Maxime Alexandre Beck
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EchoGrip

Ein Roboterarm, der Handbewegungen in Echtzeit nachahmt.

Der Arm folgt der Hand über der Leap Motion und greift einen Schlüsselbund.

Eine Leap Motion erfasst die Hand, ein Browser berechnet die Gelenkwinkel, ein Arduino steuert die Servos eines selbst gebauten Holzarms. Ziel war, Mechatronik und Arduino zu lernen – entstanden ist ein Exponat für die Semesterausstellung der HfG, das Mensch-Maschine-Interaktion greifbar macht.

Kontext
Teamprojekt (2 Personen), HfG Schwäbisch Gmünd – gezeigt auf der Semesterausstellung
Rolle
Konzept, Kinematik, Software, Bau
Werkzeuge
Leap Motion, Arduino, JavaScript, WebSocket, Serial, Lasercutter
Jahr
2023

Leitfrage

„Wie lassen sich Handbewegungen ohne Controller intuitiv und in Echtzeit auf eine Maschine übertragen?“

Vorgehen

Die Case Studies sind nach dem Double Diamond gegliedert: erst das Problem verstehen und schärfen, dann Lösungen entwickeln und umsetzen.

DISCOVERDEFINEDEVELOPDELIVER

  1. Discover

    Verstehen

    • Recherche von Anwendungsfeldern
    • Fernsteuerung, Rehabilitation, kreative Prozesse

    Potenzial: Bewegung direkt übertragen statt per Controller steuern.

  2. Define

    Definieren

    • Lernziele festlegen (Mechatronik, Arduino)
    • Anspruch an die Interaktion

    Bewegung intuitiv übertragen – und dabei Mechatronik lernen.

  3. Develop

    Entwickeln

    • Papierprototyp
    • Web-Simulation der Kinematik
    • Integration der Leap Motion

    Berechnung und Steuerung geprüft, bevor Hardware gebaut wurde.

  4. Deliver

    Umsetzen

    • Lasergeschnittener Arm mit Servos
    • Ansteuerung per WebSocket und Serial
    • Ausstellungsmodus

    Ein Arm, der der Hand in Echtzeit folgt.

Discover

Verstehen

Ausgangslage

Bewegung direkt übertragen.

EchoGrip überträgt menschliche Bewegungen intuitiv auf eine Maschine. Denkbare Anwendungen reichen von Fernsteuerung in gefährlichen Umgebungen über Rehabilitation bis zu kreativen Prozessen.

Define

Definieren

Zielsetzung

Lernziel und Anspruch.

Ziel war, sich die Grundlagen von Mechatronik und Arduino zu erarbeiten – an einem Objekt, das Mensch-Maschine-Interaktion greifbar macht.

Der Anspruch an die Interaktion: menschliche Bewegungen so intuitiv auf die Maschine übertragen, dass kein Controller nötig ist – die Hand selbst steuert.

Develop

Entwickeln

Iteratives Prototyping

Vom Papier zum Arm – jede Stufe klärt eine Frage.

  1. Papierprototyp

    Winkel und Gelenke auf Papier durchgespielt, um die Berechnung zu verstehen.

  2. Web-Simulation

    Eine Website berechnet die Gelenkwinkel aus der Mausposition – inverse Kinematik: aus dem Zielpunkt der Hand werden die Winkel von Schulter und Ellbogen bestimmt.

  3. Leap Motion

    Das Leap-Motion-SDK ersetzt die Maus: Die Hand wird zum Controller.

  4. Bau

    Lasergeschnittenes Holz, Servos, Ansteuerung über WebSocket und Serial am Arduino.

Die Kinematik-Simulation im Browser: Kreise zeigen die Reichweite jedes Gelenks.

Deliver

Umsetzen

3D-Rekonstruktion des Arms in Blender, nach Fotos und Video des Prototyps.
Alle Bauteile des Roboterarms flach ausgelegt

Bauteile

Alles, was im Arm steckt.

  1. 01Glieder aus SperrholzLasergeschnitten: Oberarm, Unterarm, Handglied und Schulterbock.
  2. 02Grund- und DrehscheibeZwei Scheiben, dazwischen der Basisservo für die Drehung.
  3. 0335-kg-ServosDrei Stück für Basis, Schulter und Ellbogen.
  4. 04MikroservoBewegt das Handgelenk.
  5. 05GreiferEigener Servo, Griffkraft von der bedienenden Person steuerbar.
  6. 06Servohörner aus AluminiumVerbinden die Servos fest mit den Gliedern.
  7. 07Alu-WinkelHalten Grund- und Drehscheibe auf Abstand.
  8. 08Arduino UnoEmpfängt die Winkel per Serial und steuert die Servos.
  9. 09BreadboardVerteilt die Stromversorgung der Servos.
  10. 10Leap MotionErfasst die Handbewegung als Eingabe.
Explosionsansicht: Servos und Alu-Servohörner sitzen direkt in den Gelenken, der Drehteller ruht auf dem Basisservo.

Ergebnis

Vier Gelenke, regelbarer Griff.

Der Arm folgt der Hand mit geringer Verzögerung – über Basis, Schulter, Ellbogen und Handgelenk – und greift Gegenstände mit einer Kraft, die die bedienende Person selbst bestimmt. Für die Semesterausstellung kehrt er nach einer Pause automatisch in seine Grundposition zurück.