Weiche Robotik. Schüler experimentieren St. Michael-Gymnasium Bad Münstereifel. Nico Hochgürtel. Björn Bouwer

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Weiche Robotik. Schüler experimentieren St. Michael-Gymnasium Bad Münstereifel. Nico Hochgürtel. Björn Bouwer"

Heini Pfeiffer
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Nico Hochgürtel Björn Bouwer Schüler experimentieren 2015 St. Michael-Gymnasium Bad Münstereifel

2 Gliederung 1. Zusammenfassung 2. Einleitung 3. Zielsetzung 4. Idee 5. Herstellung der Formteile mittels eines 3D-Druckers 6. Herstellung des Rüssels aus Silikon 7. Steuerung des Rüssels 8. Weicher Greifer 9. Ausblick 10. Linkliste Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 2/11

1. Zusammenfassung Da es heutzutage in der Industrie häufig zu schweren Unfällen zwischen Menschen und Robotern aus Metall kommt, haben wir uns als Ziel gesetzt, weiche Bauteile für einen Roboter zu

In diesem Silikon sind speziell angeordnete Luftkammern, welche sich so ausdehnen können, dass sich der Rüssel krümmt. So kann er auch empfindliche Gegenstände sicher greifen.

3 1. Zusammenfassung Da es heutzutage in der Industrie häufig zu schweren Unfällen zwischen Menschen und Robotern aus Metall kommt, haben wir uns als Ziel gesetzt, weiche Bauteile für einen Roboter zu entwerfen und zu bauen. Wir fertigten aus speziellem Silikon eine Art Elefantenrüssel. In diesem Silikon sind speziell angeordnete Luftkammern, welche sich so ausdehnen können, dass sich der Rüssel krümmt. So kann er auch empfindliche Gegenstände sicher greifen. Weiterhin bauten wir eine Hand aus mehreren Fingern (Rüsseln), die selbst hochempfindliche Gegenstände sicher und schonend greifen und festhalten kann. 2. Einleitung Seit Anbeginn des 21. Jahrhunderts sind künstliche Helfer in der Industrie keine Seltenheit mehr. Man sollte aber trotzdem wissen, dass diese Roboter sehr gefährlich sind. Rund 100 Unfälle mit Industrierobotern erfasst die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung jedes Jahr. Deshalb werden sie oft hinter Gittern vor den Arbeitern verborgen. Für eine echte Kooperation am Arbeitsplatz müssen sie leichter und weicher werden, damit es ermöglicht werden kann, dass Mensch und Maschine auch im Haushalt und in der Altenpflege zusammen arbeiten können (sinngemäß nach Linkliste 5). Abb. 2.1: Gefahren bei der Zusammenarbeit von Robotern und Menschen (Quelle: Linkliste 4) 3. Zielsetzung Wie in der Einleitung schon erläutert, können Roboter gefährlich sein. Deshalb ist es das Ziel unseres Projektes eine weiche Roboterhand zu konstruieren, mit welcher man empfindliche Gegenstände sicher greifen und so Unfälle verhindern kann. 4. Idee Das Vorbild für unseren Finger war ein Elefantenrüssel. Elefanten können mit ihrem Rüssel sicher schwere Gegenstände heben, indem sie ihn umfassen. Deshalb recherchierten wir, wie man einen solch weichen und flexiblen Rüssel nachbauen kann. Nach langer Recherche im Internet fanden wir eine Möglichkeit einen solchen Rüssel aus Silikon nachzubauen. Abb. 4.1: Das Vorbild für unseren Roboterfinger Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 3/11

5. Herstellung der Formteile mittels eines 3D-Druckers Um das Silikon

Diese Formen designten wir mithilfe von SketchUp.

Hinter den beiden Koordinaten befindet sich eine Angabe über das

4 5. Herstellung der Formteile mittels eines 3D-Druckers Um das Silikon in die rüsselartige Form zu gießen, benötigen wir spezielle Formen. Diese Formen designten wir mithilfe von SketchUp. Anschließend konvertierten wir das 3D- Modell mithilfe von Cura in G-code. Dieser G-code (Abb. 5.1) enthält die Koordinaten die der 3D-Drucker anfährt um das Modell zu drucken. In jeder Zeile befindet sich die X- Koordinate und Y-Koordinate. Hinter den beiden Koordinaten befindet sich eine Angabe über das verbrauchte Material in Millimetern. Abb. 5.1: G-code Ausschnitt Abb. 5.2 Abb. 5.5: Die 3D-Modelle in der Planung und nach der Fertigstellung des Druckes Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 4/11

6. Herstellung des Rüssels aus Silikon Zunächst fertigten wir den Rüssel aus normalem Bausilikon, denn dies ist günstig und einfach zu bekommen.

Deshalb versuchten wir das Bausilikon mit Silikonöl zu vermischen, damit das Silikon weicher und flexibler wird. Doch diese Mischung verfestigte sich nicht.

Dieses Silikon gibt es in verschiedenen Ausführungen. Wir hatten als erstes das Silikon mit der Shore-A-Härte 00-50.

Im späteren Verlauf unserer Versuche bemerkten wir, dass dieses Silikon zu weich ist um Gegenstände wirklich sicher greifen zu können.

5 6. Herstellung des Rüssels aus Silikon Zunächst fertigten wir den Rüssel aus normalem Bausilikon, denn dies ist günstig und einfach zu bekommen. Nach dem ersten Gießen war der Rüssel viel zu hart um einen Gegenstand greifen zu können. Deshalb versuchten wir das Bausilikon mit Silikonöl zu vermischen, damit das Silikon weicher und flexibler wird. Doch diese Mischung verfestigte sich nicht. Also suchten wir nach einem speziellen Silikon welches weich und flexibel ist. Nach Recherche fanden wir Silikon, das für unseren Rüssel geeignet ist. Dieses Silikon gibt es in verschiedenen Ausführungen. Wir hatten als erstes das Silikon mit der Shore-A-Härte Mit diesem speziellen Silikon funktionierte es so gut, dass wir erste Versuche durchführen konnten. Im späteren Verlauf unserer Versuche bemerkten wir, dass dieses Silikon zu weich ist um Gegenstände wirklich sicher greifen zu können. Also benutzten wir eine andere Ausführung des Silikons, mit einer Shore-A-Härte 30. Dieses Silikon hat den Vorteil, dass es härter ist und somit den Gegenstand sicherer greifen kann. Abb. 6.1: Das Silikon wird vorbereitet Abb. 6.2: Das Silikon wird in die Form gegossen Abb. 6.3: Der Rüssel wird zusammengefügt Abb. 6.4: Der fertige Rüssel Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 5/11

7. Steuerung des Rüssels +12V Zur Steuerung des Rüssels nutzen wir Magnetventile und einen Mikrocontroller. Der Rüssel wird über zwei Magnetventile gesteuert.

6 7. Steuerung des Rüssels +12V Zur Steuerung des Rüssels nutzen wir Magnetventile und einen Mikrocontroller. Der Rüssel wird über zwei Magnetventile gesteuert. Eins um Luft in ihn hineinzupumpen und eins um Magnetventil die Luft wieder abzulassen. Da der Mikrocontroller nur 40 ma schalten kann, nutzen wir noch eine Transistorstufe vor den Magnetventilen. Unseren Mikrocontroller Arduino Digital Out steuern wir über ein Programm am Laptop. In Abbildung 7.2 sieht man einen Screenshot der Bedienoberfläche. Hiermit können wir mehrere Finger einzeln ansteuern. Abbildung 7.3 zeigt GND den Code, der hinter der Bedienoberfläche Abb. 7.1: Schaltplan für ein Mangnetventil steckt. Dieses Programm sendet Zahlen an den Mikrocontroller, wenn eine Schaltfläche geklickt wird. Wenn sie erneut geklickt wird, wird dieselbe Zahl mit negativen Vorzeichen gesendet. In Abbildung 7.4 sieht man den Code für unserem Mikrocontroller. In diesem Code wird als erstes der Serielle Port (USB-Anschluss) aktiviert. Anschließend werden alle Pins als digitale Ausgänge definiert. In der Schleife des Programms werden die Daten vom seriellen Port ausgelesen. Die Zahlen die an den Mikrocontroller gesendet werden sind die Pin Nummern. Das Vorzeichen vor der Zahl ist der Zustand des Pins, also an oder aus. Damit konnten wir dann mehrere Finger über Magnetventile steuern. Da wir ein Gehäuse für die Schaltung, die Pumpe und die Magnetventile benötigen, bauten wir eine Holzkiste (Abb. 7.5). Abb. 7.2: Screenshot von der Bedienoberfläche Abb. 7.3: Programmcode Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 6/11

7 Abb. 7.4: Programmcode für den Mikrocontroller Abb. 7.5: Holzkiste mit der Pumpe, den Magnetventilen und der Schaltung Abb. 7.6: Schaltung mit Mikrocontroller Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 7/11

8 Wie sicher unser Rüssel empfindliche Gegenstände greifen kann, zeigen die folgenden Abbildungen Abb : Der Ablauf in einer Bilderfolge Abb : Unser Rüssel greift verschieden Objekte Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 8/11

8. Weicher Greifer Da beim Greifen mit nur einem Finger die Gegenstände zu leicht wegrutschten, überlegten wir einen Greifer aus vier weichen Fingern zu bauen.

9 8. Weicher Greifer Da beim Greifen mit nur einem Finger die Gegenstände zu leicht wegrutschten, überlegten wir einen Greifer aus vier weichen Fingern zu bauen. Dafür konstruierten wir eine Halterung für vier Finger. Die Finger sind in Kreuzform angeordnet. Mit diesem Greifer können wir sehr gut Gegenstände greifen, zum Beispiel empfindliche Schokoküsse. Das zeigen die Abbildungen Abb. 8.1: Vier Finger Greifer Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 9/11

10 Abb : Greifen des Schokokusses 9. Ausblick Um unsere Arbeit zu vervollständigen, planen wir einen weichen Arm zu bauen. Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 10/11

11 10. Linkliste Schüex 2015 B. Bouwer, N. Hochgürtel Seite 11/11

Ähnliche Dokumente

Bau eines neuen Roboterarms mit innovativer Hand

Bau eines neuen Roboterarms mit innovativer Hand Adrian Lenkeit Björn Bouwer Nico Hochgürtel St. Michael-Gymnasium Bad Münstereifel Gliederung 1. Zusammenfassung 2. Zielsetzung 3. Die innovative Hand 4. Rückblick 4.1 Roboterarm aus Lego 4.2 Roboterarm