Entwicklung eines humanoiden Roboters

Hallo Roboter-Netz-Community,

dieses Forum scheint eine geeignete Plattform zu sein um Leute zu finden, die ebenfalls an der Entwicklung eines humanoiden Roboters interessiert sind.

In meiner Abschlussarbeit habe ich mich mit der Modellbildung und dem Prototypenentwurf eines humanoiden Roboters befasst.
Es ging darum die Kinematik des Roboters entwickeln, Entscheidungen für die Antriebe zu begründen, die Konstruktion auszulegen und Bewegungsanalysen am Modell durchzuführen.

Hierzu wurden die notwendigen Voraussetzungen und Vereinfachungen für einen Roboter, der sich im Eigenbau umsetzen lässt aufgestellt.

Existierende humanoide Roboter, wie man sie im Internet finden kann, haben gemeinsam, dass ihre Bewegungen dynamisch erfolgen. Hierdurch sind sie sehr aufwändig in der Vorausberechnung und Regelungstechnik. Für die Anwendung eines Roboters, der beispielsweise für Servicetätigkeiten im Haushalt eingesetzt werden kann, ist jedoch kein System mit einer hochdynamische Bewegung notwendig. Dies kann auch durch ein System errecht werden, das kein dynamisches Durchschreiten von statisch unstabilen Bereichen berücksichtigen muss. Der Roboter muss somit sehr steif ausgelegt und mit großen Standflächen versehen werden.
Das Prinzip der statischen Bewegung gestaltet die Umsetzung nicht so aufwändig, wodurch der Entwicklungsaufwand überschaubar bleibt und keine so aufwändige Steuerung und Regelung entwickelt werden muss, wodurch es auch Einzelpersonen möglich ist einen einfachen Roboter zu entwickeln.

Um die Kinematik festzulegen, wurde der menschliche Körper in sieben Teilsysteme zerlegt (Beine, Hüfte, Torso, Kopf, Schultern, Arme und Hände). Anschließend fand eine schrittweise Betrachtung von den Standflächen bis zu den Händen statt. Somit konnten den einzelnen Teilsystemen eine reduzierte Anzahl an Freiheitsgraden zugeordnet werden, die sich miteinander ergänzen, wobei die Anzahl der Freiheitsgrade ausgehend vom menschlichen Körper auf ein realisierbares Maß reduziert wurde. Im Zusammenspiel bilden diese jedoch größtenteils den ursprünglich verfügbaren Bewegungsraum ab.

Anhang 34830

In verschiedenen Entscheidungsmatrizen fand eine Auswahl der Antriebe statt. Somit kann bei der Weiterentwicklung oder zukünftigen Detaillierung auf die vorangegangenen Entscheidungen zurückgegriffen werden. In Folge dieser Entscheidungen wurde ein Konstruktionsentwurf ausgelegt.

Anhang 34833

Mit dem CAD-Modell des ausgearbeiteten Konstruktionsentwurfes wurden mehrere beispielhafte Bewegungsabläufe abgebildet und die Schwerpunktsverlagerung während der Bewegung analysiert.

Anhang 34836

Grundidee für die Bewegung des Roboters ist es, den Antrieben Positionskombinationen vorzugeben, die nacheinander angesteuert werden. Die Bewegung wird von der Regelung entsprechend den gemessen Werten angeglichen. Diese soll dabei der Steuerung übergeordnet sein, da sie mit den Realwerten arbeitet. Aus diesem Grund soll die verwendete Sensorik der Steuerung lediglich die Möglichkeit, die groben Positionen der einzelnen Antriebe bestimmen zu können. Der Rest der Positionierung soll auf Vertrauensbasis durch Mitzählen der Schritte erfolgen. Durch zuteilen verschiedener abfragbarer Stellbereiche sollen die einzelnen Antriebe ohne großen Aufwand in ihrer groben Position abgefragt werden können. An den Übergängen kann die Position jeweils genau aktualisiert werden um etwaige Schrittverluste auszugleichen.

Was die Realisierung betrifft, ist die Mechanik des Prototyps bereits realisiert. Für das Knöchelgelenk wurde hierbei die schlürfende Gehversion umgesetzt um für erste Tests beide Beine auf dem Boden zu haben (freistehende Fuß-Variante im CAD-Modell).

Die hierfür benötigten Fertigungsteile sind hauptsächlich spanend hergestellt. Hierzu wurde die Kontur auf das Plattenmaterial übertragen und von Hand ausgespart. Anschließend wurden die Konturen geschlichtet und die Zentrierungen gesetzt, so dass anschließend wieder manuell weiter gearbeitet werden konnte. Lediglich der Kopf und die Finger sind gedruckt. Die Fotos sind etwas klein, aber ich will nicht gleich bei meinem ersten Beitrag gegen die vorgegebene Bildbreite verstoßen.

Anhang 34831Anhang 34832

Der zusammengebaute Kollege ist 1,75 m groß und wiegt 110 kg.

Anhang 34834Anhang 34835

Ich denke, dass die bisherige Vorarbeit eine gute Grundlage ist um ein Open-Source-Projekt zu starten, an dem Interessenten, die ebenfalls in der Richtung forschen und studieren wollen, mitmachen können.
Das CAD-Modell (da hier nicht mehr als 10MB hochgeladen werden können wird es anderweitig hochladen und verlinkt) ist momentan als Konstruktion für die spanende Herstellung ausgeführt. Auch vorstellbar ist, dass hier nochmals jemand eine Konstruktion der Kinematik als druckbare Ausführung überarbeitet, so dass sie auch ohne Fräs- und Drehmaschine realisiert werden kann.
Wenn ein Austausch des Erarbeiten untereinander stattfindet und die Ergebnisse mit Hilfe von Schwarmintelligenz weiter ausarbeiten werden, wird jeder etwas davon haben. Die bisherige Entwiklung betrifft lediglich die Sensorik und Aktorik zur Steuerung des Roboters. Wie er später Verhaltens-/Aufgabentechnisch programmiert wird ist dem Anwender selbst überlassen.

Im Moment bin ich noch dabei Videos vom Zusammenbau des Roboters zu erstellen (wird noch etwas dauern, da das Schneiden sehr zeitaufwendig ist), bevor es mit der Elektronik weiter geht (Hierfür gibt es bereits Skizzen der Schaltungen für die Sensorit, Aktorik und Bus-Systeme, die noch in ihren Werten ausgelegt werden müssen.). Sofern hier Interessenten an dem Open-Source-Projekt anwesend sind können wir gerne die bisherigen konstruktiven Details durchgehen, so dass sich jeder der mitmachen will einfacher in das Thema einarbeiten kann.

Grüße
Marcel

Vielleicht kann man doch noch etwas zur Motivation und Zielsetzung sagen.
(110kg für eine Haushaltshilfe mit schlurfendem Gang klingt ein wenig seltsam, ist die Energieversorung beim Gewicht schon dabei? )
Als Studie und zur Unterhaltung kann ich es mir vorstellen, dann könnte es aber auch etwas kleiner ausfallen.
Ein paar Erläuterungen zum Umfeld wären sicher hilfreich.

ich finde das schon sehr beachtlich! Bin gespannt auf ein Video, wie er geht und sich bewegt..!
Sollte er allerdings tatsächlich "schlurfen", wäre das nicht so dolle, die Füße anheben zum Gehen müsste er schon können.

Alternative zum Schlurfen, wenn er wirklich keinen "echten" Gang schaffen sollte: dann doch auf Räder setzen ähnlich wie "Johnny 5 / Number Five" https://www.google.com/search?q=John...h=655&biw=1417 (allerdings keine Gleisketten).

Hallo,

das mit dem schlurfenden Gang ist wohl falsch rüber gekommen. Es gibt zwei Varianten, wie die Freiheitsgrade am Knöchel eingeschränkt werden.
In der einen Variante wird der Knöchel durch zwei sich schneidende Achsen gebildet. Hierdurch sind seine Freiheitsgrade so eingeschränkt, dass er auch auf einem Bein stehen kann. Der freie Fuß wird hierbei beim Laufen minimal über den Boden angehoben und versetzt.

Anhang 34839

Bei der Fortbewegung muss (abgesehen von der Vorwärtsverlagerung) der Schwerpunkt von einem auf das andere Bein verlagert werden. Hierbei muss der Spalt zwischen den Standflächen überschritten werden, wenn beide Füße aufsitzen. Zu Beginn der Programmierung wird jedoch wahrscheinlich nicht Alles auf Anhieb reibungslos laufen. Somit würde der Roboter hier im schlimmsten Fall um die Höhe des angehobenen Fußes kippen, falls die Projektion des Schwerpunkts auf den Boden die Innenkante der Standfläche überschreitet, bevor der vorgesetzt Fuß aufsitzt.

Anhang 34838

Aus diesem Grund gibt es vorerst die Variante mit Kugelgelenk als Knöchel. Hierdurch dreht der aktive Standfuß immer minimal ein, so dass der vorgeschobene andere Fuß aufsitzt. Es kommt somit zu einer schlürfenden Fortbewegung, mit der die Programmierung und Lernfase entspannter wird.

Die Motivation es hier zu veröffentlichen besteht darin einen Austausch mit Interessenten anzustoßen, die ebenfalls in diese Richtung einen Roboter bauen und forschen (wollen).
Ziel wäre es einen Austausch zur Erörterung einer idealen Kinematik mit der dazugehörigen Steuerung und Programmierung dieser zu schaffen, so dass jeder auf diese Information zugreifen kann und nicht von vorne entwickeln muss.
Für mich sitzt die Grenze, die vorerst Steuerungstechnisch erreicht werden soll an der Stelle, an der sich der Roboter über ein Interface manuell steuern lässt. Wie der Roboter später in seiner Anwendung programmiert werden soll, kann jeder selbst entscheiden.

Das der Entwurf eine Größe hat, die sich am menschlichen Körper orientiert liegt daran, dass ich ihn mir als Roboter für den Service im Haushalt gedacht habe. Sämtliche Gegenstände (Getränkepacks, Schrankgriffe, Wäschekörbe und Maschinen) sind in einer Größe ausgelegt, dass der Mensch sie gut Handhaben kann. Will man also einen Roboter, der die einfachen Tätigkeiten übernehmen kann bietet es sich an diesen an den Dimensionen des menschlichen Körpers zu orientieren.

Die 110 kg sind dem Herstellverfahren geschuldet. Das Ganze musste auf verfügbare Fertigungsverfahren angepasst werden. Somit hat sich eine Konstruktion aus Plattenmaterial ergeben, die letztendlich 50% zu diesem Gewicht geführt hat. Die anderen 50% bestehen aus Zukauf, die sich eigentlich nur durch den Austausch in ihrem Gewicht ändern lassen.

Die Energieversorgung ist dabei. Auf dem Rücken sind sechs Batteriepacks mit 7,2V und 4600mA vorgesehen. Durch die Platzierung wird der Schwerpunk weiter nach oben geschoben, wodurch der Roboter bei der Verlagerung seitlich um einen geringeren Winkel kippen muss.

Anhang 34840

Geile Arbeit!

Ich denke mal du kennst "James" seinen Kanal?
Wenn nicht hier ein paar interessante Links:

https://www.youtube.com/watch?v=JWvH5PHKK74

https://www.youtube.com/watch?v=nH1_8J6itIs

Hallo,

danke für die Links, habe mir gestern und heute ein paar Videos angesehen. Ich hatte mal ein Video von einem der Laufapparate gesehen, wusste aber nicht, dass es inzwischen auch Konstruktionen mit einem gedruckten Oberkörper gibt.
Interessant finde ich auch, dass sich bei der Konstruktion das Konzept mit der zweifachen Parallelkinematik über die Reihe von zig Laufapparaten durchgesetzt hat.
Da die Konstruktion nicht komplett steif ist kommt sie natürlich lebendiger herüber, benötigt jedoch wie es scheint eine ausgefeiltere Steuerung und Regelung als ein relativ starres Gebilde. Sieht auf jeden Fall gut aus.

Bis zur Programmierung meines Roboters wird es noch etwas dauern. Das erste Video vom mechanischen Zusammenbau ist jedoch bald fertig und wird dann auch auf YT hochgeladen.

Hallo Marcel!

Sehr eindrucksvoll, was Du zusammengebaut hast. Steckt eine Menge Arbeit und Fleiß drin, super Sache! Auch, wenn mit 3D-Druck heute vieles schnell hergestellt werden kann, ist das, wegen des Materials, nur bedingt sehr stabil und langlebig.


MfG

Hallo Zusammen,

es freut mich dass es euch gefällt.

Inzwischen ist das Video für den Zusammenbau der Beine fertig.
Es beinhaltet auch ein paar Erläuterungen zur Sensorik und Aktorik, so dass man nicht nur den Zusammenbau sieht:

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

Für die Umsetzung der Beine wurden die Antriebe entsprechend den folgenden Entscheidungsmatrizen ausgewählt:
Anhang 34844

Der Konstruktionsentwurf wurde entsprechend festgelegter Grenzen für die Freiheitsgrade ausgelegt:
Anhang 34845

Das 3D-Druck nicht ganz so stabil ist seh ich genauso. Ebenso liegt hier die Schwierigkeit meiner Meinung nach darin, dass der Werkstoff je nach Verfahren anisotrope Eigenschaften hat. Für gewisse Anwendungsfälle lässt es sich jedoch besser an die benötigte Form anpassen. Ich denke, dass man auf beide Weisen (Frästeile oder Druck) jeweils einen Entwurf auslegen und umsetzen kann.

Als nächstes wird das Video über die Hüfte erstellt, so dass hier später die Gesamtkonstruktion konstruktiv diskutiert und verbessert werden kann.

da sitzt man fassungslos vor'm monitor und staunt. Faszinierend, hätte mr.Spock gesagt...

werden die Bewegungsmuster in etwa vergleichbar sein mit Robonova, nur eben größer?

Hallo,

musste mir gerade erstmal den Roboter anschauen. Von der Kinematik des Laufapparater her nein, von der Möglichkeit sich Fortzubewegen ohne sich durch einen dynamisch zu durchschreitenden Bereich fallen zu lassen ja.

Das Bein des Konstruktionsentwurfes hat unten aufgrund seiner Kinematik aus dem Tripod und dem Achskreuz die Eigenschaft sich mit zunehmender seitlicher Gewichtsverlagerung leicht nach außen zu drehen. Der Winkel ist so gewählt, dass das schräg gestellte Achskreuz für das freie Stehen auf einem Bein und der bisher realisierte Knöchel mit dem Kugelgelenk für die schlürfende Fortbewegung das gleiche Verhalten haben.
Dadurch das das Bein in der Hüfte zusätzlich drehbar gelagert ist kann die Verdrehung ausgeglichen oder mit der Drehachse die Richtung geändert werden.

Auch vom Arbeitsbereich der Arme kann der Roboter nicht über seinen Kopf fassen.

Das Video zum Zusammenbau der Hüfte ist fertig.

https://www.youtube.com/watch?v=DG3y6YIbm4s

In der Hüfte sind die Funktionen zum Neigen und Drehen der Beine untergebracht.
Anhang 34861

Hierdurch kann der Schwerpunkt seitlich von einem Bein auf das andere verlagert werden.
Anhang 34862

Aufgrund der hohen Kraft, die beim Stand auf einem Bein nötig ist um den Restkörper über dem Standbein bewegen zu können ist eine Kniehebelkinematik im Oberschenkelnneigungsgelenk untergebracht.
Anhang 34863

Und das vom Torso und Kopf:
https://www.youtube.com/watch?v=ZcU22dXiJ38

Feinste Schmiedearbeit!
Wirklich superschön, und auch ziemlich clever gelöst.
Ich wünsch dir wirklich, dass du den zum Leben erwecken kannst, das ist ja schon optisch ne Augenweide!

Leider befürchte ich, dass du nicht allzuviel Hilfe von anderen bekommen wirst, denn, auch wenn du die Baupläne freigibst, wird der wohl bei _den_ Kosten (wenn man sich die Teile anfertigen lassen muss, wie die meisten Leute, wird man weit im fünfstelligen Bereich landen) nur für ganz wenige interessant sein.
Aber mach bitte weiter- das dritte Video schau ich mir heute abend an.
Ganz grosses Kino. =D>

ich finde es auch ungeheuer beeindruckend, absolutes Profi-Niveau.
Nachbauen werde ich es aber niemals können (und wohl auch fast alle anderen hier nicht) - dazu bräuchte man Standardbaukastenteile zum Zusammenschrauben...

Hallo Miteinander,

der Plan ist erst einmal die Videos über den mechanischen Aufbau fertig zu stellen und dann das dazugehörige CAD-Modell hochzuladen. (Anschließend wird die Elektronik angegangen.)

Was die Idee des Open-Source-Projekts betrifft, so ist mir klar, dass nicht jeder die Möglichkeit hat sämtliche Teile selbst herzustellen und somit die Kosten in einem überschaubaren Rahmen zu halten. Allerdings ist man ja nicht an den Entwurf, so wie er gerade ist gebunden.

Ich setze gerne auf eine gemeinsame Schwarmintelligenz, da mehrere Personen, die sich etwas überlegen, immer zu einem besseren Ergebnis kommen werden, als eine Einzelperson. Sei es, dass hierdurch bessere Lösungsansätze für die Kinematik oder eine kostenoptimierte Konstruktion, die sich beispielsweise Drucken lässt, entwickelt werden. Wenn man gemeinsam verschiedene Lösungskonzepte erarbeitet und optimiert ist das für alle hilfreich, die sich für das Thema interessieren und sich einen Roboter in dieser Art bauen wollen. Hier im Forum habe ich schon einige Beiträge gesehen, die sich mit dem Thema "Humanoide Roboter" befassen.

Wenn jemand einen Roboter in dieser Größe aufbauen will müssen die Teile entweder zu kaufen (Druckteile?) oder mechanisch selbst herstellbar sein. Das Verwenden von Standardbaukastenteilen ist meiner Meinung nach schwierig, da es sich beim Roboter um eine speziell angepasste Konstruktion handelt. Standardsysteme, die für Alles verwendet werden können, haben wegen ihrem modularen Aufbau die Eigenschaft eine globige Baugruppe zu bilden, die man viel schöner mit einer speziellen Lösung abdecken könnte.

Zitat:

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Zitat von Marcel D

Wenn jemand einen Roboter in dieser Größe aufbauen will müssen die Teile entweder zu kaufen (Druckteile?) oder mechanisch selbst herstellbar sein. Das Verwenden von Standardbaukastenteilen ist meiner Meinung nach schwierig, da es sich beim Roboter um eine speziell angepasste Konstruktion handelt. Standardsysteme, die für Alles verwendet werden können, haben wegen ihrem modularen Aufbau die Eigenschaft eine globige Baugruppe zu bilden, die man viel schöner mit einer speziellen Lösung abdecken könnte.

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nun, man hat ja schon funktionsfähige Bugatti Chiron im Maßstab 1:1 mit LEGO und auch humanoide Robots in Menschengröße (ansatzweise) mit PITSCO TETRIX gebaut...: wenn also das Baukastensystem vielseitig genug ist, dann wäre sicherlich vieles möglich... 8)

https://www.youtube.com/watch?v=ImUMHbmQOoQ
https://www.youtube.com/watch?v=ML7H12psSEI

@Marcel D / @HaWe,

was mich interessieren würde: gibt es informationen über preise? Kann man die kosten für so einen teilesatz / bausatz (also LEGO nicht unbedingt, aber diese PITSCO TETRIX und Marcel's teilesatz) grob abschätzen?

Ich hab den openDog mal ganz grob überschlagen: zwischen 3000 und 5000 etwa, wenn man die Teile selber herstellt.
Inclusive Elektronik.
Als Teilesatz mindestens nen Tausender mehr....die 3D-Druck-Profis langen gehörig zu.

Dafür hat man dann aber auch ne ziemlich potente Maschine.
Mal abwarten, was aus der kleineren Ausführung wird, an der Bruton gerade baut- der düfte _etwas_ billiger ausfallen.

es geht ja um einen humanoiden Roboter als eine Art Haushaltshilfe, mit menschenähnlichem Aktionsradius samt Freiheitsgraden - wie kommst du da auf <5000 EUR für einen großen humanoiden?
Das Geh-Konzept halte ich dafür aber inzwischen für nicht sinnvoll, da vergleichsweise zu aufwändig, es sei denn, man hat und braucht Treppen-Tauglichkeit.
Mit Rädern (ggf. Omniwheels, nicht mit Raupen) und einem humanoiden Torso: schon eher per Baukasten zu verwirklichen, vgl. TETRIX-Modell, welches ich auf gut 10 TEUR schätze mit allem Drum und Dran (je nach Bezugsquelle), der ist aber deutlich zu schwach in den Armen, und hat dort auch zuwenig DOFs (mindestens 6 DOF notwendig pro Arm von Hand bis Schulter )

Zitat:

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Zitat von HaWe

Das Geh-Konzept halte ich dafür aber inzwischen für nicht sinnvoll, da vergleichsweise zu aufwändig, es sei denn, man hat und braucht Treppen-Tauglichkeit.

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Es geht ja nicht nur um die Fortbewegung (Schritte), sondern auch um die Fähigkeit, sich zu bücken. Bei der Bedienung einer Spülmaschine oder beim Aufheben eines Gegenstandes vom Boden sind Fuß-, Knie- und Hüftgelenke ziemlich nützlich.
Unter Berücksichtigung des Faktors "Gleichgewicht" ist da evolutionstechnisch kein Gelenk zu viel.

warum soll sich ein Torso, der auf ein Fahrgestell montiert ist, nicht im Rücken mit ein paar Gelenken beugen oder knicken lassen? Kann man doch auch selber, wenn man auf einem Stuhl sitzt!
PS,
man könnte wie beim TETRIX-Beispiel auch Pseudo-Beine als Gestell darunter bauen, die sich in Hüfte und Knien knicken lassen, so kann der Torso wie beim Menschen gebeugt werden - nur werden eben keine Beine zum Gehen angehoben, sondern es wird wie auf Rollschuhen oder einem Skateboard gefahren.

Eine Version mit Fahrwerk halte auch ich für sinnvoller.
Würd ich einen bauen wollen, würde er zwei Räder kriegen, und sich segway-artig bewegen.
Wenn er dann noch wirklich "wirtschaftlich" arbeiten soll, halt mit Stütze, um in den Pausen Strom zu sparen.
Nicht nur, dass sowas viel einfacher zu bauen ist, es ist auch weit billiger, schneller und einfacher zu handhaben (von der Software her).
Der kann dann auch problemlos mit einem Menschen Schritt halten, sogar deutlich schneller sein.
Und vermutlich viel effizienter als es eine Laufmaschine derzeit kann.

Das mit dem Bücken sehe ich auch wie HaWe: wieso sollte _das_ nicht gehen....
Ich würd die Räder, bei einem, der etwa menschengross ist, ungefähr 20-30cm im Durchmesser einplanen, das reicht für Türschwellen mal locker, und Treppen klappen damit sowieso nicht.
Wobei selbst das (mit Mehraufwand) machbar sein sollte: indem man statt einer zwei Achsen benutzt, die als Tandemachse angeordnet sind- die mittlere Aufhängung muss dann einfach nur (motorisch) drehbar (und zwar 360°) sein. Das steigert zwar die Anforderungen um einiges, ist aber immernoch vergleichsweise wenig, zu Beinen.

ja klar, stimmt, Segway-ähnlich ist eine sehr gute Idee, er könnte dann auch Ungleichgewichte beim Bücken und exzentrischen Heben über seine Gleichgewichtsregelung automatisch mit ausgleichen.
Meine Einschätzung bzgl Fahrantrieb gilt aber ntl nur für alternative Konzepte, die einfacher und billiger nachzubauen sein sollen - es soll nicht die wirklich anspruchsvolle, professionelle Konstruktion vom OP Marcel schmälern.

PS,
die eigentliche Herausforderung wird aber später sicher in der Software liegen, von der Objekterkennung für Umgebung, gesuchte Objekte und Hindernisse über die Reverse Kinematik für die Greiffunktionen bis hin zur Raum-Ortung und Navigation...

Hallo Miteinander,

ja es ist immer möglich eine Kinematik schnell zu vereinfachen aber nicht umgekehrt. Die Kinematik wurde mit Beinen aufgestellt, um sich auch hier Gedanken zu machen. Ansonsten kommt die Anregung, dass der Roboter menschenähnlich aufgebaut sein soll daher, dass sämtliche Gegenstände im Haushalt für die Handhabung durch den menschlichen Körper ausgelegt sind.

Man kann natürlich eine Tabelle aufstellen, die in einer Spalte die Konstruktion der humanoiden Lösung beinhaltet und in der anderen eine Vereinfachung. Zeilenweise könnte man es dann beispielsweise nach Laufapparat, Körper und Manipulator aufteilen, so dass man sich bei der Konfiguration zum Bau durchhangeln kann. Wenn die ausführliche Konstruktion erarbeitet ist kann sie beim Bau auch vereinfacht werden.

Was die Herausforderung für die Software betrifft, so sehe ich das Ziel einen Aufbau zu haben, der sich über ein Interface steuern lässt. Die Herausforderung einer übergeordneten Software , welche dann die Bedienung des Interfaces übernimmt, kommt eigentlich erst wenn der Rest funktioniert.

ja, die Idee und der Ansatz sind grundsätzlich schon richtig:
Um eine auf menschliche Möglichkeiten und Gewohnheiten angepasste Umgebung mit einer Maschine zu bearbeiten, sollte die Maschine menschenähnliche Bewegungsmöglichkeiten (Größe, Kinematiken) haben.
Dein Ansatz ist also sicher richtig und damit auch sicherlich für das Ziel geeignet. Die Latte hängt halt nur extrem hoch, wenn es um den Nachbau geht, sowohl was Materialbeschaffung, Material-Bearbeitung inkl. Maschinen, Werkzeug, Werkbänke etc., und sicher auch was den Preis angeht, und die Segway-Idee wäre immerhin ein kleiner Ansatz, das Gerät zumindest ansatzweise zu vereinfachen und billiger zu machen....:
das macht dein Projekt insgesamt für mich zwar hochinteressant, aber liegt auch in ALLEN Kriterien weit außerhalb meiner Möglichkeiten, denn ich besitze zum Bauen überhaupt nichts außer ein paar wenige Schraubenzieher und Kombizangen - und preislich müsste sich alles unter EUR 2000 inkl. aller Mechanikteile samt Motoren und Treiberplatinen abspielen, programmierbar mit fertigen C++ Libraries, und das ist sicherlich absolut illusorisch.
Aber ich schaue dennoch weiterhin sehr gerne zu! 8)

(PS: was ich oben über "Reverse Kinematik" schrieb, hatte sich eigentlich nicht auf die Geh-Kinematik bezogen, sondern auf die Greif- und Handlungs-Kinematik, wenn man z.B. intelligente Körper/Arm-Bewegungen zum Geschirr-Aus- und -einräumen, Bier oder Wasser holen, Getränke einschenken, Schachspielen oder Staubsaugen programmieren will, denn das geht ja alles nicht über Lookup-Tabellen: man muss also ständig für jede gegebene Zielposition und -Richtung zum Halten eines Gegenstands sämtliche Winkel rück-rechnen, in die jedes einzelne Gelenk von Hand, Arm und Körper gedreht werden muss, um den Gegenstand "richtig" zu greifen, zu halten und zu bewegen. Dazu wäre nach aller Wahrscheinlichkeit zusätzlich sicher auch noch eine KI nötig zur Ermittlung von "sinnvollen" Bewegungsmustern über spezifische Trainingsphasen.
Ich habe eine Reverse Kinematik aber bisher noch nicht enmal für 1 einzigen 7DOF Robotarm mit simplen Servos auch nur theoretisch und ansatzweise irgendwo gefunden, noch nicht mal zum Testen - und ein Humanoider wird ja bei 2 Armen plus Oberkörper und Beine ein Vielfaches dieser 7DOFs haben.)

Ein schöner Roboter...und der Kopf ist ja der Knaller. :D
Ich wünsche dir viel Erfolg damit und freue mich, ihn mal laufen zu sehen.

Edit:
@HaWe:
Ich kann mir auch gut vorstellen daß ein segwayartiges Konzept einige Aspekte vereinfachen würde, aber wäre so etwas z.B. für Tätigkeiten, die eine Hebelbelastung erfordern (am Besten noch im Stillstand), geeignet?
Beispiel: einen schweren Gegenstand von einem Tisch aufnehmen (und vielleicht noch halten), wobei der Gegenstand relativ weit hinter der Kante liegt. Voller Kochtopf auf der hinteren Herdplatte, oder so. Auf zwei Beinen kann ein Mensch mittels Ausfallschritt einen recht stabilen Stand erreichen, bei einem segwayartigen Konzept stelle ich mir das schwierig vor.

Das Problem hast du mit Füssen genauso...ich stelle mir das gerade bildlich vor:
Der Roboter steht am Herd (und kann nicht weiter nach vorne treten, eben, weil da der Herd steht), streckt nun die Arme weit vor (um an den hintersten Topf zu kommen)- nun hat er ein Problem, in dem Moment, wo er den Topf anhebt (und der bisselwas wiegt).
Der Schwerpunkt wandert weiter vor, als es der Roboter ausgleichen kann...er kann nur eins tun: sich insgesamt zurücklehnen (um halt ein Gegengewicht zu schaffen)- die selbe Strategie würde mit nem Fahrwerk _auch_ funktionieren.
Dass der Kerl "im Rücken (Hüfte, Knie, halt in der X-Achse)" beweglich sein muss, hatten wir schon.
Sonst kann er ja nix vom Boden aufheben...

Grenzen hat sowas immer: auch du kannst nicht nen Zentner an ausgestreckten Armen halten, wenn du die Möglichkeit nicht hast, die Füsse weiter vor (unter den Gesamtschwerpunkt) zu bringen.
Du kippst einfach um....
Ob das nun Füsse oder Räder sind, spielt dabei keine Rolle.

Hallo,

das Konzept mit dem Fahrwerk finde ich einfacher, wenn es mehr als 2 Räder hat. Bei nur 2 Rädern ist es aufgrund des hoch liegenden Schwerpunkts (man wird ihn nicht unterhalb der Achse solcher kleinen Räder platzieren können) notwendig, das Gleichgewicht ständig auszuregeln. Sollte man stattdessen zur Vereinfachung eine Platform unter den Torso setzen, die über mehrere Auflagepunkte eine Fläche aufspannt über der sich der Schwerpunkt befindet, kann man auf diese Regelung verzichten.
Beim Aufheben eines Objekts mit ausgestreckten Armen wird dann auch noch ein ausreichend stabiler Stand gewährleistet sein, solange der neue Gesamtschwerpunkt sich weiterhin über der Standfläche befindet. Ähnlich ist es bei den großen Füßen. Das Gewicht, dass er mit ausgestreckten Armen anheben müsste um den Schwerpunkt so weit nach vorne zu verlagern, dass es zum Kippen kommt, wird er von der Kraft her nicht schaffen. Des Weiteren geben die Drucksensoren in der Ferse eine Rückmeldung ob noch genügend Auflagekraft vorhanden ist. Vielleicht wird so etwas zum Problem, wenn man eine Leichtbau-Version realisiert.

Das Video der Arme ist nun fertig:
https://www.youtube.com/watch?v=m8apQTp-Qng

wenn du dann auch im Sprunggelenk nach vorn/hinten kippen kannst, geht das sicher, denn das braucht man, so wie es Rabenauge beschrieben hat.
Ein Segway ist aber von vornherein so konzipiert, dass er immer sein Gleichgewicht selber hält, auch auf schiefen Ebenen/Rampen.

Klar braucht ein Segway ne Balance-Regelung.
Und ja: die hat Grenzen. Spätestens dann, wenn die Räder am Herd anstossen....kann kann nach vorne nicht mehr ausgeglichen werden. Somit kann er die Räder nicht unter den Schwerpunkt bekommen, wenn er den schweren Topf an ausgestreckten Armen halten soll.
Das macht aber _erstmal_ gar nichts, da dann die "Knie" am Herd anliegen würden, steht das trotzdem noch recht stabil (einer mit Füssen kommt auch nich weiter ran, hat also das gleiche Problem).
Daher nun Plan B (irgendwie muss er da ja auch wieder weg kommen): er lehnt sich zurück (z.B. mit nem Hüftgelenk), und schon ist er wieder in Balance.

Vorstellbar auch, dass es gar nicht erst dazu kommt (Knie stossen am Herd an)- da er nach vorne fahren will, aber nicht kann, entsteht ein Kippmoment nach hinten-was die Sache automatisch wieder richtet.
Das könnte sogar stabiler funktionieren, als es auf den ersten Blick scheint, wenn ichs mir recht überlege...

Zitat:

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Zitat von Rabenauge

Klar braucht ein Segway ne Balance-Regelung.

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hatte ich mich da unklar ausgedrückt? Klar braucht er eine, aber er hat ja auch eine, sonst könnte er ja gar nicht vernünftig fahren.
Aber die wirkt dann eben auch in Fällen, wo er schräg steht oder fährt, automatisch (d.h. man kann im bei nach vorn "ausgestrecktem Arm" im balancierten Stand ein Gewicht an die Hand hängen, und er reguliert dann die entstehende Kippwirkung/Schieflage nach vorn sofort nach, indem er sich nach hinten kippt und die Räder ein Stückchen nach vorn fährt.
Wenn er dazu keinen Platz hat und sich nicht abstützen kann, wird er umkippen.
Einem 2-Füßler passiert das aber genau so, wie schon oben skizziert.

Hallo,

der letzte Teil der Videoreihe zum mechanischen Aufbau ist fertig gestellt:

Teil 1 - Beine: https://youtu.be/JnmHriEBtVw
Teil 2 - Hüfte: https://youtu.be/DG3y6YIbm4s
Teil 3 - Torso & Kopf: https://youtu.be/ZcU22dXiJ38
Teil 4 - Arme: https://youtu.be/m8apQTp-Qng
Teil 5 - Hände & Modell: https://youtu.be/fjBbme7LiBw

Das damit veröffentlichte Modell (zu groß für die 10MB hier https://www.file-upload.net/download...oter.STEP.html) beinhaltet die mechanische Konstruktion, Platzhalter für die Elektronik und die geplante Leitungsführung:
Anhang 34893
Wer will kann gerne mit der Entwicklung eines Eigenbauroboters hierauf aufbauen und sich konstruktiv austauschen.

Als Nächstes geht es an die genaue Auslegung der Elektronik.

Hallo,

damit es hier weitergeht die Aufführung der ersten Gedanken zur Umsetzung der Elektronik.

An den verschiedenen Stellen sind folgende Aktoren und Sensoren verbaut, die größtenteils die entsprechend markierten Ein- und Ausgänge benötigen. Für die Schrittmotoren muss noch ein Enable-Signal gesetzt werden. Hierbei sollen aber mehrere Motoren eines Gliedmaßes, die sich gleichzeitig bewegen auch gleichzeitig aktiviert werden.
Anhang 34915

Die Endstufen selbst sind standardmäßig aufgebaut. An den Beinen soll es vorsichtshalber noch ein Signal zur Stromüberhöhung durch variieren der Referenzspannung geben, falls mal kurzfristig etwas mehr Kraft benötigt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass im Normalbetrieb ohne Stromüberhöhung der zweite Transistor leitend ist. Wird das Signal für die Stromüberhöhung gesetzt, so wird der vorgeschaltete Transistor leitend und die Spannung an der Basis des zweiten fällt ab, wodurch dieser sperrt. Somit wirkt nur noch der erste Spannungsteiler auf die Referenzspannung, wodurch diese angehoben wird und ein höherer Strom fließt, bis am Shunt der Wert der Referenzspannung erreicht wird.
Anhang 34914

Die Gleichstrommotoren der Hände werden lediglich über H-Brücken angesteuert. Durch eine zusätzlich vorgeschaltete Spannungsquelle können unterschiedliche Spannungen eingestellt und somit die Greifkraft beeinflusst werden. Die Grenzen des Bewegungsbereiches werden durch Lichtschranken an den Fahnen in der Hand gebildet. In Schließrichtung verfügt jeder Finger über ein separates Signal. Die Öffnung erfolgt über ein gemeinsames Signal. Will man einen Finger nicht mit Öffnen, so reicht es aus hierbei zeitgleich das Schließsignal zu setzen um beide Seiten des Motors auf das gleiche Potential zu ziehen.
Anhang 34912

Dieses Bild stellt den Abfragebus dar. Da lediglich Signalbereiche der einzelnen Aktoren abgefragt werden und der Rest über Mitzählen interpoliert wird ist es nicht nötig zeitgleich alle Lichtschranken abzufragen. Deshalb gibt es zwei Bussysteme (rechte und linke Seite). Durch die UND-Verknüpfungen zur Erzeugung des Abfragesignals wird auch gewährleistet, dass immer nur ein Aktor abgefragt werden kann, wodurch es nicht zeitgleich zu Signalüberlagerungen mehrerer Aktoren kommen kann. Die Positionsbereiche die Abgefragt werden können haben die Anordnung 000, 001, 011, 010, 110, 100, 101 und 111. Hierdurch ändert sich an den Übergängen immer nur 1 Bit und es kann nicht zu Sprüngen in der Messung kommen.
Anhang 34913

Die Drucksensoren selbst verfügen über zwei Abfragevarianten. Zum einen gibt es die analoge Abfrage, die für die Lernphase verwendet werden soll, zum anderen die digitale Abfrage, die zum Einsatz kommt, wenn keine so große Auswertung im Hintergrund laufen soll. Diese soll lediglich über Schmidttrigger erkennen ob kein, niedriger oder starker Druck auf die Kontaktplatten wirkt.
Anhang 34916

Der Neigungssensor selbst ist ein fertiges Teil.

Grüße
Marcel

Hallo Roboter-Netz-Comunity,

nach einer etwas längeren Pause, die der Faulheit und anderen Projekten geschuldet war, ist es nun wieder um ein ganzes Stück weiter gegangen.

Maßgeblich für den Fortschritt waren zwei hoch motivierte angehenden Techniker (Christopher und Louis), die die Idee hatten an dem Open-Source-Projekt mit zu arbeiten und im Zuge ihrer Abschlussarbeit die Elektronik zur Ansteuerung sämtlicher Schrittmotoren zu entwickeln. Sie haben ganze Arbeit geleistet, so dass sich nun sämtliche Schrittmotoren ansteuern lassen und der Roboter somit zum Leben erwacht ist. Des Weiteren wurden die hierfür notwendige Verteilerplatine entwickelt und weitere Gedanken zur Spannungsversorgung mittels Akkus angestellt.

Anhang 35773Anhang 35772

Um auf diesen Stand zu kommen haben sie erstmal das Konzept der geplanten Elektronik anhand verschiedener Lösungsansätze und einer Entscheidungsmatrix optimiert. Anschließend wurden Musterplatinen gebaut und die Funktionen getestet, bevor wir gemeinsam den kompletten Roboter elektrifiziert haben. Nebenher wurde noch ein Programm geschrieben, welches es ermöglicht die Antriebe benutzerfreundlich über eine Bedienoberfläche anzusteuern.

Anhang 35774

Das Video, wie sich der Roboter inzwischen bewegen kann ist hier zu sehen: https://youtu.be/074uH6XMvYo

Sobald die beiden ihren Vortrag hatten kann es an anderen Baustellen weiter gehen. Zum einen werden die Hände erneuert, zum anderen noch an der Drucksensorik der Füße gearbeitet.

Grüße
Marcel

Hallo Roboter-Netz-Comunity,

es ist wie angekündigt mit den Händen weiter gegangen.
Anhang 35801Anhang 35799

Die Finger sind nun neu überarbeitet und mit Scharniergelenken anstatt Biegegelenken ausgeführt.
In jedem beweglichen Gelenk sind vergossene Drucksensoren um hier eine Rückmeldung bekommen zu können, ob etwas gegriffen ist und nicht nur blind die Finger zu schließen.
Die Elektronik muss noch entworfen werden, da sie bisher nur gedanklich existiert. Vorerst müssen aber erstmal die Lichtschrankenpositionen auf der Platine ermittelt werden.
Im gleichen Zug werden auch die provisorische Verteilerplatine ordentlich überarbeitet und ausgetauscht, sowie eine Platine für die 5V-Logikspannungsaufbereitung entworfen, da der Abgriff hier momentan noch über ein USB-Netzteil stattfindet. Dann kann der Logik-Bus und der Raspberry direkt über einen Gesamtanschluss versorgt werden.

Des Weiteren ist der Akku-Rucksack angebracht, so dass der Roboter nicht mehr zwangsläufig am Labornetzteil hängen muss. Hier soll die Schaltung jedoch mit einem Wechsler so ausgeführt werden, dass beide Betriebsarten möglich sind, um nicht ständig auf Akku-Betrieb laufen zu müssen und während der Inbetriebnahme direkt am Netzteil schauen zu können, wie viel Strom aktuell benötigt wird.
Anhang 35800

Ebenso müssen noch ein paar Lichtschranken montiert und Messstäbe gefertigt und angebracht werden, so dass im Anschluss die lokale Positionseinlesung für alle Aktoren programmiert werden kann.

Wenn man es dann noch schafft, dass der Bildschirm über Funk und nicht mehr per Kabel mit dem Raspberry verbunden ist, ist der Roboter nicht mehr nah an einen Ort gebunden und es kann erstmal mit der Programmierung zum Gang weiter gehen.

Grüße
Marcel

Zitat:

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Zitat von Marcel D

Wenn man es dann noch schafft, dass der Bildschirm über Funk und nicht mehr per Kabel mit dem Raspberry verbunden ist, ist der Roboter nicht mehr nah an einen Ort gebunden und es kann erstmal mit der Programmierung zum Gang weiter gehen.

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Ich benutze für meine Pi's gerne VNC.
Da kann man bequem am Laptop arbeiten, hat aber den Pi-Desktop (einfach ne passende Auflösung am Pi-"Bildschirm" einstellen) bequem auf dem Laptop.
Auf dem Pi kann man sich dann noch ein hübsches, grafisches Interface basteln (Tkinter oder so) wenn man will.

Schon wieder so Thread, wo mir ein großer Like-Button fehlt.
Es ist bewundernswert mit wie viel Ausdauer und Begeisterung ihr solche Projekte voran treibt!

VG, Jürgen

Zitat:

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.. Der zusammengebaute Kollege ist 1,75 m groß und wiegt 110 kg

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Hallo Marcel,
alle Achtung und ein (kleinwenig neidisches) kräftiges Bravo - von anfangs bis hier. BTW: zum Glück wiegen meine persönlichen vier Zentimeter weniger Größe gerade zehn mal weniger Kilo. Bei nem aktiven Kletterer ein unschätzbarer Vorteil.

NATÜRLICH musste ich Deine Fingerantriebe peinlich genau ansehen. Beim Vorbild meines Archie gibts ja zum Glück nur zwei Finger und einen "Daumen" - und das ohne Fingerspreizung (n tolles Detail das da realisiert ist). Da war natürlich der Fingerantrieb schon ein ziemliches Größenproblem. Die Führungen des Bowdenzuges (lange gesucht, Ø 1,0 mm - von/für ne bekannte Fahrradnabenschaltung) sind relativ zu den Fingergelenkenachsen so fest montiert bzw. geführt (meist geklebte MS-Röhrchen), dass bei Zug der Finger gekrümmt und bei Schub der Finger gerade gestreckt wird. Damit ist die Griffkraft ziemlich schwach - ein Yoghurtbecher geht mechanisch und teils mit Wasser gefüllt auch kraftmässig. Leider ohne taktile Sensorik (mechanische Oberflächensensibilität).

Fragen:
1) Gibts Schätzungen/Testwerte über die Griff"kraft" der Finger?
2) Werte/Video über Krümmungsdauer und Strombedarf?
3) Welche Lebensdauer schätzt Du für Deine Elastikrückstellung?
4) Gibts Schätzwerte/Planungen zu Mannmonate für die Programmierung?
5) Gibts (Schätz-)Werte zu Mannmonate für die Fertigung?

Weiterhin viel Glück, Geduld, Ideen und Erfolg; danke für ne Antwort.