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Roboter haben schon immer die Fantasie der Menschen beflügelt. Über Jahrhunderte fehlte es aber an der für die Realisierung erforderlichen Feinmechanik, einer mobilen Energieversorgung und der Möglichkeit, Roboter mit komplexen autonomen Steuerungen zu versehen. Heute kann man Roboter zu Hause am Schreibtisch entwickeln – schon mit kleinstem Budget. In diesem Buch zeigen wir an fünf Grundmodellen, wie das mit einfachen fischertechnik-Konstruktionen, einem Arduino und einigen wenigen Sensoren gelingt.

Das Buch möchte zum Weiterbauen und Experimentieren anregen und enthält neben einer Einführung in die verwendeten Arduino Shields und Sensoren zahlreiche Ideen und Vorschläge, welche weiteren Modelle und Steuerungen sich aus diesen fünf Grundmodellen konstruieren lassen.

Der Arduino

Ein Open-Source-Mikrocontroller, der einen einfachen Einstieg in die Welt der Programmierung erlaubt.

Die Steuerung der Modelle in diesem Buch erfolgt mit einem Arduino. Was genau ist der Arduino? Welche Vor- und Nachteile besitzt er im Vergleich mit den originalen fischertechnik­-Controllern? Wie lässt er sich in einem fischertechnik­-Modell verbauen und wie kann man fischertechnik­Sensoren daran anschließen und nutzen?

Die Programmierung

Einfache C++-ähnliche Controller-Programmierung in einer übersichtlichen Entwicklungsumgebung.

Die als »Sketche« bezeichneten Pro­gramme für den Arduino werden in der Arduino-­Entwicklungsumgebung (IDE) in einer C/C++ ­ähnlichen, auf Wiring basierenden Programmiersprache entwickelt. Wir führen kurz in die Beson­derheiten dieser Programmierung ein, bevor wir mit der Konstruktion und der Steuerung der ersten Modelle beginnen.

Der Buggy

Ein kleiner Fahrroboter, der sich mit Hilfe unterschiedlicher Sensoren autonom bewegt oder ferngesteuert werden kann.

Eine wesentliche Eigenschaft autonomer Roboter ist deren selbstständige Orientierung mit Hilfe von Sensoren und die daraus abgeleitete autonome Steuerung – ein Thema, bei dem fischertechnik schon vor fast 40 Jahren die Nase vorn hatte, wie die Geschichte des Buggy beweist. In diesem Kapitel entwickeln wir einen eigenständig fahrenden, Arduino-gesteuerten fischertechnik-Roboter, den wir – als kleine Reminiszenz an den ersten autonomen fischertechnik-Roboter aus dem Jahr 1981 – liebevoll „Buggy“ taufen.

Der Flitzer

Ein teilautonomes Fahrzeug in klein, das die Spur halten und selbstständig einparken kann.

Ein Modellauto ist an sich nichts Außer­gewöhnliches. In diesem Kapitel möch­ten wir jedoch ein fischertechnik­-Modell­auto mit ein wenig »Eigenintelligenz« ausstatten – wir werden einen kleinen Flitzer bauen und ihn mit verschiedenen Fahrerassistenzsystemen versehen, die wir von »ausgewachsenen« Fahrzeugen kennen.

Der Plotter

Ein schneller, kleiner und hochpräziser 2D-Zeichner, der HP-GL-Dateien plotten kann.

Ist ein Plotter ein Anachronismus? Gelingen doch mit Laserdruckern Ausdrucke, die zumindest für das bloße Auge hochpräzise wirken. Tatsächlich übertreffen Plotter aber auch heute noch moderne Drucker in Präzi­sion und Auflösung. Häufig werden CAD­-Zeichnungen daher mit großen Plottern gedruckt. Auch ist die Plottertechnik Grund­lage zahlreicher weiterer, ausgesprochen moderner Geräte: So arbeiten Lasercutter mit denselben Algorithmen und Mechanis­men, und ein 3D-­Drucker macht im Grunde wenig anderes, als – Schicht für Schicht – eine sehr große Anzahl von 2D­-Plots nach­einander auszuführen. In diesem Kapitel stellen wir einen sehr schnellen fischertech­nik-­Plotter mit einer hochpräzisen Arduino­-Ansteuerung vor.

Der Greifer

Ein Roboterarm, der den Turm von Hanoi umstapelt.

Roboterarme bestimmen heute das Bild industrieller Fertigungsanlagen. Sie auto­matisieren Schweißprozesse, das Anbrin­gen von Bauteilen und viele weitere sich wiederholende Tätigkeiten. Dabei arbeiten sie schneller und genauer als menschliche Arbeitskräfte, machen keine Fehler und benötigen keine Pausen. Schon im Jahr 1985 brachte fischertechnik einen Trai­ningsroboter auf den Markt, der es Heim­computer-­Hobbyisten ermöglichte, einen
Einblick in die Welt der Industrieroboter zu erhalten und viel über ihre Mechanik und Programmierung zu erlernen. Unser Greifer ist eine Hommage an die­sen Trainingsroboter. Wir haben aber die Sensorik, Mechanik und vor allem die Programmierung vereinfacht.

Der Delta

Ein eleganter Roboter, der Objekte mit hoher Geschwindigkeit greifen, sortieren und gegen den man Tic-Tac-Toe spielen kann.

Delta-­Roboter sind ideal für schnelle Sortier­aufgaben und faszinieren den Betrachter durch ihre hohe Geschwindigkeit, ihren ungewöhnlichen und schlanken Aufbau und ihre eleganten Bewegungen. Wir stellen einen Delta­-Roboter aus fischertechnik­-Bau­teilen vor, der vielseitig eingesetzt werden kann. Seine Geschwindigkeit stellt unser Delta beispielhaft beim Einsied­lerspiel »Solitaire« unter Beweis, er ertastet menschliche Spielzüge beim »Tic­Tac­-Toe«, kann als Computermaus eingesetzt werden, erkennt die Position von Werkstücken und sortiert sie nach ihrer Farbe.