Robotik ist das Design, die Konstruktion, der Betrieb und die Verwendung von Robotern. Aber diese Definition ist ziemlich uninspiriert. Was ist ein Roboter? Was kann man mit Robotern machen? Und wie können Sie Ihre eigenen bauen?

Dieser Artikel zeigt Ihnen:

• Wie Sie mit Robotik beginnen können
• Hier finden Sie Ideen, Tutorials und Zubehör
• Wie Sie ein aktiver Teilnehmer in der Robotik-Community werden können.

Eine kurze Geschichte der Roboter

Das Wort „Roboter“ wurde 1920 von Josef Capek geprägt. Sein Bruder Karel benutzte den Begriff, um sich auf einen fiktiven Humanoiden in dem Stück R.U.R. aus dem Jahr 1920 zu beziehen.

Roboter sind Maschinen, die Aktionen (oder eine Reihe von Aktionen) automatisch ausführen können. Der Begriff umfasst eine breite Palette von Geräten, aber im Allgemeinen können sie:

• kontrollieren Sie ihre Aktionen
• sensorisches Feedback erhalten
• Informationen verarbeiten.

Roboter sind typischerweise programmierbar. Sie können mit Steuergeräten geführt werden, die extern oder in den Roboter selbst eingebettet sind. Ein Roboter kann völlig autonom sein, oder er kann seinem Kontrollmechanismus völlig untergeordnet sein.

Im Laufe der Zeit sind Roboter immer komplexer geworden. Heutige Roboter sind mit Jobs beauftragt, die einst von Menschen ausgeführt wurden, aber jetzt als übermäßig repetitiv, gefährlich oder in Umgebungen auftreten, die für Menschen feindlich wären, wie z. B. im Weltraum oder auf Meeresböden.

Was können Roboter?

Es gibt viele Anwendungen für Roboter, und nicht alle sind komplex — einige sind einfach Spielzeug für Kleinkinder. Hier sind nur einige Beispiele für die Aufgaben, die sie ausführen:

• Arbeiten in extremen Umgebungen: Kriegs- oder Atomzonen, Unterwassergebiete und der Weltraum sind für Menschen zu gefährlich, um zu arbeiten. Roboter können viele dieser Aufgaben ausführen. Zum Beispiel ermöglichen Drohnen in Kriegszeiten die Aufklärung in vom Feind besetzten Gebieten, Curiosity erforscht den Mars und Wally kriecht auf dem Boden oder im Meer herum.
• Hilfe rund ums Haus: Roboter-Haushaltsgeräte wie Mops und Staubsauger arbeiten im Auftrag ihrer Besitzer.
• Autonome Autos steuern: Autonome Autos sind seit den 1920er Jahren Prototypen, aber der bekannteste Vermittler der modernen selbstfahrenden Autoforschung ist wahrscheinlich Google. Fahrzeuge, die selbst fahren, werden immer intelligenter, und obwohl sie nicht zum Mainstream geworden sind, sind einige bereits auf die Straße gegangen.
• Lesen und lernen: Forscher der University of Oxford haben Marge entwickelt, einen „gebildeten“ Roboter, der die Zeitung lesen und sich selbst Fakten beibringen kann. Marges „Intelligenz“ leitet sich von ihrer Software ab, und die für sie verantwortlichen Forscher versuchen, ihr die Denkfähigkeiten des Menschen beizubringen.
• Unterstützung von Menschen mit gesundheitlichen Problemen oder Beeinträchtigungen: Roboter können Menschen mit körperlichen Behinderungen helfen, alltägliche Aufgaben zu erledigen. Zum Beispiel haben sich Rollstühle zu motorisierten Mehrzweckmaschinen entwickelt; Zum Beispiel können sie Benutzern mit eingeschränkter Nutzung ihrer Arme helfen, die Kühlschranktür zu öffnen und eine Mahlzeit abzurufen. Gegenstände wie Arm- und Beinprothesen haben sich von einfachen zapfenähnlichen Geräten zu „intelligenten“ Gliedmaßen entwickelt, die mit dem menschlichen Gehirn kommunizieren können.

Robotikunternehmen

Sie können sich eine gute Vorstellung von der Zukunft der Robotik machen, wenn Sie sich ansehen, was Robotikunternehmen heute tun.

Robotics Business Review, eine führende Online-Quelle für Robotiknachrichten und -informationen, veröffentlicht den RBR50. Es ist eine Liste der bemerkenswertesten Unternehmen in der Robotikbranche. Die Unternehmen auf dieser Liste wurden aufgrund ihrer Innovationen, bahnbrechenden Anwendungen sowie ihres kommerziellen Erfolgs und Potenzials ausgewählt. Sie befassen sich mit Problemen im Gesundheitswesen, in der Logistik und in der Luftfahrt.

Einige der bekannteren Unternehmen auf der RBR50 sind:

• Honda Robotics
• Googles Alphabet
• Intel
• LEGO A / S.

Erste Schritte mit Robotern

Nicht alle Roboter sind hochkomplexe Maschinen. Einige können ganz einfach sein, wie dieses einführende Robotikspielzeug für Kinder. Der Himmel ist die Grenze, wenn es um elementare Robotikprojekte geht, also hier sind einige Ressourcen, die Sie für Ideen konsultieren können:

• Ihr erster Roboter: Instructables bietet eine Liste von 15 einfachen Robotikprojekten, die Sie ausprobieren können, darunter einen Solar Cockroach Virbobot und einen Robot Racer.
• So bauen Sie einen einfachen Roboter: In diesem RobotShop-Tutorial erfahren Sie, wie Sie in nur zehn Schritten einen benutzerdefinierten Roboter erstellen.
• Making Simple Robots: Explore Cutting-Edge Robotics with Everyday Stuff: Dieses Einführungsbuch von Kathy Ceceri ist in einer Sprache verfasst, die Nicht-Ingenieure verstehen werden. Es zeigt Ihnen, wie Sie einfache Roboter mit Materialien bauen, die Sie wahrscheinlich bereits besitzen.
• Wie man einen 10-Dollar-Roboter baut: Das African Robotics Network gab 2012 eine Herausforderung heraus: Entwerfen Sie einen Roboter, dessen Bau 10 US-Dollar oder weniger kostet. Nicht alle sind super einfach, aber diese Projekte sind eine kostengünstige Möglichkeit, um loszulegen.

Beschaffung von Materialien

Sobald Sie die Ideen haben, müssen Sie möglicherweise zusätzliche Materialien wie Elektronikkomponenten und Mikrocontroller erwerben. Sie können diese in Ihren örtlichen Hardware-, Hobby- oder Elektronikgeschäften erhalten oder online bei Einzelhändlern wie Amazon, Maker Shed, Parallax und Robot Shop bestellen.

Roboterdesign und -konstruktion

Es gibt keinen Standard dafür, wie Roboter aussehen sollen, also ist der Himmel die Grenze, wenn es um Design geht. Roboterdesigns können von ultrafunktionalen (wie sie in Automobilherstellungslinien verwendet werden) bis hin zu schlanken Maschinen reichen, die so ästhetisch wie möglich sind, ohne die Funktion zu beeinträchtigen (wie die Staubsaugerlinie von iRobot).

Wenn Sie Ihren Roboter entwerfen, müssen Sie:

• Der Zweck Ihres Roboters
• Die Anforderungen an Ihren Roboter (z. B. Größe, Form, Energiequelle usw.).

Eine ausführliche Anleitung zum Entwerfen des besten Roboters für Ihre Anforderungen finden Sie unter Robotik-Designprozess.

Die Parameter, die Sie identifizieren, beeinflussen das endgültige Design Ihres Roboters, nachdem er konstruiert wurde.

Roboter steuern

Die Steuerung ist eines der größten Dinge, die Sie beim Entwerfen und Bauen eines Roboters durcharbeiten müssen.

Es gibt viele Möglichkeiten, Roboter zu steuern, von denen jede dem Roboter selbst einen unterschiedlichen Grad an Autonomie bietet:

• An einem Ende des Spektrums können Sie die volle Kontrolle über den Roboter behalten, indem Sie ihm erlauben, sich nur zu bewegen, wenn er explizite Anweisungen erhält (z. B. mit einer Fernbedienung).
• Andererseits können Sie den Roboter so programmieren, dass er anhand der sensorischen Eingaben (z. B. Licht oder Ton), die er empfängt, selbst entscheidet, welche nächsten Schritte er ausführen wird.

Sie könnten auch ein Gleichgewicht zwischen beiden Ansätzen finden.

Fernbedienungen und Funksteuerungen

Das Anschließen einer externen Steuerung an einen Roboter ist der einfachste Weg, um loszulegen. Mit dem Controller geben Sie Anweisungen an den Roboter, der dann auf Ihre Befehle reagiert. Ein derart gesteuerter Roboter hat typischerweise wenig oder gar keine Intelligenz.

Um noch einen Schritt weiter zu gehen, können Sie von einer angebundenen Steuerung zu einer drahtlosen Steuerung wechseln, wodurch die Notwendigkeit einer physischen Verbindung zwischen der Person, die den Roboter steuert, und dem Roboter selbst verringert wird. Solche Implementierungen beinhalten typischerweise Infrarotsender und -empfänger, was eine Sichtlinie zwischen den beiden erfordert.

Wenn Sie diese Art von Einschränkungen jedoch nicht wünschen, können Sie andere Kommunikationsmethoden verwenden, z. B. Fernbedienungen (R / C) oder Bluetooth. Letzteres bietet auch für die bidirektionale Kommunikation.

Ressourcen

• Instructable’s Wired Control Robot Manual
• RobotShop verkauft eine Auswahl an drahtlosen Fernbedienungen
• Society of Robots bietet ein Tutorial zum Bau von ferngesteuerten Robotern
• Trossen Robotics bietet eine Auswahl an Robotersteuerungskits.

Programmieren Ihres Roboters

Indem Sie einen Mikrocontroller und eine Motorsteuerung in Ihren Roboter integrieren, können Sie Ihren Roboter so programmieren, dass er bestimmte Aufgaben ausführt.

Stellen Sie sich einen Mikrocontroller als einen winzigen Computer vor, der ein Programm einlesen und ausführen kann. Die Motorsteuerung fungiert als Vermittler zwischen dem Mikrocontroller und dem Roboter, da dieser nicht in der Lage ist, die Motoren des Roboters mit ausreichender Leistung zu versorgen.

Durch die Programmierung Ihres Roboters können Sie zunehmend autonome Maschinen bauen. Die autonome Steuerung kann so vorprogrammiert werden, dass sie kein sensorisches Feedback, begrenztes sensorisches Feedback oder komplexes sensorisches Feedback akzeptiert.

Ressourcen

• Lernen Sie Programmieren mit der Mindstorms-Produktlinie von LEGO.
• Der Raspberry Pi ist ein kleiner, erschwinglicher Computer, den Sie mit Ihren Robotern verwenden können. Es ist sehr beliebt und daher einfach, alle möglichen hilfreichen Tutorials zu finden. Die Macher des Raspberry Pi haben auch einen soliden Lehrplan, der ein großartiger Ausgangspunkt ist.
• Robocode ist ein Programmierspiel, in dem Sie lernen können, Roboter in Java oder mit dem .NET Framework zu programmieren.
• Toptal’s einführendes Roboterprogrammier-Tutorial enthält viele nützliche Tipps.

Für die Jungen (und Junggebliebenen)

Es gibt viele Roboter für Kinder. Sie sind ausgezeichnete Produkte für Erwachsene, die eine sanfte Einführung in Roboter suchen, auch:

• Engino: Engino produziert modulare Bausätze, die Roboterkomponenten enthalten; Sie können sich seine Artikel als eine Kreuzung zwischen Robotik, LEGO und k’nex vorstellen.
• LEGO: Das Unternehmen bietet viele Produkte im Bereich Robotik an. Zusätzlich zur etablierten Mindstorms-Linie startet LEGO sein Boost-Programm, mit dem Kinder Programmieren und grundlegende Robotik lernen können.
• Ozobot: Roboter im Taschenformat, die Kindern im Alter von 6 bis 14 Jahren Robotik beibringen sollen.
• Roboter: Ein Hersteller von Robotern und Roboterbausätzen von Hobbyisten und STEM-Profis. Sie haben mehrere Roboterlinien; Einige sind für Kinder ab fünf Jahren geeignet, während die Bioloid-Serie das am häufigsten verwendete Kit für Robotikwettbewerbe ist.

Konferenzen, Meetups und Messen

Robotik kann zwar eine Solo-Aktivität sein, muss es aber nicht. Konferenzen und Messen sind großartige Möglichkeiten, um sich mit gleichgesinnten Hobbyisten, Forschern und anderen Enthusiasten zu treffen. Sie sind auch eine gute Möglichkeit, Informationen über Innovationen zu erhalten:

• Robots for Roboticists führt einen Kalender mit allen bevorstehenden Robotikkonferenzen und -veranstaltungen, obwohl sich die meisten Veranstaltungen an ein akademisches oder professionelles Publikum richten
• Um Hobbyisten und Enthusiasten in Ihrer Nähe zu treffen, schauen Sie sich die Angebote auf Meetup, Eventbrite oder Facebook an
• Sie können auch einem lokalen Club beitreten.

Wettbewerbe

Wenn Sie sich an Robotikwettbewerben versuchen möchten, können Sie Ihre Kreationen für RoboCup, SparkFun’s Autonomous Vehicle Competition, RoboGames oder den SRS Robothon anmelden.

Häufig gestellte Fragen zur Robotik für Studierende