Hexapod als Maturarbeit

[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/ze...ight=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...
Bein vorne
Bein Mitte
Bein hinten

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

Zwischen 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"

[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->


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