarot-Sensoren (abgekürzt IR-Sensoren;siehe auch Seite Sensoren). Wenn er einer Wand folgen soll braucht man auch IR Sensoren an den Seiten. Soll er einer Person folgen wären vielleicht Bewegungssensoren sinnvoll und bei der Suche nacht einer Lichtquelle wären Fotosensoren wichtig u.s.w.!  

Elektronik Kentnisse sind notwendig?

Ja! Schon alleine um einen Roboter planen zu können, sind gewissen Grundkentnisse in der Elektronik- und Elektrotechnik einfach notwendig. Wem Begriffe wie "Widerstand", "Ohmisches Gesetz", "Experimentierplatine" überhaupt nichts sagen für den dürfte der Bau eines komplett selbstgestrickten Roboters wirklich schwierig werden und oft mit einer Enttäuschung enden. Dennoch gibt es auch hier Möglichkeiten, denn inzwischen bieten einige Hersteller fertige Bausätze oder gar fertige Robotermodelle an. Unter anderem zum Beispiel der im Forum oft genannte Robby CCRP 5 von Conrad. Dieser eignet sich insbesonder für Leute, die erst mal mit der Programmierung beginnen wollen und sich vielleicht erst später an die Hardware trauen. Aber auch für die Leute denen das bauen wichtig ist, bieten einige Firmen interessante Bausätze an. Hier empfehle ich mal einen Blick in das Bezugsquellenverzeichnis. Amerikanischer Anbieter sind uns in Umfang der Angebote allerdings um einiges voraus.

Hat man schon etwas Elektronik-Grundkentnisse und vielleicht den ein oder anderen Bausatz mal erfolgreich zusamengelötet, dann kann er sich meines Erachtens auch an den Bau eines Roboters wagen. Schließlich ist ja der Weg und die Herausforderung das interessante an der Sache und eigentlich weniger das eigentliche Ergebnis. Zudem kann man sich den Bau eines Roboters durch den Kauf einiger Fertigkomponenten  auch etwas erleichtern. Es ist keine Schande ihr zum Einstieg eine  Microkontroller-Entwicklungsplatine oder ähnliches nehmt, irgendwann haben die meisten mal so begonnen. Zudem kann man mit solchen Vereinfachungen die Bauzeit doch erheblich  verringern, dazu aber später mehr.

Als erstes kommt der Plan!

Wichtig ist das ihr die Planung für Euren Roboter nicht nur im Kopf habt und dann einfach drauf los bastelt, denn das führt in den seltensten Fällen zu brauchbaren Ergebnissen. Man kann einfach in der Praxis nicht an jedes Detail denken. Ein Motor der dann vielleicht doch 1 cm größer als erwartet ausfällt, kann so unter Umständen das ganze Konzept über den Haufen werfen.
Empfehlenswert sind daher schriftliche Notizen und vor allem Zeichnungen bzw. Skizzen.
Ein Tip: Wer nicht gerne mit Millimeter-Papier und Bleistift zeichnet, der kann auch ein Zeichenprogramm wie zum Beispiel Corel-Draw verwenden. Corel-Draw eignet sich sehr gut für das Planen eines Roboters, da die einzelnen Komponenten wie Motor, Alu-Stangen, Riemenscheiben, Achsen, Akku usw. sehr einfach maßstabgerecht aus normalen Kreis- und Rechteck-Formen  als Zeichengruppe zusammengesetzt werden können. Diese Bestandteile können dann später ganz einfach auf dem Bildschrim verschoben, gedreht oder ausgewechselt werden. Auf dieses Weise nimmt der Roboter dann schnell Gestalt an. Zudem gibt es in Corel noch automatische Bemaßungsfunktionen. Nutzt man diese, so kann man notfalls größere Skizzen auch verkleinert auf Din A4 ausdrucken ohne auf die richtigen Maßangaben zu verzichten.

Zunächst solltet Ihr eine ganz grobe Skizze mit den Außenmaßen und den größten Komponenten wie Motor und Akku entwerfen. Ich plate bei meinem Projekt wie schon erwähnt einen größeren autonomen Staubsauger-Roboter. Von daher mußte ich auch an Platz für Staubsauger, Staubsaugerdüse denken. Zudem wollte ich die Staubsaugerdüse durch eine Art Lift heben und senken können um unterschiedliche Tippische besser saugen und Hindernisse wie Türschwellen besser überwinden zu können.

Natürlich muß bei der Planung auch berücksichtigt werden aus welchem Material das Chassie (Grundgerüst) gebaut werden soll. Ich bevorzuge bislang Alu-Schienen, welche im Baumarkt in allen erdenklichen Größen und Formen erhältlich sind. Andere Bastler haben aber auch schon Sperrholz, Kunststoffplatten, Alu-Platten, CD´s oder Tortenhaupen als Grundaufbau gewählt. In unserem Album findet ihr ja unter Roboter Bildern einige interessante Gestalten. Also hier könnt ihr sehr erfinderisch sein. Bei der Grundform solltet ihr auch den Aufgabenbereich und die Umgebung des Roboters berücksichtigen. Ein Roboter der unter engen Verhältnissen zurecht kommen soll, muß halt sehr wendig sein, hier bietet sich eine runde Bauform an.

Bauform und Antrieb

Als ideal hat sich inzwischen eine runde Bauform mit zwei Antriebsrädern in der Mitte und einem kleinerem Stützrad hinten erwiesen, die meisten Roboter werden so konzipiert. Der Vorteil besteht darin, das sich solche Roboter bedenkenlos auf der Stelle drehen können ohne Gefahr zu laufen irgendwo anzuecken. Der Roboter dreht sich auf der Stelle indem sich ein Rad links herum und das andere rechts herum bewegt (oder umgekehrt). Durch eine geschickte Steuerung ergeben sich viele interessante Fahrmanöver.
Der Nachteil der Kreisform zeigt sich mehr in der Praxis. Der Platz läßt sich einfach nicht so sehr gut voll ausnutzen, da nun mal Platinen, Akkus etc. viereckig sind. Will man später noch ein Gehäuse drum rum bauen, dann ist das bei einer Kreisform auch nicht immer sonderlich einfach für jeden Hobby Heimwerker. Will man dennoch einen runden Roboter bauen, so muß das Chassie aber nicht zwangsläufig rund sein. Man kann die Chassie natürlich auf ein inneres Quatrat im Kreis beschränken und später halt die runde Hülle quasi nur überziehen. So ähnlich war es anfangs auch bei meinem Staubsaugerroboter geplant. Das ganze läßt sich wie bereits erwähnt alles sehr schön mit Corel-Draw oder "Millimeterpapier und Zirkel" planen - diese Zeit sollte man sich wirklich nehmen. Eine Alternative für weniger geübte Bastler kann im übrigen auch eine sechseckige Form sein. Diese Form ist etwas einfacher zu bauen und bietet fast die gleiche Wendigkeit wie eine runde Bauform.

Hat man dieses Grundkonzept und die Grundskizze erst mal fertig, dann sollte man das Gewicht abschätzen. Dies ist ein wichtiger Punkt den ich in meinem Projekt einfach etwas unterschätzt habe. Habt ihr das Gewicht geschätzt, dann solltet ihr nochmals überdenken ob der eingeplante Platz für den dafür notwendigen Motor auch wirklich ausreicht. Spätestens jetzt seit ihr an dem Punkt angekommen, wo ihr Euch auch etwas mehr Gedanken und Informationen über Motoren  aus dem Internet oder anderen Quellen heraussuchen müsst. Die Sache wird besonders schwer wenn Euer Roboter über die 5 Kg kommt, denn da waren zumindest zur Zeit als ich mein Projekt anfing nur sehr vereinzelt ein paar Brocken an Informationen in Bezug zu Robotern zu finden. Ich bin dann zu Informationsseiten die eigentlich über Drehmaschinen und deren Antriebe informieren zu einigen nützlichen Seiten gekommen. Inzwischen wurden aber viele Informationen im Roboternetz auf der Motorenseite, Schrittmotorenseite und der Motorübersicht zusammengetragen, so das man dort eigentlich alles wichtige findet. Grundsätzlich muss man sich entscheiden ob man den Roboter mit sogenannten Schrittmotoren oder mit Getriebemotoren antreiben möchte.
Schrittmotoren sind ein wenig aufwendiger in der Ansteuerung aber dafür wesentlich genau zu positionieren als Getriebemotoren. Wenn es also wichtig ist das der Roboter genau in der Wohnung navigiert und auch wirglich gerade fährt und  90 Grad Kurven auch 90 Grad und nicht 85 oder 95 Grad sind, für den sind Schrittmotoren empfehlenswert. Allerdings ist das Verhältnis von Energieverbrauch zu Kraft nicht so gut wie bei den Getriebemotoren. Bei schwereren Robotern ab ca. 8 Kg sollte man daher gut überlegen ob nicht doch Getriebemotoren besser sind. In meinem Projekt hatte ich mich noch bei 13 Kg für den Schrittmotor entschieden.  Leider wurde später u.a. durch die Wahl eines anderen Akkus und anderer Motoren das ganze fast 20 KG schwer. Von daher war am Schluß in Verbindung mit dem Staubsauger der Strombedarf bei fast ca. 10 A gelandet. Das ganze lief zwar, aber der Strombedarf war einfach viel zu hoch, zumal die Saugleistung am Ende immer noch nicht optimal war.

Fazit: Versucht das Gewicht und den Strombedarf so niedrig wie möglich zu halten.

 

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