Wenn du dich mit Robotern beschäftigst, dann wirst du Spezialist für das Thema „Roboter“. Man nennt dieses Gebiet auch Robotik. Dabei geht es um alle Arten von Roboter, z. B. um Industrieroboter, die Autos, Haushaltsroboter, Forschungsroboter auf dem Mars und vieles mehr herstellen. Das Thema ist spannend, brandaktuell und zukunftsweisend. Der kleine Hacker erforscht das komplexe Zusammenspiel von Mechanik und Elektronik. Mit diesem Buch wirst du zusammen mit dem kleinen Hacker zum Roboterexperten und entwickelst deine eigenen Roboterkreationen.
Den Traum vom kleinen technischen Helferlein, das uns die unangenehmen Arbeiten abnehmen und uns auch sonst hilfreich zur Seite stehen kann, gibt es schon immer.
Doch woher kommt eigentlich der Begriff Roboter? Beim Nachforschen im Internet wird klar, das Wort Roboter stammt von dem slawischen Wort robota und bedeutet so viel wie Arbeit. Als Erster hat der tschechische Schriftsteller Karel Ĉapek (1890–1938) in seinem Drama „R. U. R.“ (Rossums Universal Robots), den Begriff „Universal Robots“ verwendet. In dem Stück, das 1921 auf die Bühne kam, ging es um künstliche Menschen, die ihren Erfindern dienen sollten. Letztlich haben dann diese „Robots“ ihr eigenes Bewusstsein entwickelt und die gesamte Menschheit vernichtet.
Der Begriff „Roboter“ regt die Fantasie an, jeder von uns denkt sofort and eine Maschine, mit einer selbstständigen Steuerung.
In unserer alltäglichen Welt gibt es bereits mehrere Formen von Robotern, die uns Menschen tatkräftig unterstützen. Allen voran die Industrieroboter, die für bestimmte Aufgaben konstruiert wurden und diese durch eine entsprechende Programmierung selbstständig ausführen. Eigentlich könnte man sagen, so ein Roboter ist ein programmierbares, selbstständig handelndes Mehrzweckwerkzeug.
Anders als ferngesteuerte Maschinen benötigen Roboter keine Steuersignale vom Menschen, sondern sie agieren im Rahmen ihrer Programmiervorgaben eigenständig und ein Stück weit unabhängig.
Es ist noch nicht so lange her, dass Roboter nur Science-Fiction-Figuren waren. Das hat sich in den letzten zehn Jahren grundsätzlich geändert. Jetzt helfen sie in der Industrie, in der Wissenschaft und auch in medizinischen Bereichen. Nehmen wir den Marsroboter als Beispiel. Seit Jahren „läuft“ (fährt) der Marsrover „Curiosity“ selbstständig auf einem weit entfernten Planeten herum, sammelt Proben, und wenn er was gefunden hat, sendet er eine Nachricht zur Erde. Wahnsinn, oder? Stell dir vor, welche schwierigen Hindernisse auf dem Mars vorhanden sind. Und bisher war kein Mensch dort, um die dortigen Bedingungen zu erforschen. Da bewegen sich die Putz- und Mähroboter auf der Erde doch auf eher einfachem Gelände.
Auf dem aktuellen technischen Robotermarkt gibt es kleine Roboter, die wie Insekten mit vier oder sechs Beinen aussehen, und riesige Maschinen, die Autos montieren, und fast alles, was du dir dazwischen vorstellen kannst.
Vierbeiniger Roboter
Die Entwicklungen der Roboteringenieure gehen immer mehr in Richtung intelligente, humanoide Roboter. Der Begriff „humanoid“ meint menschenähnliche Roboter und kommt ursprünglich auch aus dem Science-Fiction-Bereich.
Es wird nicht allzu lange dauern, dann werden solche humanoiden Maschinen für die Unterstützung, den Kontakt und die Betreuung von Menschen eingesetzt werden. Solche Roboter können die Mimik von Menschen deuten und durch den eigenen Gesichtsausdruck entsprechend darauf reagieren. Und natürlich stehen und laufen sie auch auf zwei Beinen, so wie ihr menschliches Vorbild.
Wie wird man ein Roboterentwickler? Nun ja, zuerst einmal ist es hilfreich, dass du dich mit dem Thema beschäftigst. Wenn du dann noch selbst deine ersten Roboter gebaut hast, wirst du bestimmt einen Weg in die Welt der Roboterentwicklung finden.
Richte dir deine eigene Roboterwerkstatt ein. Toll ist es, wenn du einen Platz hast, den du als Werkstatt nutzen kannst, oder wenn du zumindest eine Werkzeugkiste mit den erforderlichen Werkzeugen besitzt.
Als da wären:
Schraubendreher in Schlitz- und Kreuzschlitzausführung und in verschiedenen Größen.
Schraubendreher
Supergut ist ein kleiner oder mittlerer Schraubstock, und du brauchst auch Zangen in unterschiedlichen Ausführungen z. B. eine Flachzange. Um Drähte und Stäbe abzuschneiden, ist ein kleiner Saitenschneider gut geeignet.
Flachzange und Saitenschneider
Auch kleine und größere Messer kannst du für viele Zwecke gut verwenden.
Zum Messen brauchst du ein Lineal, einen Meterstab, für feinmechanische Teile ist auch eine Schieblehre wichtig.
Damit du Löcher bohren kannst, ist ein Akkubohrer mit Bohrern von 1 mm bis 10 mm super. Was die Bohrer anbelangt, so sind Universal- bzw. Metallbohrer geeignet.
Und zum schnellen Montieren und Verkleben eignet sich eine Heißklebepistole sehr gut.
Heißklebepistole
Zum Messen von Spannungen und Strömen ist ein Digital-Multimeter sinnvoll. Hier kann es auch erst mal ein einfaches und preiswertes Gerät sein, so wie du es in Abb. 5c siehst.
Ein einfaches und preiswertes Gerät.
Und wenn du deine Roboterelektronik löten möchtest, brauchst du natürlich einen Lötkolben und Lötzinn.
Lötkolben und Lötzinn
ACHTUNG
Die beim Löten entstehenden Dämpfe sind gesundheitsschädlich. Nicht direkt einatmen, sorge bitte für gute Belüftung …
Super ist auch eine Sortimentsbox, wo du die elektronischen Komponenten verstauen kannst.
Sortimentsbox mit Komponenten
Der erste Schritt eines jeden Erfinders ist, sich anregen zu lassen, zu träumen und vollständig in die Fantasiewelt einzutauchen. Denk erst mal nicht an die Möglichkeiten der technischen und praktischen Umsetzung. In deinen Träumen und in deiner Fantasie gibt es keine Grenzen.
Danach kommt die Umsetzungsphase, dann brauchst du Lösungsideen. Anregungen dazu findest du vielleicht durch dieses Buch, in der Natur oder im Alltag. Dabei kannst du technische Lösungen beobachten, die du im weiteren Schritt in deinem eigenen Projekt umsetzen kannst.
Weitere spannende Frage sind, welche Fähigkeiten dein Roboter haben und wie er aussehen soll?
Roboter am Seil
TIPPS ZUR UMSETZUNG DEINER PROJEKTE
Zu Beginn ist es gut, ein eher einfacheres Projekt auszuwählen wie z. B. den Zahnbürstenroboter. Mit wachsender Erfahrung nimmt dann dein Wissen zu und die Fertigkeiten für umfangreichere Projekte.
Wo bekommst du die Teile her?
Oft besteht die Möglichkeit, einzelne Teile aus der Bastelkiste oder vom Elektroschrott zu nutzen. Du kannst die Komponenten aber auch im Elektronikladen bestellen und einkaufen. Im Anhang findest du Adressen von einigen Firmen, wo du die Teile, die hier im Buch verwendet werden, bekommen kannst.
Wie sind deine Möglichkeiten, Fähigkeiten und Kenntnisse, was brauchst du noch dazu, und wer kann dir technisch helfen und dich unterstützen?
Brauchst du Hilfe und Unterstützung, kann dir ein Freund oder ein Erwachsener dabei helfen? Gibt es für deine Fragen Informationen hier im Buch oder im Internet?
Hallo Robotererfinder, deine vorhandenen Fähigkeiten sind willkommen. Die Fähigkeiten, die du noch nicht hast, kommen durch die Erfahrung mit Leichtigkeit dazu, sozusagen Learning by Doing.
Ganz grob gesagt gibt es vier Hauptdisziplinen beim Roboterbau:
Du brauchst nicht auf allen Gebieten jetzt schon ein Experte zu sein. Denn mit dem Konstruieren und Bauen der beschriebenen Projekte, kommt das Wissen mit Leichtigkeit ganz von selbst!
Von der menschlichen Anatomie hast du bestimmt schon gehört, da geht es um das Skelett, die Organe, das Blut, die Muskeln und darum, wie alles zusammen funktioniert. So ähnlich ist es auch beim Roboter. Auch hier gibt es unterschiedliche Bereiche des Systems.
Es gibt reine mechanische Roboter und solche mit einem einfacheren oder mit einem komplexeren elektronischen Gehirn. Und es gibt sehr komplexe Konstruktionen, bei denen eine aufwendige Elektronik und eine umfangreiche mechanische Konstruktion zusammenkommen.
Eine gute und einfache Einteilung für die Roboteranatomie ist:
Robotermodell, Danbo mit kleinem Schraubendreher
Beim Robotergehirn gibt es digitale und analoge Gehirne. Das digitale kann nur 0 und 1 denken, also z. B. rechts und links. Das analoge ist weitaus vielfältiger und komplexer. Hier gibt es nicht nur rechts und links, sondern auch alles, was dazwischen liegt. Es kann also bildlich gesprochen stufenlos von 0 bis 90 Grad links denken, dann geradeaus und von 0 bis 90 Grad rechts. Je feiner die Abstufungen, desto aufwendiger wird natürlich das Gehirn deines Roboters und desto mehr hat das Gehirn zu tun.
Es gibt einfache Roboterhirne mit einem kleinen Chip, und es gibt solche mit leistungsfähigen Mikroprozessoren bis hin zu komplexen Computerhirnen, die aus einer Vielzahl von Computern bestehen.
Arduino-Mikrocontroller
Ohne Energie geht beim Roboter gar nichts. Entweder die Energie kommt aus einem Akku oder von Batterien. Und am besten ist es natürlich, wenn der Roboter die Energie selbst einsammeln kann, während er unterwegs ist. So macht es der Marsroboter. Er sammelt das Sonnenlicht ein, wandelt es in Elektrizität um und lädt damit seine Akkus auf.
Kleiner Solarroboter
Die Sensoren beim Roboter entsprechen unseren Sinnesorganen. Neben den fünf Sinnen wie dem Sehen, Hören, Riechen, Schmecken und Tasten kann es beim Roboter noch einige Sinne mehr geben. Als Beispiel seien hier einige weitere sensorischen Wahrnehmungsmöglichkeiten aufgeführt:
Etwa die Wahrnehmung von Metallen, Magnetfeldern, allen Arten von Strahlen, Radioaktivität, Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. Damit wird der Roboter zum nützlichen Begleiter, auch wenn es darum geht, zusammen mit dem Menschen gefährliche Situationen zu erforschen.
Ultraschallsensor
Die Bewegung des Roboters ist eine Herausforderung an die mechanische Konstruktion. Hier stellt sich die Frage, wo und wie der Roboter sich bewegen soll und kann: auf dem Land, im Wasser, in der Luft, im Weltraum usw. Davon hängt ab, welche mechanischen Lösungen möglich und sinnvoll sind.
Und natürlich gibt es weitere spezielle Bewegungsmodelle, vor allem dann, wenn du an einen menschenähnlichen humanoiden Roboter denkst, der die Mundwinkel und die Augenlieder je nach seiner emotionalen Reaktion verändern kann.
Roboter, Insekt
Für die Interaktion mit dem Menschen sind eine extrem gute Wahrnehmung des Roboters und besonders feine Bewegungen erforderlich. Der Roboter kann dann zum Beispiel erkennen, dass der Mensch lacht, und er lacht zurück. Ist der Mensch traurig, zeigt der Roboter Mitgefühl. Dann aber werden die technischen Systeme sehr komplex.
Danbo und seine Freundin