Lego Mindstorms und Robotik

Beschreibung der Technik

Lego-Mindstorms sind auf Lego aufbauende Roboter und Fahrzeuge, welche über eine einfache grafsche Oberfläche programmiert werden. Die Oberfläche bietet einen einfachen Einblick in die Grundlagen der Programmierlogik und ist durch das zugrunde liegende Lego-System leicht in reale Anwendungen zu integrieren.
Die Programmieroberfläche generiert den Quellcode. Dieser kann eingesehen werden. Ebenso ist es möglich, den Quellcode selbst zu schreiben. Somit kann durch Lego-Mindstorms ein einfacher Zugang zur Programmierlogik gewonnen werden.

Was bietet der Markt

Im Angebot sind bei Lego Komplettsets für Roboter sowie die Steuerelemente und Sensoren, welche mit dem normalem Lego-System kombiniert werden können und somit eigene Projekte ermöglichen. Zu Beginn kann auf ein Komplettset gesetzt werden wie den EV3-Roboter. Für individuelle Projekte wird ein breit aufgestelltes Sortiment an Legobausteinen und/oder Sets benötigt sowie ein intelligenter EV3-Stein mit einer Auswahl an Sensoren.

Praxisbezug von Lego Mindstorms

In der betrieblichen Nutzung kommen ähnliche Sensoren und Techniken zum Einsatz wie in Lego-Mindstorms verbaut sind. Diese sind kostengünstiger und individualisierbarer in der Umsetzung. Hier kommen vor allem Raspberry-Pi-Produkte für die Steuerung zum Einsatz sowie Arduino und ESP-Mikrocontroller. Zu diesen gibt es eine Vielzahl an Sensoren, Motoren und speziell designten Bauelementen. Ebenso sind diese mit anderen Komponenten kombinierbar. Die Programmierung erfolgt hierbei über Python und C.

Grafische Entwicklungsumgebungen sind hier keine gängigen Konzepte. Lego-Mindstorms bietet eine leichtere Handhabung als auch einen schnelleren Zugang zu der Technik. Die erlernten Grundprinzipien lassen sich einfach adaptieren Für Fortgeschrittene kann ein Kurs mit Raspberry-Pi und Arduino erfolgen. Für den Einstieg bieten sich hierfür Lernsets mit einer breiten Auswahl an Sensoren an. Für weiterführende Projekte können Roboter, Autos oder Drohnen mit dem 3D-Drucker designt werden und durch Arduinos betrieben werden. (3D-Drucker basieren unter anderem auch auf Arduino. Sie sind hier eine pädagogisch wertvolle Ergänzung zu den Microcontrolern)

bsw- Referent Danilo Arlt

3D-Drucker

Beschreibung der Technik

3D-Drucker werden als eine Zukunftstechnologie angesehen. Die zu Grunde liegende Technik basiert auf einer beheizten Düse. Diese Düse (auch Extruder genannt) schmilzt den zu druckenden Kunststoff (Filament genannt) und drückt diesen in gleichmäßigen Bahnen auf das Druckbett. Das Prinzip ähnelt einer sehr feinen Heißklebepistole. Der Unterschied liegt in der komplett automatisierten Steuerung des Extruders, so dass sehr feine, akkurate und zeitintensive Objekte gefertigt werden können.

Hauptanwendung für den 3D-Drucker in der Produktion von Prototypen. Die entwickelten Modelle können günstig und schnell gefertigt werden. Alternative Verfahren hierzu sind CNC-Fräsen sowie das zur Serienproduktion geeignetere Spritzguss-Verfahren.

CNC-Fräsen sind in der Anschaffung und bei den Materialkosten höher angesiedelt. Beim Spritzguss sind die Formen sehr kostenintensiv, die Produktion der Werkstoffe wiederum ist sehr günstig.

Neben dem Design von Prototypen können 3D-Drucker auch genutzt werden, um Bestandteile eines Endprodukts zu fertigen. Aufgrund des Druckverfahrens und der großen Auswahl an verschiedenen Kunststoffen können Bauteile mit einzigartigen Eigenschaften erstellt werden. Im Gegensatz zu den meisten anderen Herstellungsverfahren sind gedruckte Objekte meistens hohl im Inneren. Dadurch sind sie besonders leicht, was Sie unter anderem für die Luftfahrtindustrie sehr interessant macht.

Was bietet der Markt

Den meisten erhältlichen Druckern liegt die Marvin-Firmware und Baupläne der RepRep- Community zugrunde. Die physischen Komponenten als auch die Firmware sind unter der GNU-Lizenz verffentlicht und somit für Jeden frei zugänglich und nutzbar. Aus diesem Sachverhalt heraus gibt es bei den zu erwerbenden Druckern zwei verschiedene Philosophien. Dies sind die für Bastler gedachten Bausätze und die kommerziellen On-Demand-Produkte. Beide sind in ihrer Funktion und Modellvorbereitung weitestgehend identisch. Der Unterschied liegt grundlegend im Preis, der Modifizierbarkeit und dem Aufwand, der zur Benutzung betrieben werden muss.

Die Bausätze basieren zum Teil auf Bauteilen, die von einem Drucker gedruckt wurden. Hierdurch kann direkt ein Gefühl für die Teile gewonnen werden und gängige Methoden des Werkstückdesigns im Kontext des fertigen Produktes erlernt werden. Des Weiteren können die Motorisierung und Arduino basierte Technik kennengelernt werden. Dadurch entsteht ein tiefes Verständnis für die Funktionsweise des Druckers sowie der daraus resultierenden Möglichkeiten. Diese Erfahrung wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Gestaltung eigener Bauteile aus.

Die kommerziellen On-Demand-Drucker sind als Einheit fertig konzeptioniert und basieren auf hochwertigen Teilen. Für Laien kann mit diesen Geräten eine hohe Druckqualit ät erreicht werden, ohne sich intensiv mit der Technik auseinander zu setzen. Dadurch sind sie besser geeignet, wenn sie von verschiedenen Personen bedient werden sollen. Zum Drucken kann auf eine Palette von frei verfügbaren 3D-Modellen zurückgegriffen werden. Speziell für den Modellbau sowie Arduino und Raspberry-Pi gibt es hier eine große Auswahl. Eigene 3D-Modelle können am Computer selbst designt werden. Hierfür gibt es eine große Auswahl an Software. Diese setzen auf unterschiedlichen Niveaus an.


Für unerfahrene Anwender gibt es intuitive zu bedienende Software, welche auf fertigen Bausteinen basiert oder spielerischen Konzepten (ähnlich dem Spiel Minecraft). Für fortgeschrittene Nutzer ist CAD-Software die favorisierte Wahl. Diese setzt Fähigkeiten im Bereich der Konstruktion voraus und kann durch mathematische und physikalische Parameter der Produkteigenschaften ergänzt werden.

Kursangebot

In einem dreitägigen Workshop kann die Benutzung des Druckers und der zugehörigen Software erlernt werden. Am ersten Tag geht es um die allgemeine Benutzung und die mechanische Umsetzung des Druckers. Ebenso gibt es Einblicke in die Steuerung des Druckers. An den folgenden zwei Tagen erlernen die Teilnehmer grundlegende Konzepte der 3D-Modell-Bearbeitung sowie Techniken im Umgang mit gedruckten Materialien im Rahmen von selbstgewählten Projekten unter fachlicher Anleitung und Beratung.

bsw- Referent Danilo Arlt

Roboter-Arme

Beschreibung der Technik

In den letzten Jahren ist die Nutzung mittels Servomotoren gesteuerten Armen publik geworden. Umgangssprachlich nennt man diese auch Roboter-Arme. Bedingt durch 3D-Drucker sowie Arduino- Microchips sind diese Arme auch für den Privatgebrauch bezahlbar geworden. Sie sind ein Schlüsselelement der modernen Fließband-Technologie und können überall da eingesetzt werden, wo einfache wiederholbare Handgriffe erfolgen. Durch leistungsstarke Computer und Technologien der selbstlernenden Software könnten diese in einigen Jahren für komplexere Alltagsaufgaben von Nichtprogrammierern angelernt werden.

Was bietet der Markt

Kommerziell sind neben den Armen auf Industriestandard immer mehr Arme für den pädagogischen sowie Modellbaubereich verfügbar. Zu empfehlen sind hier im Allgemeinen Produkte auf der Basis von Arduino, da diese einfach angesteuert und modifiziert werden können, oder, im preislichen Mittelfeld liegend, anwendungsorientierte mit grafischer Benutzeroberfläche.

Kursangebot

In einem 3-tägigen Workshop wird ein Einblick in den Grundlegenden Aufbau der Roboter- Arme sowie die räumliche Programmierung durch Vektoren und Skalare gegeben. Des weiterem werden in kleinen Projekten das Konzeptionieren und die Umsetzung komplexer Programmabläufe erlernt.

bsw- Referent Danilo Arlt