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Der kleine Hacker: Roboter konstruieren und programmieren

Vom Zahnbürstenbot zum autonomen Roboter: Baue eigene Roboter und lerne spannendes Hintergrundwissen!

AutorUlrich Stempel
VerlagFranzis
Erscheinungsjahr2015
Seitenanzahl192 Seiten
ISBN9783645253055
FormatPDF/ePUB
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis14,99 EUR
Lass die Roboter für dich tanzen! Roboter übernehmen immer öfter Aufgaben in unserem Alltag und in der Industrie - und auch du hast bestimmt einen Roboter zu Hause, ob es der Staubsauger ist oder ein Spielzeug. Spannend wird es, wenn du deine Roboter selber baust! Ob es ein kleiner Zahnbürstenroboter ist oder sogar ein autonomer Roboter, der auf Eindrücke von außen reagiert: Richtig Spaß macht es, wenn man weiß, wie der Roboter funktioniert! Sei Ingenieur! Lerne alles über Motoren, Getriebe und die Mechanik, die ver- schiedene Roboter brauchen, um sich zu bewegen. Der kleine Hacker gibt dir immer wieder Tipps, wo du geeignete Bauteile günstig herbekommst. Sei Informatiker! Einen Roboter zu bauen, der sich bewegt, ist ein erster Schritt. Noch anspruchsvoller wird es, wenn der Roboter auch selber 'denken' soll, also auf Eindrücke aus seiner Umwelt reagieren. Das klappt mit Sensoren und einem Mikrocontroller. Der kleine Hacker zeigt, wo du die Mikrocontroller herbekommst und wie du sie programmierst. Nach kurzer Zeit wirst du zum absoluten Profi! Dank dem Zusatzmaterial, das dir als Download zur Verfügung steht, kannst du auch unterwegs programmieren, wenn du einmal keinen Zugang zum Internet hast.

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Leseprobe

2 Jetzt geht es los, baue dir deine Roboter 



ZAHNBÜRSTENROBOTER


Zahnbürsten sind nicht nur zum Zähneputzen gut. Deinen Zahnbürstenroboter kannst du mit einer alten, abgenutzten, aber auch mit neuen Zahnbürsten aufbauen. Durch den Vibrationsmotor bewegt sich die Bürste auf einer glatten Fläche. Je nachdem, wie du die Konstruktion gestaltest, ändert sich das Bewegungsmuster.

In diesem Kapitel findest du Anleitungen zum Bau einfacher Roboter, die sich nach von dir festgelegten Mustern selbstständig bewegen.

Und noch was. Manchmal findest du den Begriff „Rob“ für Roboter. Das ist eine liebevolle Abkürzung für deinen Lieblingsroboter!

Zahnbürstenrob in Fahrt

Das brauchst du:

  • Eine Zahnbürste
  • Vibrationsmotor beispielsweise aus einem ausgemusterten Handy (oder beim Restpostenmarkt, Elektronikhandel) 
  • Kleine Batterie, Knopfzelle, 1,5 Volt oder 3 Volt
  • Doppelseitiges Klebeband, Heißkleber
  • Und du kannst auch noch zusätzlich einen Schalter einbauen
  • Dünner Draht (keine Litze)

Projektaufbau:

1 Säge den Griff der Zahnbürste ab, für den Roboter brauchst du nur der Kopf der Zahnbürste. Dann klebst du doppelseitiges Klebeband auf die glatte Seite der Bürste. Das doppelseitige Klebeband soll den Motor und die Batterie festhalten. Besonders gut eignet sich doppelseitiges Klebeband mit einer Schaumschicht zwischen den Klebeflächen. Diese federt die Vibration des Motors ab. 

Klebeband auf dem Bürstenkopf

2 Befestige nun den Motor auf der Klebefläche. Eines der beiden Anschlusskabel wird danach leicht nach unten gebogen, sodass es ebenfalls auf dem Klebeband befestigt ist. Anschließend wird die Batterie so auf die Klebefläche montiert, dass sie auf dem nach unten gebogenen blanken Kabelende aufliegt. Natürlich muss der Motor so befestigt werden, dass sich die Achse frei drehen kann.

Zahnbürstenroboter mit Motor

Zahnbürstenroboter mit Motor und Batterie

3 Als Nächstes befestigst du noch das andere Kabel des Motors auf der Oberseite der Batterie mit etwas Isolierband. Sobald der Motor mit beiden Kabeln angeschlossen ist, bewegt er sich und den kleinen Roboter.

Kabel angeschlossen

Je nach Ausführung des Zahnbürstenkopfs, kann es sein, dass der kleine Roboter während der Fahrt umkippt. Die Art der Bewegung kannst du dadurch beeinflussen, dass du den Motor und die Batterie genau mittig oder etwas versetzt zu einer Seite hin platzierst. Oder, indem du zwei „Fühler“ aus Draht hinzufügst. Dann wird das Ganze stabiler. Je nachdem in welche Richtung sich der Motor dreht, fährt dein kleiner Roboter vorwärts oder rückwärts. Auch die Bürste kannst du mit einer Schere bearbeiten – aber Vorsicht: Ruck, zuck ist alles ab!Besonders witzig wird es, wenn du mit deinen Freunden zusammen mehrere dieser Roboter baust und sie zusammen tanzen lässt!

Zusätzliche Fühler aus Draht

Zwei Zahnbürstenroboter mit Fühler gemeinsam unterwegs

LAUFROBOTER, MECHANISCHE SCHUHE


Huch, was kommt denn da? Zwei Schuhe kommen da angelaufen, echt krass. Die Konstruktion besteht aus einem Paar spezieller Schuhe, die durch eine Achse miteinander verbunden sind. Wird der Getriebemotor eingeschaltet, laufen die Schuhe geradeaus. Natürlich kannst du die Schuhe auch noch um einen Roboterkörper ergänzen.

Das ist ein typisches Entwurfsprojekt. Auf die Idee folgen der Entwurf und die Planung zur Umsetzung. Das gezeigte Projekt hat Schuhe mit etwa 10 cm Länge. Einige Planungsdetails findest du in der Zeichnung. Die Form der Schuhe kannst du nach deinem Geschmack gestalten.


Umsetzplanung

Das brauchst du für die praktische Umsetzung:

Die zentrale Maschine deines Projekts ist ein Getriebemotor. Das kann ein umgebauter Servomotor sein oder ein Getriebemotor, wie er zu Anfang des Buches beschrieben wurde.

Getriebemotor

Weiterhin brauchst du:

einen Schalter

Eine Achse zum Biegen, Stellringe, Lüsterklemmen. Die Stellringe bekommst du im Modellbauhandel oder du fertigst sie aus Lüsterklemmen (Elektrobedarf) selbst an. Wichtig ist, dass die Gewinde M3 sind. So kannst du Schrauben als Hebel verwenden. Für die Stellringe sägst du die gestrippte Lüsterklemme (ohne Plastik) in der Mitte durch. Dann erhältst du zwei Stellringe aus einer Lüsterklemme.

Stellring, Lüsterklemme

Schraube, M3 für Hebel

Material für Schuhe: z. B. Tablettenbehälter, Plastikflasche (Shampoo), Karton, Kleber, Heißkleber

Projektaufbau:

1 Zuerst fertigst du zwei „Grundplatten“ in Schuhform mit Aussparungen für die Hebel. Die kannst du aus einem stabilen Karton ausschneiden. 

Grundplatte, Schuhe

2 Der nächste Schritt ist, die Achse zu biegen. Das ist ein bisschen kniffelig, lass dir von einem Erwachsenen helfen. Zuerst zeichnest du mit einem Filzstift an, wo die Achse gebogen werden soll. Dann kommt die Lüsterklemme drauf – das geht nach dem Biegen nicht mehr. Dann hältst du  die Achse beim Getriebemotor mit einer Flachzange fest und biegst sie mit der Hand in den entsprechenden Winkel. Dann schiebst du die weiteren Stellringe mit Hebeln auf die Achse. Der Versatz der Achse ist abhängig von der Länge der Schraubenhebel. In unserem Beispiel sind die Schrauben (bis zur Achse und einschließlich Schraubenkopf) 27 mm lang.

Achse mit Schraubenhebeln

3 Nun geht es daran, den Getriebemotor auf der linken Schuhgrundplatte zu montieren. Das geht supergut mit Heißkleber. Du gibst einen dicken Tropfen auf die Kartonplatte und drückst dann den Getriebemotor mit der richtigen Ausrichtung in den Kleber. Auf dem Bild kannst du den Getriebemotor, den Schalter, die Kabel und eine Hutmutter (als Beschwerung) sehen.

Montage Getriebemotor

Montage Getriebemotor, Detail

4 Der zweite Schuh braucht eine Achsführung. Diese kannst du aus einem Stück Holz machen, das eine Bohrung von 2,2 bis 2,5 mm für die 2-mm-Achse bekommt. Die Bohrung muss auf der gleichen Höhe (vom Schuh aus gemessen) wie die Achse beim Getriebemotor sein und die Richtung sollte stimmen. Das ist wichtig! Den kleinen Holzklotz kannst du auf die Achse schieben, ausrichten und dann mit etwas Heißkleber befestigen. Damit der Schuh auf der Achse nicht zu sehr hin und her wackelt, werden auch hier auf beiden Seiten Stellringe bzw. halbe Lüsterklemmen fixiert.

Achsführung beim rechten Schuh

Rechter Schuh, Holzklotz

5 Jetzt kannst du auch den Batteriehalter mit Heißkleber befestigen. Möglichst weit hinten, damit der Schuh hinten belastet ist.

Batteriehalter

Batteriehalter, Detail

6 Beide Schuhgrundplatten sehen dann von oben so aus:

Beide Schuhe von oben

7 Nun müssen noch die Kabel von Motor, Schalter und Batteriehalter richtig miteinander verbunden werden.. Laufen die Schuhe beim ersten Testen rückwärts, dann drehe einfach die Kabel am Batteriehalter um. Am einfachsten stellst du die Kabelverbindungen mit dem Lötkolben her. Für die Lötübungen findest du im Anhang eine hilfreiche Anleitung.

Kabelplan

Wenn alles komplett ist, kommen die ersten Laufversuche. Und klar ist: Es braucht noch ein wenig Feintuning. Die Hebel aus den Schrauben müssen beispielsweise exakt mit der gebogenen Achse übereinstimmen. Wie das geht, kannst du auf dem Bild sehen:

Feintuning

Verlege die Kabel zwischen der Batterie und dem Motor so, dass sie sich beim Laufen nicht verheddern.


Kabelführung

Für den Fall, dass die Schuhe rückwärts- statt vorwärtslaufen, drehe die Kabel an der Batterie einfach herum.

Nun kannst du deine Konstruktion auf dem Boden laufen lassen. Auf dem Foto siehst du, wie der rechte Schuh gerade vom Boden abhebt.

Schuhe unterwegs

Wenn du magst, kannst du noch einen Roboterkörper z. B. aus bemaltem Papier hinzufügen. Wichtig ist, dass die Konstruktion sehr leicht ist und ihren Schwerpunkt möglichst weit unten hat, sodass der Körper aufrecht steht. Oder du machst noch ein weiteres Paar Schuhe und konstruierst einen Vierfüßler. 

SENSIBLE ROBOTER MIT EINFACHER ELEKTRONIK


Die nachfolgend beschriebenen Roboterprojekte kannst du auch mit einfachsten Bauteilen realisieren. Die Roboter reagieren aktiv auf das, was ihnen begegnet, und folgen einem einfachen statischen...

Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Der kleine Hacker - Roboter konstruieren und programmieren1
Impressum2
Inhalt3
Vorwort4
1 Grundlagen6
Was ist ein Roboter?6
Welche Werkzeuge und welches Zubehör brauchst du?8
Was brauchst du, um ein Roboterprojekt zu starten?11
Die Anatomie von selbst gebauten Robotern12
Roboterkomponenten18
2 Jetzt geht es los, baue dir deine Roboter58
Zahnbürstenroboter58
Laufroboter, mechanische Schuhe62
Sensible Roboter mit einfacher Elektronik71
Kugelroboter, der bei Hindernissen in eine andere Richtung ausweicht136
3 Roboter mit Mikrocontroller144
Was ist ein Mikrocontroller und wozu ist er gut?144
Wie programmiere ich den Mikrocontroller des Roboters?144
Roboter in Aktion144
Roboterprojekt mit Arduino147
Das Robotersystem150
Prinzip der Motoransteuerung150
Den Roboter in Bewegung setzen150
Der Roboter AAR-04 wird programmiert158
Steckplätze für Erweiterungen159
4 Wettbewerbe170
Wettbewerb selbst gemacht170
5 Anhang172
Liefernachweise172
Kleiner Hacker-Lötkurs173
Spezielle Bauelemente und Komponenten178

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