Projekt 23: Nachbau eines Roboters "LittleArm"

Autoren: Joseph Balmer und Fabian Linnemann

Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel

LittleArmBig

Einleitung

Der folgende Artikel befasst sich mit dem Projekt 23: Nachbau eines Roboters "LittleArm" des [GET-Fachpraktikums], welches im fünften Semester des Studiengangs Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt bearbeitet wurde.

Aufgabenstellung

Das Projekt befasste sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines interaktiven 6-Achs-Roboter. Erwartungen der Projektlösung waren dabei:

• Recherche bisheriger Lösungen
• Entwurf der Schaltung, Konstruktion des Tischaufbaus und Beschaffung der Bauteile inkl. 3D-Druck
• Realisierung der Schaltung durch Fertigung eines prototypischen Arduino-Uno-Shields
• Programmierung und Visualisierung
• Erstellen eines Videos
• Test und wissenschaftliche Dokumentation

Projektplan

Folgender Abschnitt listet unsere zuvor geplante Durchführung des Projektes auf. Die Punkte sind dabei als einzelne Schritte zu sehen.

1. Recherche
2. Besorgen der Materialien
3. CAD-Zeichnung des Roboters
4. 3D-Druck der Einzelkomponenten
5. Montage der Einzelteile
6. Suchen/Erstellen eines Programmes
7. Simulieren der Funktionen
8. Testen des Roboters
9. Anpassen des Programmes oder des Roboters
10. Test des Roboters
11. Mögliche optische Anpassungen
12. Dokumentation

Einkaufsliste/Bill of Material(BOM)

Folgende Liste zeigt die für das Projekt verwendeten Materialen an.

Pos.	Anzahl	Bauteil	Quelle	Stückpreis in €
1	3	Tower Pro Micro Servo Motor MG90S	[littlearmrobot.com]	~ 4,15 (4,99$)
2	3	Tower Pro Digi High Speed Servo Motor MG995	[littlearmrobot.com]	~ 8,20 (9,99$)
3	1	Arduino Uno Rev3	[arduino.cc]	20,00
4	1	LittleArm Big 3D CAD-Zeichnung	[littlearmrobot.com]	~ 16,40 (20,00$)

Bauteile

Mechanische Komponenten

Bei den mechanischen Komponenten des LittleArm handelt es sich um eine Basis, ein Schultergelenk, einen Oberarm, eine Manschette, einen Ellenbogen und einen Greifer inklusive Gelenk. Im folgenden Absatz werden jeweilige Teile kurz dargestellt und beschrieben.

Basis

Bei der Basis handelt es sich um die Grundfläche des LittleArm. Diese ist mit einem Tower Pro Digi High Speed MG995 Servo Motor ausgestattet welche den Arm bei Bedarf um 120° drehen kann, 60° in jede Richtung. Außerdem befindeen sich in der Basis, Löcher in welche man Saugnäpfe befestigen kann damit der LittleArm stabil auf Oberflächen stehen kann.

Schultergelenk

Das Schultergelenk ist die Verbindungskomponente zwischen der Basis und dem Oberarm. Das Schultergelenk ist mit der Basis via dem Tower Pro Digi High Speed MG995 Servo Motor verbunden und kann sich um 120° drehen. Außerdem verbindet ein weiterer Tower Pro Digi High Speed MG995 Servo Motor den Oberarm mit dem Schultergelenk, der Motor hat dann auch die Möglichkeit den Oberarm um 120° vertikal zu bewegen.

Oberarm

Der Oberarm ist das mechanische Bauteil welches fast ausschließlich aus einem langen Quader besteht, dieses fasst Motoren und Kabel. Der Oberarm ist für die vertikale Höhe des LittleArm zuständig. In dieser Komponente befinden sich zwei Tower Pro Digi High Speed MG995 Servo Motoren, einer verbindet, wie zuvor beschrieben den Oberarm mit dem Schultergelenk und der andere Motor steuert den Ellenbogen.

Ellenbogen

Der Ellenbogen befindet sich zwischen dem Oberarm und der Manschette. Er ist in der Lage sich um 120° zu bewegen und steuert auch die vertikale Bewegung des LittleArm. Er ist durch eine Klebverbindung an der Manschette befestigt.

Manschette

Die Manschette ist ähnlich wie das Schultergelenk ein Verbindungsstück zwischen dem Greifmechanismus und dem Rest des LittleArm. Die Manschette ist via Klebeverbindung an dem Ellenbogen und durch den Tower Pro Micro Servo Motor MG90S mit dem Greifgelenk verbunden.

Greifgelenk

Das Greifgelenk wird durch den Tower Pro Micro Servo Motor MG90S an der Manschette befestigt und hat dadurch die Möglichkeit sich um 180° zu drehen, 90° in jede Richtung. Am Greifgelenk wird unter anderem der Greifer montiert welcher auch mit einem Tower Pro Micro Servo Motor MG90S gesteuert wird.

Greifer

Der Greifer besteht aus drei Einzelteilen:

• Hand
• Finger
• Finger mit Servo

Dabei ist die Hand mit dem Greifgelenk verbunden und sorgt dafür, dass der LittleArm "um die Ecke" greifen kann. Durch den Tower Pro Micro Servo Motor MG90S ist die Winkeleinstellung von 180° möglich. Die Hand ist wiederum mit den Zwei Fingern verbunden, wobei einer durch einen weiteren Tower Pro Micro Servo Motor MG90S angesteuert wird. Da die Finger durch Zahnräder verbunden sind, können diese Objekte greifen und loslassen.

Elektrische Komponenten

Wie die Motoren mit dem Arduino verbunden sind kann man in der Anschlusstabelle nachschauen. Dabei wird kurz erläutert welcher Motor auf welchen Pin gesteckt wird.

Tower Pro Digi High Speed Servo Motor MG995

Bei dem Tower Pro Digi High Speed Servo Motor MG995 handelt es sich um einen Servo Motor der Marke Tower Pro. Der Servomotor ist auf einen Winkel von 60° je Richtung begrenzt und kann somit einen Winkel von 120° abdecken. Der Motor wird durch den Arduino auf 5V betrieben, da er eine Betriebsspannung von 4.8V bis 7.2V hat.

Tower Pro Micro Servo Motor MG90S

Bei dem Tower Pro Micro Servo Motor MG90S handelt es sich um einen Servo Motor der Marke Tower Pro. Der Servomotor ist auf einen Winkel von 90° je Richtung begrenzt und kann somit einen Winkel von 180° abdecken. Der Motor wird durch den Arduino auf 5V betrieben, da er eine Betriebsspannung von 4.8V bis 6V hat.

Anschlusstabelle der Motoren

Motor	PIN/Anschluss	GND	5V
M995 (Basis)	~3	x	x
M995 (Schulter)	~5	x	x
M995 (Ellenbogen)	~6	x	x
M90S (Manschette)	~9	x	x
M90S (Greifer)	~10	x	x
M90S (Finger)	~11	x	x