Einen Roboter selber bauen

April 4, 2022 - Lesezeit: 2 Minuten

Seit dem Jahr 2006 beschäftige ich mich mit der Grundsatzforschung zum Thema humanoider Roboter. Ein Roboter der eine menschenähnliche Statur hat, mit Armen und Beinen die auch noch entsprechenden Bewegungen ausführen können, sind nicht nur eine Herausforderung beim Bau, sondern auch bei der Programmierung. Dieser spezielle Zweig der Robotik erfordert interdisziplinäre Kenntnisse aus den Bereichen Mechanik, Elektronik und Informatik. Nach einigen Tests verschiedener Materialien habe ich mich entschieden für die mechanischen Teile ALU Profile und im 3D-Drucker additiv gefertigte Teile aus PLA Kunststoff, dies ermöglicht einerseits eine konsequente Leichtbauweise und ist andererseits kostengünstig in der Herstellung. Der 3D-Druck hat auch noch den Vorteil konstruktionsbedingte Bauteiländerungen sofort umzusetzen und ermöglicht auch die maßhaltige Reproduktion von Bauteilen in Kleinserie.

Der mechanische Antrieb der Gliedmaßen erfolgt durch elektrische Getriebemotoren die eine Trapezgewindespindel antreiben. Da diese Gewindespindeln selbsthemmend sind bleiben, auch bei Stromunterbrechungen, die bewegten Teile an Ort und Stelle und werden nicht unkalkulierbar an mechanische Endpunkte geführt. Das heißt in der Praxis, ist der Stromfluss unterbrochen, klappt der Roboter nicht in sich zusammen und fällt um, sondern er verharrt in der letzten angesteuerten Position. Natürlich gibt es auch Nachteile die nicht unerwähnt bleiben sollten, vor allem die Bewegungsgeschwindigkeit ist eingeschränkt dies wird aber zum Großteil wieder durch die Stellgenauigkeit kompensiert, Einschränkungen gibt es auch bei den konstruktionsbedingt erreichbaren Winkeln von Gelenken aber auch hier dürfen wir uns über eine teilweise Kompensation durch den ausgezeichneten Kraftschluss der Gewindespindel freuen. Um die Teile die im 3D-Druck hergestellt werden mechanisch zu stärken, werden sämtliche Gelenke mit Kugellager versehen. Somit wird eine ausgezeichnete Leichtgängigkeit erreicht und Scher- und Biegekräfte besser in die Konstruktion abgeleitet.

Zur Steuerung des Roboters wird ein Einplatinencomputer eingesetzt. Dieser versendet und empfängt Signale über ein Bussystem in dem Aktoren und Sensoren direkt eingebunden sind. Dies gewährleistet durch eine vorgegebene Normierung die Austauschbarkeit von elektronischen Bauteilen oder Baugruppen. Auch die Verfügbarkeit von passenden und vorgefertigten Bauteilen wir dadurch gesteigert. Als Betriebssystem wird am Einplatinenrechner GNU/Linux eingesetzt dadurch wird die notwendige Flexibilität für Anpassungen des Betriebssystems erreicht. Da sich der Roboter in der direkten Umgebung des Menschen aufhält, wurde auch in Bezug auf Sicherheit und Datenschutz GNU/Linux ausgewählt. Auch lizenzrechtliche Gründe sprechen für dieses quelloffene Betriebssystem.

Wer an dem Bau des Roboters interessiert ist bekommt hier auf dieser Webseite laufend entsprechende Innformationen dazu, für Detailfragen bin ich natürlich auch per Email erreichbar.