Hexapod als Maturarbeit

[lucaosswald]

Hallo
Ich bin neu im Forum und habe leider keine Ahnung, ob ich hier im richtigen Bereich bin. Sry.
Ich möchte als Maturarbeit einen Hexapod bauen, habe aber noch keine Erfahrung im Bereich der Robotik. Mich interessiert die Bionik und ich möchte mittels einem Roboter, den Gang von sechsbeinigen Arthropoden nachahmen.
Das Problem ist, dass ich noch nie etwas in diesem Bereich gemacht habe und daher auch nicht weiss, ob ich mich damit übernehme.
Wäre so eine Arbeit für jemanden wie mich überhaupt machbar?

[Hessibaby]

Erstmal willkommen im Club !
Hier im Forum sind schon einige Hexapode unterwegs. Dazu solltest Du die Suchfunktion benutzen.
Ob das für Dich machbar ist können wir nicht bewerten.
Über welche technischen und handwerklichen Fähigkeiten verfügst Du ?
Da Du eine Maturaarbeit schreiben willst gehe ich davon aus, dass Du 18 / 19 Jahre alt bist und aus Östereich kommst.

[lucaosswald]

Danke!
Ich bin jetzt noch 17 Jahre alt, muss aber erst in einem halben Jahr mit der Arbeit beginnen.
Ich habe mich früher sehr intensiv mit Modellbau beschäftigt und kann daher behaupten, dass ich handwerklich etwas drauf habe.
Von Technik verstehe ich allerdings noch garnichts.

[oratus sum]

Hey,

Genauso wie du habe ich für meine Matura meinen Roboter gebaut (Signatur -> Bilder :-D)

Hexapods sind von der Mechanik her etwas aufwändiger. Das Problem liegt wohl darin die einzelnen Teile zu besorgen/anzufertigen. Grundsätzlich steuert man dannd ie Gelenke mit Servos, die man z.b. mit einem AVR sehr leicht Stellen kann.

Wenn du dich auf die Bionik konzentrieren möchtest würde ich dir empfehlen den elektronsichen Aufwand zu minimieren, sprich schon fertige Boards/Module zu nehmen, damit du dich nicht mit Kurzschlüssen, viel löten, Timing, Stecker und Bauteile kümmern musst, sondern auf die Programmierung der Bewegungsabläufe und den Aufbau der Bewegungsapparte.

Wenn du aber auch die Elektronik dafür selbst erstellen möchtest solltest du dich sputen. Ich habe die Hauptplatine (Bild) meines Roboters selbst entworfen, allerdings hat das sehr lange gedauert. Ein halbes Jahr verging nur damit die Prototypen selbst zu ätzen und die Funktionen zu testen bis ich es dann wirklich professinell anfertigen ließ. Und selbst so hat sich ein Fehler eingeschlichen und 100% zu frieden bin ich auch nicht.

Wenn du aus einer AHS kommst, wirst du die Lehrer sehr beeindrucken, das kann ich dir schonmal garantieren.

Du solltest auf jedenfall die Arbeit nicht unterschätzen. Mit der Planung solltest du dich auf jedenfall so früh wie möglich auseinandersetzen. Schau einfach was du haben möchtest. Zeichne einfach mal den Roboter auf. Danach musst du festlegen was der Robot können soll. Achte dabei darauf, dass du keine Schritte auslässt und alles so genau wie möglich festlegst.

Also z.b.

Vorwärtsbewegen -> Gelenke -> 2 Gelenke pro Bein min -> Servo

Dabei kommst du dann drauf, dass dir einige Sachen fehlen werden. Du wirst dir Fragen stellen wie z.b. "Wie bewege ich jetzt sie Servos". Das ist dann auch der Sinn der Sache. Da schaust du dich dann im Forum um und triffst auf Lösungen die dich mehr oder weniger ansprechen.

Ich rate dir ab dir ein Buch zu kaufen wo du dann versuchst dir alles möglich einzutrichtern. Davon hast du nichts weil viele Fachbegriffe vorkommen werden die dich nur verwirren und du nicht weißt was davon wirklich wichtig ist und was nicht.

Außerdem findest du alles was du brauchst hier, wenn mal nicht dann sicher in google. Wenn du nicht weiter weißt helfen dir hier viele sehr gerne weiter.

Eine gute Anlaufstelle ist auch der RN Wiki
http://www.rn-wissen.de/index.php/Hauptseite

[rolber]

Hallo !

Natürlich kannst Du einen Hexapoden bauen !
Wenn Du schon mit mechanischen Bastelarbeiten vertraut bist, umso besser.
Ich an deiner Stelle würde erst einmal ein einzelnes Bein Entwerfen und dann Bauen.
Anschliessend dieses Bein Bewegen .
Danach fertigst Du dann die restlichen Beine und den Grundkörper.
Die Bauzeit würde ich mal mit 3 Monaten veranschlagen (Ist eher knapp gerechnet ).
Anschliessend kommt noch die Programmierarbeit auf Dich zu.
Wie Lange Du da brauchst um gute Ergebnisse zu erzielen, kann man schlecht voraussagen. Aber ich würde hier auch mal so 2 - 5 Monate rechnen.
Solltest Du besonders begabt auf einem Gebiet sein, kannst Du es auch schneller schaffen.
Aus eigener Erfahrung muss ich sagen, ein Hexapod braucht Zeit.
Ein Jahr ist da schnell vorbei.

Roland

[lucaosswald]

Ich habe schon einige Entwürfe für den Roboter gezeichnet und werde nächstens auch ein Modell aus Depron bauen. (ohne Elektronik)
Das Problem ist einfach, dass ich keine Ahnung von der Elektronik habe und auch nicht programmieren kann.
Ich würde mit meinem Wissen etwa so weit kommen, dass ich den Roboter mit eingebauten Servos vor mir hätte, aber dann wäre Endstation.

lg

[rolber]

Hallo !

Ich habe auch erst vor ca. 3 Jahren mit der Materie Robotik angefangen.
Mittlerweile bekomme ich auch was ich mir Vornehme umgesetzt.
Hatte auch keine Ahnung vom Programmieren der Microcontroller.
Kannte nur BASIC vom C64 und Amiga.
Habe mich dann langsam mit der kostenlosen Version von BASCOM vertraut gemacht anschliessend die Vollversion gekauft und meine Roboter damit programmiert.
Für mich wäre ein Hexapod als Einstiegsprojekt viel zu schwierig gewesen.
Aber ich bin ja auch schon jenseits von .............( Über 50 ).
Was Du dir zutraust, musst Du selbst wissen, aber ein Hexapod ohne Programmiererfahrung --- Das kann auch Frustrieren !! ----

Roland

[HannoHupmann]

Am besten mal ein Projekt eröffnen in der entsprechenden Unterkategorie und dann spezielle Fragen posten bzw. Designvorschläge posten. Du kannst dir viel Mühe/Ärger/Geld sparen wenn du deine Ideen früh offen legst und den erfahrenen Hexabastlern die Möglichkeit gibst drauf zu kucken und Tipps zu geben.

Gleich ein Modell zu bauen ist verkehrt lieber erst die Zeichnungen posten.
Übrigens haben die Meisten von uns bei null angefangen und sich dann mühsam eingearbeitet. So ist das bei neuen ideen. Bei allen Projekten hab ich bisher neuland betreten, war am Anfang extrem gefrustet und irgendwann wars dann einfach. Jetzt hab ich keine Angst mehr davor, irgendwas anzufangen was ich noch nie gemacht hab.

[lucaosswald]

Was versteht ihr unter zeichnen?
Zeichnen mittels CAD-Programm oder traditionell mit Bleistift und Lineal?

[Arkon]

Ich denke mal beides ^^

Wobei ein CAD-Modell den Vorteil hat, dass du nicht dreidimensional zeichnen musst und kleinere Änderungen wenig Aufwand machen. Bei ner Bleistiftzeichnung musst du ggf. die Hälfte weg radieren. Außerdem gibts im CAD-Programm meist auch Animationsmöglichkeiten um einen groben Eindruck vom Bewegungsablauf zu bekommen. Und und und....

Aber eine händisch erstellte Skizze wäre auch ok ^^

[HannoHupmann]

jo ich bevorzuge CAD aber dazu braucht man natürlich selbiges Programm und die Erfahrung im Umgang damit. Gerade bei so komplex-mechanischen Systemen wie Hexas bewährt es sich, nicht einfach drauf los zu basteln. Es gibt soviele kleine Details die einem das Leben schwer machen und nachträglich nicht eingebaut werden können, bei guter Planung aber bereits im Design berücksichtig werden können.

Animationen der Bewegungen machen es natürlich noch geschmeidiger, nur eben nochmal ne Ecke aufwendiger.

[lucaosswald]

So jetzt habe ich lange nichts mehr von mir hören lassen, aber ich bin noch da. Ich habe mal ein Konzept für meine Arbeit verfasst.
Es hat zwar nicht viel mit Robotern zu tun, doch ich dachte ich zeig es euch mal.

Eine Anwendung der Bionik: Lokomotion von sechsbeinigen Insekten im Roboter umgesetzt

Einleitung:
In meiner Arbeit möchte ich die Gangart von sechsbeinigen Arthropoden beobachten und mittels Videoanalyse festhalten.
Die Analyse soll zur Aufzeichnung jeder einzelnen Beinbewegung zum Zeitpunkt x dienen, sodass sich verschiedene Gangarten genau beschreiben lassen.
Mit Hilfe dieser Daten lassen sich auch die Winkel der verschiedenen Gelenke eines jeden Beines eruieren.
Wenn nun diese Daten vorliegen, lassen sich die Werte auf die Software eines Servos übertragen, was eine Rekonstruktion des Insektes in mechanischer Weise ermöglicht. Das Ziel meiner Arbeit besteht aber im Wesentlichen darin, die Daten zu erfassen um sie dann, sekundär, im Roboter zu verwenden.
Die Programmierung des Roboters und die Herstellung der Elektronik gehört nicht zu meiner Arbeit und wird daher nicht von mir bewältigt.

Analyse:
Der erste Schritt besteht darin, ein geeignetes Insekt zu finden, welches die gewünschten Eigenschaften, die ein genaues Arbeiten ermöglichen, mitbringt.
Das Tier sollte: - eine Mindestgrösse von 2cm besitzen
- über sechs(möglichst) gleich arbeitende Beine verfügen
- 2-3 Bewegungsgrade(2-3 Servos) pro Bein haben
- sich nicht zu schnell/langsam bewegen
- gut sichtbare Gliedmassen aufzeigen
Wenn das ideale Tier gefunden ist, besteht der nächste Schritt darin, das Insekt bei verschiedenen Gangarten (laufen, vorwärts; laufen, seitwärts; drehen; usw.) zu filmen. Die Kamera würde aus bestimmten Blickwinkeln filmen (Boden, seitlich, links; Boden, seitlich, rechts; von oben; usw.), um jede einzelne Beinbewegung festzuhalten.
Schliesslich hoffe ich bestimmte Laufschemas ablesen zu können.
Damit ist es möglich, die Winkel der einzelnen Gelenke aufzuzeichnen, indem man die Videos in einzelne Bilder aufteilt und dann manuell die Winkel ausmisst.
Die Schwierigkeit besteht darin, das Insekt aus der Richtigen Perspektive zu Filmen, um ein korrektes Ausmessen der Winkel zu ermöglichen.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass sich das Tier nicht konstant nach dem gleichen Schema bewegt, was wiederum meine Arbeit erschweren würde.

Roboter:
Mit den gesammelten Daten soll am Ende ein Roboter, der die Gangart des Insekts nachahmen soll, betrieben werden. Die Konstruktion und der Bau des Roboters will ich zwar auch selbst durchführen, diese jedoch nicht ins Zentrum meiner Arbeit stellen.
Die Programmierung der Steuerung würde ich nicht selbst verfassen!
Das heisst ich würde lediglich die genauen Befehle für die Koordination eingeben.

Prinzipiell besteht der Roboter aus sechs gleichwertigen Beinen, die in der Mitte zusammengehalten werden.
Die Elektronik besteht, je nach Anzahl der Gelenke, aus 12-18 Servos, einer Steuerungsplatine und der Stromquelle.
Da die Beine alle gleichwertig sind, wird die Konstruktion erleichtert, da man nur ein Bein konstruieren muss.

Das Modell würde ich aus Sperrholz oder Plexiglas fertigen und mit handelsüblichen Servos versehen. Das Steuerungsmodul lässt sich in Form eines Microkontrollers im Fachhandel besorgen und muss nur noch programmiert werden, was wie gesagt nicht zu meiner Arbeit gehören würde.

Allgemeines:
Die verschiedenen Gangarten von Sechsbeinern wurden in der Forschung schon intensiv behandelt, dass heisst, alles was ich mit meiner Arbeit herauszufinden hoffe, ist schon bekannt.
Trotzdem möchte ich genau dieses Thema nochmals selbstständig erforschen, um mir einen Einblick in jenes Forschungsgebiet zu verschaffen.
Die Arbeit ist meiner Meinung nach für einen Schüler machbar, aber sehr aufwändig.
Bei der Herstellung der Stuerungssoftware wäre ich auf professionelle Hilfe angewiesen.

Der Ansporn Reiz der Arbeit sehe ich darin, eine Erfindung der Natur abzuschauen um sie für meine Zwecke zu nutzen.

[pinsel120866]

Hallo,
vielleicht ein Anreiz:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?t=45011&highlight=sperrholz

[HannoHupmann]

@lucaosswald in den 90er Jahren hat sich ein Forschungsinsitut mit Stabheuschrecken beschäftigt um anhand dieser Insekten die verschiedenen Gangarten zu untersuchen. Im Prinzip dürften die ziemlich genau, dass gemacht haben was du vor hast. Ich kann zuhause mal in meinem Zeitungsartikelarchiv kucken ob ich den Bericht zur Forschung noch irgendwo hab.

[lucaosswald]

Ja an Stabheuschrecken habe ich auch schon gedacht.
Eine andere Möglichkeit wären Ameisen, diese bewegen sich jedoch sehr schnell und sind schwer am Leben zu halten.

Ich werde den Stand der Dinge weiterhin durchgeben. ;-)

lg

[lucaosswald]

So, nun gibts nach langer Zeit mal wieder einige Lebenszeichen von mir, beziehungsweise von meinen Projekt.
Richtig begonnen mit der Arbeit habe ich vor einem Monat.

Ich habe nun den Schwerpunkt auf Ameisen gesetzt. Ich übernehme also meine Informationen für die Konstruktion des Roboters von gewöhnlichen Waldameisen.
Das ist dann auch das Interessante an meinem Projekt. Ich habe nämlich beim Zerlegen eines Ameisenkörpers festgestellt, dass Ameisen nicht über sechs gleichlange, sondern unterschiedlich lange Beine verfügen.
Bei den Hexapods, die ich bisher gesehen habe war das nirgends der Fall, also werde ich versuchen, genau das in meinem Roboter zu übernehmen. Das Ziel meiner Maturaarbei ist, den Roboter so ähnlich wie möglich nach dem Vorbild der Ameise zu bauen.
Aber zurück zu dem, was ich eigentlich fragen wollte: Ich verwende für meinen Roboter 12 HXT12K Servos, 6 HXT6.9, 1 7.4V 5000mAh Lipo und zwei 8A Regler.
Das Problem liegt nun darin, dass ich nicht weiss, wie viel Strom die 18 Servos ziehen. Ich bin mal davon ausgegangen, dass ein Servo etwa 1A braucht. Ist das realistisch?
Ausserdem wollte ich generell mal fragen, was Ihr von einem Roboter mit unterschiedlichen Beinlängen haltet.

Ich hänge hier noch einige Bilder von meiner bisherigen Arbeit an...
19896Bein vorne
19897Bein Mitte
19898Bein hinten

Das Mal zur Anatomie der Ameise und der Vorlage für meinen Roboter

19899Zwischen die Alustangen kommt eine Sperrholzplatte und unter die Servos nochmals eine. Somit erhalte ich einen Hohlraum, wo der Akku Platz findet.

[lucaosswald]

Zu letzt noch ein Muss: "Der Arbeitsplatz" :)
19900

[021aet04]

Ich kenne mich mit Servos nich so gut aus, was ich bisher aber gelesen habe ziehen die schon einige A (mehr als 1A). Das ist eine Kurzzeitige Stromspitze (beim verfahren), wenn der Servo die Position hat sinkt der Strom. Du könntest es mit einem Shunt und dem Oszi messen. Wie viel ein Servo bei deinem Hexa zieht kann man so nicht sagen, da der Servo, je mehr er belastet wird (je schwerer der Hexa ist), mehr Strom aufnimmt. Du solltest es wenn möglich mit einem Oszi messen, damit du dir sicher bist.

MfG Hannes

[HannoHupmann]

Wenn ich mir das Konzept für die Beine anschauen auf deinem Bild, dann fürchte ich jetzt schon, dass die einfach abbrechen werden bzw. dein Hexabot sich nachher nicht wirklich eigenständig auf den Beinen halten kann.

[lucaosswald]

Das mit den Beinen ist so eine Sache....
Ich will ja die Körpergrössenverhältnisse der Ameise übernehmen, daher werden die Beine des Roboters sau lang! Ich befürchte, dass meine Servos zu schwach sein werden, um den Roboter zu halten. Daher könnte es sein, dass ich den Roboter aufhängen muss. Dazu wurde ich ein Gewicht an einem Faden befestigen, es über eine Umlenkrolle an einem Gerüst aufhängen und das andere Ende mit dem Roboter verbinden.
Somit würde der Roboter entlastet werden.
Ich werde aber auf jeden Fall zuerst versuchen, den Roboter selbstständig gehen zu lassen.

Die Servos am Körper hängen natürlich nicht nur am Servokopf, sondern werden auch von unten befestigt. Siehe Bild-> 19921
19922

Der Körper des Roboters wird am Ende dreistöckig, damit das Arduino Board nicht mit den Alustreben in Kontakt kommt.

Ich werde mal Pläne zeichnen und diese hochladen.
Leider Muss ich diese aber von Hand zeichnen, da ich noch keine Zeit hatte, mich in ein CAD Programm einzuarbeiter. Wo ich schon dabei bin, hat jemand Erfahrung mit AutoCad?

Gruss

[lucaosswald]

So ich hab jetzt mal in stundenlanger Arbeit die Pläne gezeichnet (leider vor Hand, da ich noch nicht mit dem CAD Programm umgehen kann).
Sie sind leider auch etwas unübersichtlich.
Durch die aüssersten Löcher bei den Querbalken des untersten Stockes werden 16mm lange M3 Schrauben nach oben hin eingeführt. Die Servos stehen am Ende auf diesen Schrauben. Am den Servos selbst mache ich noch einen kleinen Holzring mit einem Loch in der Mitte fest, damit die M3 Schraube von unten in einer Fassung liegt.

1993919940

lg