Sie haben noch alte Legosteine daheim?
Dann nutzen Sie die Legos für einen intelligenten Roboter!

 

 

Autonomer Legoino mit Ultraschallsensor in Aktion

Legoino mit Smartphone-Steuerung in Aktion

Legoino - der Low Cost Lego-Roboter auf Arduinobasis

In Spielwarengeschäften und Elektronikmärkten sind eine Vielzahl von Robotern erhältlich, die mit Sensoren ausgestattet sind und über Fernbedienungen oder Smartphones gesteuert werden. Die­se Spielzeuge sind entweder teuer und/oder wenig robust und verlieren schnell an Reiz, da weder deren Hard­ware noch Software erweiterbar ist.
Abgesehen davon ist der Lerneffekt beim Umgang mit die­sen Systemen äußerst gering.

 

Das ist anders bei elektronischen Robotersystemen mit frei pro­grammierbarem Mikrocontroller (µC), die für den Hobbybereich angeboten werden:
Der preiswerteste davon ist der Asuro des Her­stellers Arexx Engineering1. Er kostet als Bausatz ca. 50 €.
Hierbei handelt es ich um eine unge­schützte Elektronikleiterkarte als Basis, die mit zwei über Gleichstrommotoren angetriebenen Rä­dern bewegt wird. Vom mechanischen Aufbau her ist der Asuro-Roboter recht fragil und absolut unflexibel. Er kann aber sehr flexibel elektronisch z.B. durch Sensoren erweitert werden. Allerdings sind hierfür gewisse Elektronik-Grundkenntnisse und Lötar­beit Voraussetzung.Einen recht ähnlichen Roboter gibt es vom selben Hersteller auch auf Arduino­basis zum gleichen Preis.

Im Schul- und Privatbereich wird oft das Lego Mindstorms System2 eingesetzt.
Dieser Roboterbau­satz befindet sich mit ca. 350 € am oberen Ende der Preisskala. Er basiert auf Lego Technic Bausteinen und ist dadurch von der Mechanik her absolut flexibel und robust.
Im Gegensatz zum Asuro-Roboter kann er nicht mit beliebiger Hardware wie Sensoren oder Funk­schnittstellen erwei­tert werden. Hier muss man auf Zubehörteile von Lego oder von Drittanbietern3 zurückgreifen, die allesamt recht hochpreisig sind.
Die aktuelle Version EV3 von Lego Mindstorms basiert auf einer Steuerung mit Linux-Betriebssys­tem, welches zwar sehr leistungsfähig aber gleichzeitig auch sehr komplex ist.
Lego Mindstorms ist somit eine fast ideale Plattform zum Bau von Robotern im Hobby- und Schul­bereich.
Dessen breiter Einsatz scheitert meist aber an den hohen Systemkosten, insbesondere wenn für Kurse oder Schulklassen gleich 20 oder mehr Systeme angeschafft werden müssen.

In den vergangenen Jahren hat die Open-Source-Software- und -Hardware-Plattform Arduino4 sich zu einem Standard von µC-Projekten im Hobby- und Ausbildungsbereich entwickelt.
Entscheidend dafür sind die niedrigen Hardwarekosten, die kostenlosen Programmierumgebungen (IDE) sowie eine Großzahl preiswerter Peripheriehardware wie z.B. Sensoren, Displays oder Kom­munikationsmodule5.

Insofern ist es naheliegend, einen Low Cost Roboter auf Basis des Arduino zu entwickeln.

Was das „Arduino-Ökosystem“ nicht liefern kann, sind die Antriebe und einen flexiblen mechani­schen Aufbau des Roboters.
Als robuste und preiswerte Antriebe können jedoch Modellbauservos verwendet werden. Und für den mechanischen Aufbau des Roboters bieten sich normale Legosteine (nicht zwingend Lego Technic) an, da diese bei vielen Erwachsenen und Jugendlichen ohnehin aus Kindertagen noch verfügbar sind.

Rechnet man die schon vorhandenen Legosteine nicht mit ein, so kann mit einer Arduino-µC-Plati­ne, mit zwei modifizierten Servos und mit einigen Sensoren für ca. 50 € ein flexibler „Le­goino-Roboter“ aufgebaut werden. Dieser Roboter ist für den Hobby- und Schulbereich vergleich­bar mit ei­nem sechs mal so teuren Lego Mindstorms System.
Der Legoino besitzt sogar gegenüber Lego Mindstorms den Vorteil einer Open Source IDE, einer ungleich höheren Anzahl möglicher Hardwareerweiterungen und einer breiten Internetgemein­schaft, die bei der Softwareerstellung und dem Anschluss der Hardware Hilfe leistet.

Bei einem Lego Mindstorms Roboter kann man sich ganz auf den mechanischen Aufbau und die Robo­tersoftware konzentrieren. Dies wird allgemein als Segen empfunden, da man sich nicht um die Probleme auf der Ebene der Elektronikkomponenten kümmern muss: Wackelkontakte, falsch an­geschlossene Sensoren oder ein Spannungseinbruch durch zu hohen Stromverbrauch sind nor­malerweise kein Thema bei Lego Mindstorms.

Solche „Herausforderungen“ treten jedoch beim Legoino auf, was eine etwas höhere Frustrations­toleranz vom Roboterbastler fordert.
Wer nur wenig Vorkenntnisse auf dem Gebiet der Elektronik hat, sollte daher einen kompetenten Ansprechpartner zu Seite haben, der seinen elektronischen Aufbau auf Fehler prüfen kann.

Generell eignet man sich beim Bau eines Legoinos sehr viel mehr Systemwissen und Detailwissen an:

  • Welcher Mindstorms-Bastler hat je schon das Getriebe seiner Motoren zu Gesicht bekom­men?

  • Welcher Mindstorms-Bastler kann nachvollziehen, wie eine Bluethooth-Kommunikation funktioniert?

  • Welcher Mindstorms-Bastler weiß wie man einen I²C-Sensor anschließt?

  • Welcher Mindstorms-Bastler schreibt seine eigene Android-App?

 

Der Legoino bietet Ihnen also neben dem geringeren Kosten und dem weitaus größerem Kreativitätspotential auch noch viel mehr Möglichkeiten, ein fundiertes Wissen auf dem Ge­biet der Mechatronik zu erlernen!


1Siehe www.arexx.com.
2
Siehe www.mindstorms.lego.com.
3
Siehe z.B. www.mindsensors.com.
4
Siehe www.arduino.cc.
5
Siehe z.B. sparkfun.com, exp-tech.de oder watterott.com.

Aktuelles

Legoino-App mit dem MIT App Inventor erstellen
(Juli 2015)

Bei Schülerprojekten kann man leider aus organisatorischen Gründen oft keine Treiber geschweige denn die Processing IDE auf den Schul-PCs installieren. Daher haben wir nach einer Möglichkeit gesucht, wie man die ArduSmartPilot-App ganz ohne Installationen und damit verbundene PC-Rechte programmieren kann.

Die Lösung hierfür ist der „MIT App Inventor“. Wie man genau die ArduSmartPilot App damit erstellt, finden Sie in einer PDF Dokumentation hier im Downloadbereich.

 

 

Danksagung

Ich danke den Studenten der Hochschule Reutlingen für die Mitarbeit an diesem Projekt.

Hrn. C. Haberer danke ich für die ursprüngliche Idee zu diesem Projekt.

Hrn. M. Herrmann und A. Bühler von der Hochschule Reutlingen danke ich für die technische Beratung und die wertvollen Diskussionen zu diesem Projekt.

Hrn. S. Altenburg danke ich für seine Studienarbeit und die Dokumentation zur App Inventor-Programmierung.

 

 

Kontakt

Stefan Mack
Prof. Dr. rer. nat. Stefan Mack

Gebäude 4
Raum 4-211

Tel. +49 7121 271-7070

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Fax +49 7121 271-7004

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