Mobile Roboter selbstgebaut

Roboter können sich selbständig bewegen und scheinen manchmal sogar eigene Entscheidungen zu treffen. Dieser Grenzbereich zwischen Technologie und „echter“ Intelligenz ist besonders faszinierend. Aus diesem Grund entsteht bei vielen der Wunsch nach einem eigenen Roboter, sei es für praktische Aufgaben oder einfach nur zum Experimentieren und Spielen. Der Weg zur Entwicklung und dem Aufbau eines eigenen Roboters ist aber nicht ganz einfach. Man sollte sich jedoch von anfänglichen Misserfolgen nicht abschrecken lassen, denn es macht wirklich Spaß, einen selbst entworfenen Roboter zum ersten Mal in Funktion zu sehen!

Dieses Buch bietet eine praxisorientierte Einführung in den Roboterbau. Es wird zunächst beschrieben, wie ein Roboter geplant und mechanisch realisiert werden kann. Ein besonderer Schwerpunkt liegt anschließend auf der Entwicklung elektronischer Steuerungsschaltungen. Hier werden sehr unterschiedliche Lösungen, angefangen bei einfachen analogen Schaltungen bis hin zu Mikrocontroller- und CPLD-Lösungen beschrieben. Verschiedenste Sensoren und Aktoren sowie Techniken zur Kommunikation und zur Datenspeicherung beschreibt der Autor leicht und verständlich. Dabei spielt auch die Programmierung von Robotern eine wesentliche Rolle. Das Buch enthält detaillierte Bauanleitungen für vier verschiedene Roboter. Sie können entweder einfach nachgebaut oder durch eigene kreative Erweiterungen noch ergänzt werden.

Der Autor beschäftigt sich in seiner Freizeit seit über zehn Jahren mit dem Selbstbau von Robotern und wurde unter anderem beim Wettbewerb „Jugend forscht“ dafür ausgezeichnet. Er hat Informations-Systemtechnik studiert und ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Nachrichtentechnik der Technischen Universität Braunschweig.

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Software_Mikrocontroller-Roboter_Jan2007.zip
Software_Mini-CPLD-Roboter_Jan2007.zip
Software_Mini-Mikrocontroller-Roboter_Jan2007.zip


Inhaltsverzeichnis
Vorwort 7
1. Einleitung 9
2. Einführung in den Roboter-Selbstbau 11
2.1 Mögliche Funktionen von Selbstbau-Robotern 11
Ausweichen vor Hindernissen 11
Linienverfolgung 12
Aufnehmen und Ablegen von Gegenständen 12
Aufnahme von Messwerten 13
„Erforschung“ einer Umgebung 13
Verrichten von ortsbezogenen Aufgaben wie Staubsaugen oder Rasenmähen 13
2.2 Planung eines Roboters 14
3. Mechanik und Elektrik 17
3.1 Grundlagen 17
Mechanische Grundlagen 17
Elektrische Grundlagen 22
3.2 Chassis 24
3.3 Antrieb 25
Radantriebe 26
Motoren 29
Kraftübertragung 33
3.4 Andere Aktuatoren 35
3.5 Stromversorgung 36
Batterien 37
Akkus 38
Solarzellen 41
4. Elektronik 43
4.1 Grundlagen der Elektronik 44
Widerstand 44
Kondensator 46
Induktivität 48
Relais 49
Diode 49
Transistor 53
Integrierte Schaltung 54
Bedrahtete und SMD-Bauteile 56
Analoge und digitale Schaltungen 57
4.2 Realisierung elektronischer Schaltungen 59
Elektronik-Baukästen 59
Experimentier-Boards 60
Löten 61
Fliegende Verdrahtung 63
Reißzwecken-Technik 63
Aufbau von Schaltungen mit Platinen, Bausätze 64
Lochraster-Platinen 65
Selbstgeätzte Platinen 66
4.3 Sensoren 70
Temperatursensoren 70
Lichtsensoren 71
Hindernis- und Abstandssensoren 72
Boden- und Liniensensoren 75
Bewegungs- und Lagesensoren 77
Akustische Sensoren 80
Sensorsignale und deren Digitalisierung 81
Kalibrierung und Rohwertumrechnung 83
Kameras 87
GPS 87
4.4 Elektronik für Aktuatoren 90
Displays 90
Sprachausgabe 92
Treiberstufen 93
4.5 Steuerung 95
Steuerungen ohne Elektronik 95
Analoge Steuerungen 96
Logikgatter-Gatterschaltungen 97
GALs, CPLDs und FPGAs 101
Mikrocontroller 104
4.6 Speicher 111
4.7 Kommunikation 113
Drahtgebundene Schnittstellen 114
Kommunikation über Funk 119
Kommunikation per RFID 122
Kommunikation über Infrarot 123
5. Programmierung 125
5.1 Mikrocontroller-Software 126
Compiler und andere Entwicklungswerkzeuge 126
Betriebssysteme 127
Programmiersprachen 128
Toolchain für in diesem Buch beschriebene Mikrocontroller-Roboter 130
5.2 Programmierung von Logikbausteinen 140
Schaltplaneingabe 141
Hardware-Beschreibungssprachen 142
Toolchain für in diesem Buch beschriebene CPLD-Roboter 144
6. Roboter-Bauanleitungen 147
6.1 Einfacher, analog gesteuerter Verfolgungs-Roboter 148
Mechanik und Elektrik 149
Elektronik 150
Bauunterlagen 152
Erweiterungsmöglichkeiten 153
6.2 Programmierbarer Mini-Roboter 154
Mechanik 156
Mikrocontroller-Variante 156
CPLD -Variante 162
6.3 Flexibler Mikrocontroller-gesteuerter Roboter 167
Mechanik 168
Elektronik 169
Software 172
Erweiterungsmöglichkeiten 176
Bauunterlagen 177
Beispielapplikation: Metallteil-Sammler 179
6.4 Programmieradapter 182
AVR-Programmieradapter 182
Lattice-CPLD-Programmieradapter 185
Anhang 189
A.1 Abkürzungen 189
A.2 Elektrische Formelzeichen und Einheiten 194
A.3 Exponentialschreibweise 194
A.4 Binärsystem 195
A.5 Bedienungsanleitung für das Programmpaket 196
Systemanforderungen und weitere Hinweise 196
Problembehandlung 196
A.6 Bezug von Bastelmaterialien durch den AATiS e.V. 197
A.7 Literaturverzeichnis 198
Links zu diesem Buch 198
Allgemeine Robotertechnik 198
Mechanik 199
Elektronik 199
Programmierung 201
Sonstiges 202
Stichwortverzeichnis 203