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.!
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.
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.
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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Roboter-Tutorial
- Thema: "Ich
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