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Der programmierbarer Roboterarm DIY – Ratgeber und Kaufberatung

Roboterarm IndustrieDie Roboter haben bereits den Schichtdienst in vielen Bereichen der Industrie übernommen. Dort kennen wir die Roboterarme schon seit über 30 Jahren. Eines der bekanntesten Bilder in unseren Köpfen sind wohl die Schweißroboter in der Autoindustrie. Das ist aber schon lange her und war nur der Anfang einer aufregenden Entwicklung.

Wir wollen uns hier im Schwerpunkt aber eher den kleineren, programmierbaren Roboterarmen im Hobby und DIY etwas genauer widmen.

Für die meisten Menschen ist das Programmieren und ausführen von Bewegungsabläufen das spannende an Robotern. Welche Wege sind am besten, welche Sensoren brauche ich, um Gegenstände zu erkennen und zu greifen? Wie hilft mir gerade ein Arm dabei?

Worauf ist beim eigenen Kauf und Test zu achten?

  • Welche Funktionen soll der Arm im einzelnen können?
  • Wie flexibel soll der Arm programmierbar sein?
  • Welche Kraft und Geschwindigkeiten werden benötigt?
  • Soll eine Programmier-Einheit vorhanden sein?

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Ratgeber: Der programmierbare DIY Roboterarm

Unterschiede Private vs Industrie Roboterarme

Wo der Roboterarm des Hobbybastlers und Technikfreaks privat Einsatz findet, ist im Bereich von Spaß und Freude, etwas im technischen Entwicklung zu lernen und tiefer in die künstliche Intelligenz einzusteigen.

Die Technik dahinter bleibt nicht verborgen und der Anreiz die Hilfe in Form von Staubsaugerrobotern oder Rasenrobotern in Anspruch zu nehmen, wächst mit der Beschäftigung mit einem Roboterarm.

Die Industrie hat schon lange Roboterarme im Einsatz. Die langweilige Arbeit am Fließband und die Perfektionierung der immer gleiche Abläufe macht den Einsatz der Roboterarme optimal. Dabei sind es nicht nur Nehmen und Umsetzen, sondern auch feine Arbeiten, wie Schweißen und Zusammenbauen von Teilen.

Die Medizin arbeitet bereits mit Roboterarmen. Bei Eingriffen an Gallenblase, Magen, Dickdarm oder Leistenbruch führt die Stimme des Operateurs den Roboterarm für die Optik und bestimmt das Sichtfeld des Operateurs (Endoskopie heute).

Besonders hilfreich ist der Roboterarm in den Gefäßen im Herzen und bei Einsatz von Stents. Standardfunktionen, wie chirurgische Nähte werden vollautomatisch durchgeführt. Sie führen mittlerweile selbst ganze Operationen durch und überwachen die Patienten anschließend.

Im Fernsehstudio sind die Kameras auf Neige- und Schwenkköpfen angebracht und fern steuerbar. Die neueste Entwicklung ist die c, die leistungsfähig und flexibel alle motorisierten Bewegungen der Film- und TV-Studiokameras ausführt.

In der Industrie nimmt der Roboterarm dem Menschen wichtige und präzise Arbeiten ab.

Was ist nun ein Roboterarm?

Die Roboter-Mechanik ist zunächst einmal eine mehr oder weniger bewegliche „hirnlose“ Maschine, die überhaupt nichts kann.

Ein Arm macht nichts und er versteht Sie auch nicht, bevor ihm „Leben“ eingehaucht wird. Leben heißt, wie beim Menschen, dass er sieht und fühlt und ein Computer ihm sagt, wie er reagieren muss.

Sehen und Fühlen kann der Roboter mit hoch sensiblen, unterschiedlichen Sensoren, die Signale an einen Computer senden, in dem das Programm steckt, das seine Reaktionen steuert.

Das Gehirn steuer bei uns den Arm und so macht es auch die Software bei einem Bausatz. Die Programme sind meistens in C geschrieben oder einfacher für Sie in einer dafür entwickelten objektorientierten Programmiersprache. Es gibt dabei oft fertige Programmbausteine, die den auszuführenden Arbeiten bereits angepasst sind und die Sie nur „zusammenstecken“ müssen. Somit wird ein einfacher Einstieg mit Spaß an der Sache möglich.

Wie funktioniert ein Roboterarm als Bausatz?

Der Arm des Roboters soll Arbeiten ausführen, zum Beispiel einen Gegenstand erkennen, ihn greifen und an einem anderen Platz ablegen, ohne ihn zu zerstören oder fallen zu lassen.

Der optische Sensor soll dabei den Roboterarm führen und weitere Sensoren das greifen und festhalten überwachen.

Das alles funktioniert mit den beweglichen Elementen, mit denen der Arm ausgestattet ist, die nach Erkennung der Sensoren gezielt vom Mikroprozessor angesteuert werden.

Die Programmierung ist dabei entscheidend. Es ist besonders wichtig, dass sie so einfach wie möglich ist und am besten aus Modulen zusammensetzbar.

Roboter Greifarm

Wie bauen Sie einen funktionsfähigen Roboterarm?

Ein Roboterarm wäre nicht ganz einfach zu erstellen und dann soll er auch auf Sie hören und nicht machen, was er will. Wo bekomme ich die Teile her und welche brauche ich dafür? Gerade als Anfänger wären hier die meisten gnadenlos überfordert,

Zum Glück haben findige Hersteller Bausätze entwickelt, die genau auf den Hobbybastler zugeschnitten sind. Ein Bausatz ist komplett mit Mechanik und Elektronik, mit USB-Interface und Kabel und kommt mit einer CD mit notwendiger Software und Anleitung.

Was kann der Roboterarm im Bausatz für Sie tun?

Ein solcher Bausatz ist vielfältig anwendbar.

Sie:

  • übertragen die Beispielprogramme und eigene Programme in den Roboterarm
  • kontrollieren den Arm am Keyboard
  • programmieren mit der gelieferten Software eigene Features und steuern damit den Arm
  • erweitern den Arm mit gebrauchsfertigen Modulen, damit er hören, sehen und fühlen kann und auf die Umgebung reagiert
  • lassen ihn keine Autos bauen, aber kleine Arbeiten erledigen
  • kommunizieren über eine Schnittstelle mit anderen Geräten
  • verbessern mithilfe selbstlernender Software seinen Fähigkeiten
  • Der Zusammenbau

In der Regel ist eine Anleitung beim Bausatz, die die gelieferten und die zusätzlichen Werkzeuge beinhaltet sowie eine bezifferte Teileliste.

Sie haben meist eine Grundplatte auf der Sie den ersten und eventuell. weiteren Servomotor mit dem Servoarm befestigen. Daran wird dann der Arm befestigt, der in diesem Beispiel einen Doppelserver für das Handgelenk hat. Daran kommt noch einer kleiner Fingerserver.

Die Computerplatine kommt in den Fuß. Bevor Fuß und Arm zusammengebaut werden, verkabeln Sie alles nach einem beigefügten Schaltplan.

An dem Bus können bis zu 127 Erweiterungen angeschlossen werden.

Nach der Hardware ist die Softwareinstallation an der Reihe. Dazu gibt es beispielhaft einen USB Programmieradapter und eine Ladesoftware. Ist ein Computer mit dem Roboterarm per USB Kabel verbunden, wird bei einem Ladevorgang das vorher vorhandene Programm überschrieben. Mit dem Ladeprogramm werden auch alle Erweiterungen geladen. Ein Selbsttestprogramm, ein Kalibriungsprogramm für den Arm, ein Beispielprogramme und ein einfaches Terminalprogramm zur Steuerung ist bereits vorhanden.

Der Arm ist dann mit der Tastatur des Computers bedienbar, er ist allerdings auch wireless zu steuern.

Roboter programmieren lernen

Wie ist der Robotorarm zu erweitern und welche Sensoren sind spannend?

Am Bus des Mikrokontrollers können Sie Erweiterungen anschließen. Das sind beispielhaft interne und externe Sensoren, die mit Softwaremodulen zusammen weitere Funktionen durchführen lassen.

Die internen Sensoren geben der Steuerungssoftware des Roboterarms Daten über seinen Zustand wie den Ladezustand der Batterien. Die externen Sensoren umfassen unter anderem Daten über Hindernisse und neue Funktionen,

zum Beispiel:

  • Kollisionssensoren wie Taster
  • Lichtschranken
  • Sonar und Sprachsensoren
  • Thermometer für die Umgebung
  • Barcodeleser
  • Beschleunigungssensoren
  • Lasermodul zur Gravur
  • Kompass
  • Lichterfassung
  • Kamera wie RGB-, Infrarot- oder Tiefenkamera
  • Anwendungsgebiete und Einsatzgebiete

Der Roboterarm ist im privaten Bereich mehr als nur ein neues Spielzeug geworden. Er kann vielfältige Handreichungen ausführen, wie einen Drink einschütten und anreichen, die Blumen im Urlaub gießen und das Haustier füttern.

Er könnte sogar die Haustür öffnen und den Gast einlassen, wenn da nicht sicherheitsrelevante Einwände wären. Vor allen dient der Private Roboterarm mehr dem Hobby des Nutzers, hilft allerdings auch beim Lernen der Programmierung und damit zur Weiterentwicklung im Beruf.

Welche Geräte gibt es und was sind die Unterschiede?

Roboterarme gibt es in verschiedenen Ausstattungen, Funktionen und Preisen. Je mehr Möglichkeiten geboten werden, umso höher ist der Preis.

Gern werden zu der Grundplatte fahrbare Untergestelle gekauft, um mobil zu sein.

Die Elektrik und Elektronik ist den Funktionen angepasst, manche Servos funktionieren hydraulisch. Die Arme sin zum teil mit LEDs bestückt oder mit Lasern ausgerüstet. Die können auf Sprachbefehle reagieren und in zum teil extra für Anfänger entwickelten objektorientierten offenen Softwareumgebungen programmiert werden.

Roboterarm DYI

Vorteile eines programmierbaren Roboterarms

Mit den Servomotoren ist ein Roboterarm in jedem Teil in jeder Richtung dreh- und schwenkbar und kann seine Gelenke 360 Grad endlos drehen.

Die Armen werden zum Teil bionisch dem Menschen nachgebildet, um die Vorteile voll zu nutzen.

Der Roboterarm ermüdet nicht und ist flexibel und immer bereit, solange er Strom hat. Die Kraft ist größer als beim Menschen, aber präzise dosierbar. Er arbeitet prima im Team mit Menschen. Solange er gut gepflegt und gewartet wird und mit neuen qualitative hochwertigen Teilen bestückt ist, kann er lange leben.

Er ist stabil und kompakt und lässt sich meist im Baukastensystem erweitern. Vor allem ist ein einfache Software mit fertigen Modulen vorteilhaft. Besonders die Servomotoren lassen sich einfach ansteuern.

Die Vorteile im Überblick:

  • in jede Richtung dreh- und schwenkbar
  • 360 Grad endlos drehbar
  • Bionic, der Mensch als Vorbild
  • immer zur Arbeit bereit, ermüdungsfrei und flexibel
  • arbeitet präziser und ist kräftiger als der Mensch
  • arbeitet allein und mit Menschen optimal zusammen
  • abgenutzte Teile können ersetzt werden
  • pflegeleicht
  • stabile und kompakte Bauweise
  • oft im Baukastensystem erweiterbar
  • in Softwaremodulen erweiterbar
  • einfache Ansteuerung der Servomotoren
  • Nachteile eines programmierbaren Roboterarms

Ein paar Nachteile hat der Roboterarm zu verzeichnen: Nicht jeder Arm ist für die Außenarbeit gebaut. Wenn er assistiert, muss ein Strom- oder mechanischer Ausfall überwacht werden, um Schäden zu vermeiden. Die hochwertigen Roboterarme sind derzeit noch recht teuer und brauchen für ihre Bewegungsfreiheit viel Platz. Bei Fernsteuerung ist die Datensicherheit zu berücksichtigen.

Die Nachteile im Überblick:

  • oft nässe- und feuchtigkeitsempfindlich
  • Ausfall muss überwacht werden
  • teuer
  • großer Platzbedarf
  • wireless Anwendungen können gehackt werden
  • Worauf sollte man beim Kauf des Roboterarms achten?

Bevor Sie einen Roboterarm kaufen, definieren Sie, was Sie mit ihm anfangen wollen und was er können soll.

Sie bestimmen den Ausstattungsumfang und den Antrieb sowie die Software. Dabei beschränken Sie sich am besten auf die Markenhersteller, die einen gute Service bieten, bei Fragen zur Verfügung stehen und Softwareupdates bieten.

Top 10: DIY Roboterarm – Programmierbarer Arm

Fazit

Zum Erlernen von Programmiersprachen und verstehen der technischen Abläufe ist ein Roboterarm Bausatz eine spannende Sache.

Jugendliche und Erwachsene mit dem Roboter Hobby werden ebenso voll auf Ihre Forscher Kosten kommen.

Im privaten Bereich ist der Roboterarm als Bausatz preiswert und erschwinglich geworden und macht jeden Spaß mit, wenn er richtig programmiert ist. Die Roboterarme für zu Hause sind voll im Trend und vielfältig auf dem Markt verfügbar.

Gerade weil die Software sich immer weiter entwickelt und auch intelligenter wird, die Sensoren immer mehr erkennen, erhöht sich auch der Spaß und die Freude mit dem eigenen Arm zum lernen und wachsen.

Und für einige wird es nicht nur ein Hobby bleiben, sondern vielleicht auch der Einstieg in einen späteren Beruf als Programmierer und Technik Forscher.