Zunächst hatte ich die Basis des A1 als Dreirad mit zwei unabhängig angetriebenen Vorderrädern und einer passiven Lenkrolle hinten realisiert  Diese Art differentieller Antrieb hat den Nachteil, dass man die Plattform damit nicht aus dem Stand zur Seite (d. h. senkrecht zur Rotationsebene der Räder) bewegen kann. Wenn man sich an den Bewegungsmöglichkeiten von Zweibeinern orientiert, ist deshalb ein omnidirektionaler Antrieb ein realistischeres Antriebskonzept für einen humanoiden Roboter. Als kleine Vorstudie dazu habe ich deshalb kürzlich eine kleine Plattform mit Omniwheels aufgebaut. Nachdem das problemlos geklappt hat, wurde jetzt auch der A1 mit einem solchen Antrieb ausgestattet. Im Artikel zur mobilen Basis ist der neue Antrieb dargestellt.

Bisher habe ich einen externen Desktop-PC verwendet, um die ersten kleinen Experimente mit dem A1 zu machen. Weil der A1 als "mobiler" Roboter konzipiert ist, soll er auf Dauer aber natürlich nicht von einem externen Rechner abhängig sein. Deswegen habe ich nun ein spezielles Gehäuse für die wesentlichen PC-Komponenten aufgebaut, das sich gut in die Basis des Roboters einfügt. In dem Gehäuse befinden sich ein x86 (bzw. x64) miniITX Motherboard und eine Festplatte. Somit kann Windows und Linux (mit ROS) als Betriebssystem für den Roboter eingesetzt werden. Hier ist der Steuerrechner mitsamt seinem Gehäuse näher beschrieben. Darüber hinaus habe ich den Artikel zu den robolink Armen des A1 etwas überarbeitet. Hier gibt es einige neue Bilder zu sehen.

Mir schwirrt schon seit langem im Hinterkopf herum, die Basis meines humanoiden Roboters mit einem omnidirektionalen Antrieb auszustatten. Damit könnte er sich "aus dem Stand" sowohl drehen also auch beliebig in zwei Raumdimensionen bewegen, z. B. auch seitwärts (ohne sich zuvor drehen zu müssen). Ein solcher Antrieb würde dem menschlichen Gehen damit zumindest näher kommen, als der differentielle Zweiradantrieb, den ich aktuell verwende. Als kleine Vorstudie in diese Richtung habe ich mir billige omnidirektionale Räder  - "omni wheels" - über ebay besorgt und damit mal eine einfache Roboterplattform motorisiert. In diesem Artikel gibt es einige Informationen zu dem Vehikel.

Bisher war der Torso des A1 fest mit der mobilen Basis verbunden. Dadurch war der Arbeitsbereich der Arme deutlich eingeschränkt. Soll der Roboter z. B. Gegenstände vom Boden aufheben, oder die Tür eines ebenerdig stehenden halbhohen Schrankes öffnen, muss der gesamte Torso vertikal verstellbar sein. Um dies zu erreichen, habe ich den Holm der mobilen Basis nun durch eine motorisierte Lineareinheit ersetzt, an der der Torso befestigt ist. Zum Einsatz kommt hier eine drylin SAW Linearachse von igus. Diese hat den großen Vorteil, dass ihr Schienenprofil sehr verwindungssteif ist, wodurch sie selbsttragend eingesetzt werden konnte. Somit konnte auf den bisher verwendeten Holm als tragendes Element verzichtet werden, die Lineareinheit musste nur an ihrem unteren Ende mit der mobilen Basis verbunden werden. Hier findet sich eine Beschreibung des Aufbaus mit einigen Bildern und einem Video vom ersten Testlauf der Achse.

Als ich vor einiger Zeit eine Lieferung Samples von ST öffnete, waren in der silbrigen Tüte andere Bauteile als das Etikett vorgab. Das rief lautstarkes Fluchen bei mir hervor, weil ich schon einige Wochen auf die Komponenten gewartet hatte. Erst nachdem der Ärger darüber etwas verflogen war, habe ich mal nachgesehen, was mir der Zufall da zugedacht hatte. Tatsächlich waren es nicht einmal Bauteile von ST. Es waren drei Exemplare des ACS714 von Allegro, einem Hall-Effekt Stromsensor. Ich habe nun mal einen Abend darauf verwendet, eine kleine Testschaltung mit einem dieser Sensoren aufzubauen, um die Funktionsweise ein wenig zu erkunden. Hier eine kurze Beschreibung und ein Video des Aufbaus.

Jetzt sind endlich alle fünf Achsen des rechten Arms meines humanoiden Roboters motorisiert und in Funktion. Die Entwicklung der Motorcontroller hat mich länger beschäftigt als ich erwartet habe. Und obwohl jetzt erstmal alles funktioniert, werde ich an dieser Stelle vermutlich noch weiter optimieren müssen. Ich verwende den nichtmotorisierten linken Arm des Roboters als Eingabegerät, mit dem eine Bewegungssequenz vom Benutzer vorgegeben werden kann. Die Bewegung wird simultan vom rechten Arm ausgeführt, kann aber außerdem auch eingelernt werden, um sie dann später automatisch vom Roboter wiederholen zu lassen. Um eine Vorstellung von der Wiederholgenauigkeit des Systems zu bekommen, habe ich einen Stift am Arm angebracht und ihn damit wiederholt zwei kleine Kritzeleien malen lassen. Die Deckung der gemalten Figuren vermittelt einen Eindruck von der Präzision. In diesem Artikel sind die Arme näher beschrieben, es gibt dort auch einige Videos.

Vor einiger Zeit habe ich zwei kleine Artikel geschrieben, die sich mit der Sensorik der robolink Gelenke beschäftigen. Einer davon erläutert die Funktion des magnetischen Drehencoders AS5304, der andere das davon ausgegebene Quadratursignal. Nach einer Endbearbeitung habe ich die Artikel jetzt mal online gestellt. Die darin dargestellten Informationen finden sich natürlich auch verstreut andernorts im Netz, ich habe das Ganze hier einfach mal so niedergeschrieben, wie es zumindest mir nützlich gewesen wäre, als ich begonnen habe, mich damit zu beschäftigen. Hier findet sich der Artikel zum AS5304, hier der zum Quadratursignal. Es soll mittelfristig noch ein Beitrag zum Problem der Referenzierung im robolink Gelenk folgen. Auch wenn die Artikel einen konkreten Bezug zum robolink haben, sollten die Informationen auf andere Zusammenhänge übertragbar sein.

Ein größeres Projekt, an dem ich schon seit einiger Zeit arbeite, ist mein humanoider Roboter "A1". Auch wenn er noch nicht einmal in seiner Grundfunktionalität fertiggestellt ist, habe ich mir jetzt die Zeit genommen, ihn hier vorzustellen. Der Torso hat zwei Arme mit jeweils fünf (bzw. sechs) Drehachsen, die als Gelenke das robolink von igus verwenden. Die Gelenke werden von Schrittmotoren mit Planetengetriebeaufsätzen angetrieben. Eine erste Version eines Motorcontrollers ist soweit fertiggestellt, dass er die Stellungssensoren in den Gelenken auslesen, einen Motor antreiben und damit eine Positionsregelung durchführen kann. Der Torso besitzt außerdem einen Sensorkopf mit zwei Bewegungsachsen, der mit einer Microsoft Kinect und zwei Logitech QuickCam 9000 Pro Kameras ausgestattet ist. Mit dieser Ausstattung kann der Kopf sowohl räumlich sehen als auch hören. Er hat die Möglichkeit zur Sprachausgabe, die außerdem durch eine Animation auf einem LCD untermalt werden kann. Ein einfaches Greifwerkzeug auf Basis der FESTO FinGripper Finger ist als Hand für die Arme vorgesehen. Der Torso des A1 befindet sich auf einer mobile Basis, mit der er sich frei im Raum bewegen kann. Hier geht es zu einer Beschreibung des aktuellen Stands des Projekts.

Modellbauservos werden bekanntlich über einen Puls gesteuert, dessen Breite die Servostellung vorgibt. Der Steuerpuls sollte zwischen 1 und 2 ms lang sein, dieser Pulsbreitenbereich wird dann auf ca. 120° Stellbereich umgelegt. Von ihrer mechanischen Konstruktion steht bei den meisten Servos ein größerer Stellbereich von 180° zur Verfügung. Servos mit analoger Steuerelektronik haben die angenehme Eigenschaft, dass man durch Verkürzen und Verlängern des Steuerpulses über bzw. unter die 1 - 2 ms hinaus diese mechanisch möglichen 180° auch tatsächlich mehr oder weniger voll nutzen kann. Bei digitalen Servos sieht das meiner Erfahrung nach nun leider anders aus. Diese kommen bei Pulsweiten < 1 ms und > 2 ms über die 120° Stellbereich oft trotzdem nicht hinaus. Der begrenzte Stellbereich hat mich kürzlich besonders bei einem Blue Bird BMS-L530DMG Servo genervt. Deswegen habe ich mir Gedanken gemacht, wie man die mechanisch möglichen 180° besser ausnutzen kann. Nach dem Klick zeige ich, wie man den Stellbereich elektronisch auf sehr einfache Weise vergrößern kann.

Vielleicht weil das Beschleunigungssensor- Modul von ELV so ein Verkaufsschlager war, hat Pollin seit kurzem ein günstiges Magnetsensor-Modul namens HDMM01 im Angebot, das sich als elektronischer Kompass verwenden lässt. Auf dem Modul befindet sich ein MMC2120 von MEMSIC. Der Sensor misst in zwei Achsen mit einer Auflösung von 12 Bit zwischen ±2 Gauss und verfügt über eine I²C Schnittstelle, so dass er sich leicht an einen Microcontroller anbinden lässt. Natürlich hab ich mir gleich eins von den Modulen geordert und ein wenig damit rumgespielt. Hier zeige ich, wie die I²C-Kommunikation zwischen dem Sensor und einem AVR unter BASCOM realisiert werden kann.

Alles was in der Robotik - und Technik überhaupt - "biologisch inspiriert" ist, finde ich per se interessant. Ich verfolge seit langem, was FESTOs "Bionic Learning Network" an Entwicklungen hervorbringt und bin dementsprechend nicht erst dadurch, dass der "Bionische Handling-Assistent" den Deutschen Zukunftspreis 2010 gewonnen hat, auf die FinGripper-Technologie aufmerksam geworden. Besonders die FinGripper-Finger haben mein Interesse geweckt, weil sie die Konstruktion eines mechanisch sehr einfachen und trotzdem flexiblen robotischen Greifers ermöglichen. Und weil Greifwerkzeuge für einen universell einsetzbaren Roboter ähnlich wichitg sein dürften, wie es die Hand für die menschliche Evolution war, gab es Grund genug für mich, mal ein paar konkrete Experimente mit den FinGripper-Fingern machen. Nach dem Klick folgt eine Beschreibung eines von mir entwickelten Motorisierungskonzeptes für die FESTO FinGripper Finger.