Frühere Projekte - Prototyp eines beweglichen Roboters

In diesem Artikel möchte ich über mein wertvolles Projekt sprechen - einen Prototyp eines beweglichen Roboters, den ich zusammen mit einem Team von anderen Ingenieurstudenten für meinen ENED (Engineering Education)-Kurs entworfen habe. Im Rahmen des Projekts sollte ein Prototyp eines beweglichen Roboters (PMR) entwickelt werden, der eine Ladung eines bestimmten Materials aufnimmt, dieses Material anhand seines Gewichts identifiziert und es dann zu einer bestimmten Entsorgungsstation in einer Anlage bringt. Wir wurden gebeten, nur einen Papierprototyp für die Klasse einzureichen, da der Bau eines solchen aufgrund der COVID-19-Pandemie logistisch unmöglich war. Aber auch wenn wir nur einen Papierprototyp hatten, musste sich unser Team Gedanken über die von uns verwendeten Materialien und die Auswirkungen dieser Materialien auf das endgültige Gebäude machen.

In unserem Technikunterricht wurden wir angewiesen, eine spezielle Rendering-Software namens BrickLinks zu verwenden, um Bilder davon zu erstellen, wie der physische Prototyp des Roboters aussehen würde. BrickLinks ist eine Software, mit der man Dinge mit LEGO Steinen erstellen kann. Der von uns erstellte Prototyp würde also, wenn er gebaut würde, aus LEGO Steinen bestehen. Alle LEGO-Steine und -Teile bestehen aus einem sehr haltbaren Kunststoff namens Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)^.1 Es war wichtig, dass der Roboter aus einem haltbaren Kunststoff besteht, denn er musste leicht genug sein, damit der Motor auf seinem Rücken ihn effizient antreiben konnte, aber er musste auch haltbar genug sein, um die Materialbehälter zu halten, damit er sie anhand ihres Gewichts identifizieren konnte. Außerdem mussten die Beine des PMR mit Blick auf Hindernisse konstruiert werden, und Reifen waren nicht erlaubt. Deshalb entschied sich unser Team für ein LEGO Gummiteil, das aus dem gleichen Material wie LEGO Reifen besteht, jedoch ohne die Achse in der Mitte. LEGO verwendet ein Gummiprodukt, das dem Gummi, das in echten Reifen verwendet wird, sehr ähnlich ist^.2 Es ist eine Kombination aus Butadien-Kautschuk, Styrol-Kautschuk und Naturkautschuk^.3 Wir haben die Füße des PMR speziell aus einem Gummimaterial hergestellt, damit der Prototyp auf unebenem Boden und schwierigem oder unwegsamem Gelände stabiler ist. Die Füße waren außerdem drehbar gelagert, so dass sie vor- und zurückschwingen konnten, so dass der Roboter auch unter ungünstigen Bedingungen einen festen Stand hatte.

Um das Design besser zu erklären: Der PMR würde einer gemalten Linie auf dem Boden eines Lagerhauses folgen und dank der Lichtsensoren auf beiden Seiten wissen, wann er nach rechts oder links abbiegen muss (die Entscheidung, die Mobilität des PMR auf eine gemalte Linie auf dem Boden zu stützen, war nicht unsere Entscheidung, sondern eine Vorgabe, die uns gemacht wurde). Das Gehirn des Roboters ist in der LEGO-Konsole untergebracht, die auf dem Rücken des Roboters angebracht ist und die auch als Motor für die sechs Beine dient. An der Vorderseite befindet sich ein Flaschenzugsystem, mit dessen Hilfe der Roboter die Materialbehälter aufnimmt. Das eigentliche Aussehen des PMR wurde von Spinnen und der Funktionsweise ihrer Beine inspiriert, da wir uns gemäß den Unterrichtsrichtlinien an der Art und Weise orientieren mussten, wie ein Tier läuft.

Oben ist das endgültige Rendering des Roboters in der BrickLinks Software zu sehen. Wie auf dem Bild zu sehen ist, musste der Roboter aus einem Material hergestellt werden, das stabil genug ist, um nicht nur den Servo und den Motor oben am Roboter zu tragen, sondern auch die beiden Lichtsensoren unten an der Vorderseite. Das Material des PMR musste auch flexibel genug sein, um das Flaschenzugsystem an der Vorderseite zu halten, das die Fähigkeit haben musste, sich vollständig vertikal und horizontal zu bewegen, um die Materialbehälter aufzunehmen, ihr Gewicht zu messen und sie an ihren Bestimmungsort zu befördern. Glücklicherweise deckt der normale LEGO Kunststoff alle Aspekte ab, die wir benötigten, so dass der Roboter mit Ausnahme der Füße nicht mit speziellen Teilen oder 3D-gedruckten Teilen gebaut werden musste. Kunststoff eignet sich hervorragend für das Chassis und die Riemenscheibe des PMR, ist aber sehr starr und überhaupt nicht flexibel oder elastisch. Das bedeutet, dass Füße aus LEGO Plastik in unebenem oder schwierigem Gelände nicht gut zu gebrauchen wären, was für unser Design ein Muss war. Aus diesem Grund beschloss das Team, ein fortschrittliches Material zu verwenden, das mehr Nachgiebigkeit bietet. Schließlich entschieden wir uns für die Abmessungen einer kleinen Version des Teils, das für die Beine des Roboters verwendet wurde, aber aus LEGO Reifengummi bestand. Dieses Teil müsste speziell angefertigt werden, ist aber relativ klein, und es werden nur 6 Teile benötigt. Die Fußteile würden dann auf einer um fast 90 Grad drehbaren Achse angebracht, so dass der Roboter seinen Halt anpassen kann, wenn er über unebene Böden oder Hindernisse fährt.

Die fortschrittlichen Materialien, die für dieses Projekt verwendet wurden, waren eine Mischung aus synthetischem und natürlichem Gummi und ABS-Kunststoff. Der Kunststoff trug zur Steifigkeit des Roboterkörpers bei, während er gleichzeitig ein gewisses Maß an Flexibilität für das Tragesystem ermöglichte. Der Kautschuk wurde verwendet, um die Traktion des Roboters zu erhöhen und ihm die Möglichkeit zu geben, effektiv über schwieriges Terrain zu laufen.

Bibliographie:

1. Pickering, David (1999). Das ultimative LEGO Buch. New York: Dorling Kindersley. ISBN 0-7894-4691-X.
2. Threewitt, C. (2020, September 11). Sie werden nie erraten, welches Unternehmen die meisten Reifen der Welt herstellt. https://entertainment.howstuffworks.com/lego-tires.htm.
3. S. Tire Manufacturers Association. (2020). Was in einem Reifen steckt. What's In a Tire | USTMA. https://www.ustires.org/whats-tire-0#:~:text=Die%20zwei%20wichtigsten%20synthetischen%20Gummis,in%20Kombination%20mit%20natürlichem%20Gummi.