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Roboter aus dem Baukasten (3D)

Über diese App

Drei Roboter aus dem Konstruktionsbaukasten nach den Computing-Kästen von 1985, aus Originalteilen: ein Drehtisch mit Lichtschranke und Impulszählung, ein Plotter mit zwei Schrittmotoren, der auf Papier zeichnet, und ein Knickarm mit vier Motoren, der Bausteine umsetzt. Gesteuert über ein Interface mit Ausgängen, Eingängen und Signalverlauf, mit Referenzfahrt, inverser Kinematik und Teach-In.

Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.

Worum es geht

Ein Motor weiß nicht, wo er steht. Roboter brauchen deshalb eine Rückmeldung: Ein Gleichstrommotor bekommt eine Lichtschranke, die Striche auf einer Scheibe zählt, ein Schrittmotor dreht pro Stromwechsel um einen festen Winkel und wird mitgezählt. Erst eine Referenzfahrt zu einem Endtaster legt den Nullpunkt fest. Danach bedeutet jeder Zählerstand eine Lage. Bei einem Knickarm kommt das Rechnen dazu: Aus einem Zielpunkt werden Gelenkwinkel und daraus Motorimpulse (inverse Kinematik).

Was die App zeigt

Drei Roboter aus einem Konstruktionsbaukasten, angelehnt an die Computing-Kästen von 1985 und nur aus Originalteilen gebaut. Ein Drehtisch dreht über Schnecke und Drehkranz, ein Walzenrad mit 32 Strichen läuft durch eine Gabellichtschranke. Ein Plotter bewegt Brücke und Stift über Spindeln mit zwei Schrittmotoren und zeichnet auf Papier. Ein Knickarm mit vier Motoren, Spindelantrieben und Greifzange setzt Bausteine um. Ein Interface-Panel zeigt Ausgänge, Taster und den Signalverlauf in Zeitlupe.

Selbst ausprobieren

Starte am Drehtisch die Referenzfahrt und fahre die Stationen an. Am Zähler siehst du, dass der Motor ein paar Impulse nachläuft, bis du den Vorhalt einschaltest. Lass den Plotter das Haus vom Nikolaus zeichnen oder zeichne mit dem Finger selbst. Am Knickarm tippst du einen Punkt auf der Grundplatte an und liest die Rechnung vom Ziel bis zu den Impulsen ab, oder du bringst ihm mit Teach-In eine Bewegung bei.

Häufige Fragen

Was ist eine Referenzfahrt?
Nach dem Einschalten kennt eine Steuerung mit Impulszählern die Lage einer Achse nicht. Bei der Referenzfahrt fährt die Achse langsam bis zu einem Endtaster; dort wird der Zähler auf null gesetzt. Ab dann entspricht jeder Zählerstand einer festen Stellung.
Wie unterscheiden sich Schrittmotor und Gleichstrommotor beim Positionieren?
Ein Gleichstrommotor dreht, solange Strom fließt, und läuft nach dem Abschalten nach; seine Lage misst ein Sensor, etwa eine Lichtschranke mit Strichscheibe. Ein Schrittmotor dreht bei jedem Stromwechsel um einen festen Winkel, zum Beispiel 7,5°. Zählt die Steuerung die Schritte, kennt sie die Lage ohne Sensor, solange kein Schritt verloren geht.
Was bedeutet inverse Kinematik?
Vorwärtskinematik rechnet aus den Gelenkwinkeln, wo die Hand eines Roboters ist. Inverse Kinematik rechnet umgekehrt: Aus dem gewünschten Zielpunkt folgen Drehwinkel und Gelenkwinkel. Bei einem Arm mit zwei Gliedern geht das mit dem Kosinussatz; danach werden die Winkel in Motorimpulse umgerechnet.
Was kann ich mit den Robotern in der App machen?
Alle drei Roboter von Hand fahren und eine Referenzfahrt starten. Den Drehtisch auf Stationen schicken und den Nachlauf messen, mit dem Plotter Motive oder eigene Linien zeichnen und mit dem Knickarm Bausteine umsetzen, Zielpunkte antippen und Bewegungen per Teach-In aufzeichnen.

Fach: Technische Mechanik

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