Robotik
Diese Serie nimmt Robotik von Grund auf auseinander: erst das mentale Grundmodell, dann die vier Bausteine, die jeder Roboter hat, und schließlich die Theorie dahinter -- Kinematik, Lokalisierung und Pfadplanung. Die Reihenfolge ist so gewählt, dass jeder Teil auf dem vorigen aufbaut.
In eigener Sache: Halbleiter und Elektronik sind mein Zuhause -- Robotik dagegen lerne ich gerade selbst. Diese Serie entsteht beim Lernen. Wo ich mir sicher bin, schreibe ich das so hin; wo nicht, sage ich es dazu. Nimm die Schlüsse hier also eher als gut recherchierte Arbeitsstände denn als letztes Wort.
Praktisch ist, dass die Einzelteile hier schon beschrieben sind: Aktoren (die Muskeln), Sensoren (die Sinne), Motortreiber (die Leistungselektronik) und Mikrocontroller (das Hirn). In dieser Serie geht es darum, wie aus diesen Teilen ein Roboter wird -- und vor allem um das Warum dahinter. Das Machen steht parallel in den Projekten (Ausweichroboter, Linienfolger, Logik-Roboter).
Aufbau der Serie
Die Serie läuft in zwei Etappen. Zuerst die Grundlagen -- das mentale Modell und die vier Bausteine. Danach geht es tiefer in die Theorie: Kinematik, Lokalisierung und Pfadplanung. Das ist der Teil, der einen fahrenden Kasten von einem Roboter unterscheidet, der weiß, wo er ist, und plant, wo er hinwill.
Teil 1 -- Grundlagen
- Was ist ein Roboter? -- Sense, Think, Act -- das Grundmodell, das alles zusammenhält: wahrnehmen, entscheiden, handeln, und das im Kreis. (Start hier.)
- Bewegung -- Aktorik in der Praxis (geplant) -- wie Roboter sich bewegen: Differentialantrieb, warum zwei Räder reichen, und was der Motortreiber damit zu tun hat.
- Wahrnehmung -- was Sensoren wirklich liefern (geplant) -- jeder Sensor liefert nur einen Ausschnitt der Welt, verrauscht und mehrdeutig. Was bekommt man aus Ultraschall, IR, Encoder, IMU heraus?
- Steuerung & Regelung -- von Bang-Bang zu PID (geplant) -- der Unterschied zwischen Steuern (open loop) und Regeln (closed loop), schrittweise: Bang-Bang → P → PI → PID.
Teil 2 -- Tiefer in die Theorie
- Koordinaten & Kinematik (geplant) -- Roboter-Frames, Differentialantrieb-Kinematik, Vorwärts- und Rückwärtsrechnung: vom Raddrehen zur Bewegung in der Ebene.
- Lokalisierung & Karten (geplant) -- "Wo bin ich?": Odometrie, ihr unvermeidliches Driften, die Idee der Sensorfusion und ein erster Blick auf SLAM.
- Pfadplanung / Path Finding (geplant) -- der theoretische Kern: Welt als Graph, Dijkstra und A*, Grid-/Wavefront-Verfahren, Potentialfelder -- und ein Ausblick auf RRT.
- Verhalten & Architektur (geplant) -- alles zusammen: Zustandsautomaten (FSM), verhaltensbasierte Robotik und wie ein Navigations-Stack als Ganzes aussieht.
Start
Den Anfang macht das Sense-Think-Act-Modell -- die Brille, durch die der Rest der Serie zu lesen ist. Jeder weitere Artikel ist im Grunde eine Vertiefung einer der drei Phasen.
Die mit (geplant) markierten Teile wachsen nach und nach; Reihenfolge und Zuschnitt können sich noch verschieben.