Roboterarm

By | 6. Februar 2017

Der Bau eines Roboterarms…
Moderne Fertigungstechniken und günstige Standardkomponenten wie der Arduino und diverse Modellbauteile erlauben heutzutage jedermann, sich für wenig Geld einen Roboter selbst zu bauen. Inspiriert durch einen Beitrag in der Zeitschrift ct, entschloss ich mich einen solchen Roboterarm zu bauen.

Die dazu erforderlichen mechanischen Teile wurden von unterschiedlichen Quellen zusammen getragen, wobei es sich als sehr aufwendig herausgestellt hat, da es keinen Händler gab, wo alle Teile auf einmal gekauft werden konnten. Hilfreich war, dass die Teile für die Arme als Frästeile von einem Auftragsfertiger aus dem Allgäu bezogen werden konnten. Und das zu überschaubaren Kosten, trotz der Stückzahl 1.

Da ich ohne Modellbau-Erfahrung war, gestaltete sich auch der erste Kauf von Modellbau-Servos nicht ganz so einfach. Da es unendlich viele Varianten zu geben scheint, deren Unterschiede nicht jedem Laien gleich auffallen. Aber auch das Problem konnte gelöst werden.

Der ursprüngliche Beitrag verwendete als Steuerung einen Rasperry Pi. Da ich mir aber gerade ein Arduino Starterkit gekauft hatte, wollte ich natürlich diesen für die Steuerung verwenden, um zu sehen wie sich damit auch etwas komplexere Steuerungen aufbauen lassen.

Der mechanische Aufbau

Ausgehend von den Aluminium Teilen konnte dann mit dem mechanischen Aufbau begonnen werden. Die Idee des Arms bestand darin,  symmetrisch angeordnete Aluminium oder Hartfaser Elemente, die über 40mm Abstandshülsen verbunden werden, eine leichte und doch stabile Arm-Konstruktion zu bilden.  Diese Seitenteile werden an rechteckigen Platten lagernd befestigt, an denen auch die Servomotoren angebaut werden. Über Verbindungselemente werden diese dann mit den Servo-Hörnern gekoppelt, um so die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Da ich keine passenden Abstandshülsen bekommen konnte, habe ich mir mit M4 Gewindestangen und passenden Muttern beholfen, so dass mit etwas Geduld und Sicherungslack nach und nach der Arm aufgebaut wurde. Der erste Versuchsaufbau ist im Video dokumentiert.

 

Man erkennt deutlicher, das zugrundeliegende Grundprinzip und die Konstruktionsidee. Aber auch noch wo die Optimierungspotentiale liegen.

Steuerung der Servomotoren-Motoren mit dem Arduino

Um einen Roboterarm zu steuern, müssen verschiedene Schrittmotoren und oder Servomotoren in einer bestimmten Reihenfolge angesteuert werden. Dazu sind zuerst die grundlegenden Ansteueraufgaben für einen Servomotor zu lösen. Aus diesem Grund bestand die nächste Aufgabe darin, herauszufinden, wie man mit dem Arduino 3 Servo-Motoren-Motoren gleichzeitig steuern kann.Das sah Anfangs sehr unproblematisch aus. Es gibt eine leicht zu verwendende Bibliothek <Servo.h> mit der sich ein oder mehrere Servomotoren-Objekte erzeugen lassen, über die dann die PWM-Steuerung der Servomotoren-Motoren auf sehr einfache  Weise durchgeführt werden kann, ohne dass man sich mit den ganzen Timing-Fragen befassen muss.

In der Praxis zeigte sich aber, der eine oder andere Aussetzer. Speziell bei drei Motoren, zwei gehen noch unproblematisch beim dritten hatte ich immer wieder eigenwillige Störungen. Später fand ich heraus, dass dies an der Belegung der Arduino-Ports lag. Durch die Verwendung anderer Steuer-Pins wurde das Problem gelöst.

 

Nach und nach entstanden so die weiteren teile und ich wurde auch versierter im Umgang mit der Arduino-Plattform. Ich erwarte mir neben dem Uno auch noch einen Arduino-Mega, der nicht nur mehr Ein-Ausgabe-Pins zur Verfügung stellt sondern auch noch einiges schneller läuft. Aber mit der gleichen einfachen Entwicklungsumgebung programmiert werden kann und alle Bibliotheken verwenden kann.

Im nächsten Video erkennt man bereits einige Fortschritte. Einige weitere Arme wurden nach dem gleichen Prinzip aufgebaut und integriert. Ebenso wie eine einfacher mechanischer Greifer entwickelt wurde, der mit einem Mini-Servo angesteuert wird. Man kann zwar keine riesigen Lasten damit bewegen, aber für kleiner Gegenstände durchaus ausreichend.

 

Ein spannendes Projekt. Gerade die Verbindung von mechanischen und steuerungstechnischen Aufgaben sind für Maker aller Altersstufen interessant. Vor allem da es meiner Erfahrung nach, nie einfacher war wie heute mit diesen Möglichkeiten derartige Projekte zu realisieren.

Zum Abschluss noch einige Ideen… mit den heute ebenfalls erschwinglichen 3D-Druckern, sind noch weitere Varianten eins solchen Roboterarms denkbar, wie das nachfolgenden Bilder eines Roboterarms belegen sollen. Vollständig generativ aus einem CAD-Modell und dem 3D-Drucker verstellbar.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Kreativität des Makers sind somit fast keine Grenzen mehr gesetzt. Man muss nur noch eines tun sich trauen und einfach anfangen!