KITtyBot: DIY Vierbeiner-Roboter mit Arduino Pro Mini, 12 Servos, IR-Fernbedienung & LiPo-Power

Komponenten und Zubehör

Benötigte Werkzeuge

• 3D-Drucker (für Gehäuseteile)
• Lötkolben (bei PCB-Version; Steckplatine geht auch lötfrei)

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE

Über dieses Projekt

Einführung

Ziel: Ein laufender Vierbeiner im „Säuger-Stil“ (nicht Spinne/Insekt) – inspiriert von Boston Dynamics. Herausforderung: Hoher Schwerpunkt, Füße unter dem Körper → kippt leicht. Lösung: Inverse Kinematik (IK) für präzise Fußpositionierung, statisch stabile Gänge (immer 3 Beine am Boden, Schwerpunkt im Dreieck der Stützbeine).

Budget: Günstig (Arduino Pro Mini, Mikro-Servos). Perfektion nicht erwartbar, aber funktionsfähiges Gehen erreichbar.

Software-Architektur

• IK-Gleichungen: Berechnen Gelenkwinkel (α, β, γ) aus gewünschter Fußposition (x, y, z).
• Körperbewegungs-Funktion: Bewegt alle 4 Füße entgegengesetzt zur Körperverschiebung.
• Fußschritt-Funktion: Heben → verschieben → setzen.
• Gang-Muster (Gaits): Vorwärts, Rückwärts, Links, Rechts – sequenzielle Kombination von Körper- und Fußbewegungen.
• Synchronisierte Servobewegung: Mehrere Servos bewegen sich in gleicher Zeit auf Zielposition (weiche Bewegung).
• LiPo-Überwachung: Spannungsteiler (2,2 kΩ / 1 kΩ) an A0 → bei < 7,0 V Notstopp (Tiefentladeschutz).

Roboter bauen (mechanisch)

1. 3D-Teile drucken (Dateien im Repository). Vorab Bilder studieren.
2. Hüftgelenk: Zwei Servos perpendicular (90°) – Doppelseitiges Klebeband (reparierbar) oder Kleben. Vorne-rechts & hinten-links identisch, die anderen beiden gespiegelt.
3. Servos zentrieren: Vor Montage alle 12 Servos an PCB/Steckplatine anschließen, Code laden → Arduino-Start zentriert alle auf 90° (Signal). Feinjustage später im Code.
4. Oberschenkel (Thigh): Servohörner in Aussparungen kleben (Heißkleber funktioniert gut). An Hüfte in ~60° Winkel montieren, Schraube am Spline fixieren.
5. Unterschenkel: Servo direkt an Beinteil verschrauben (mitgelieferte Schrauben).
6. Beine an Körper: „Stoßstangen“ (Bumper) vorne/hinten mit Servohörnern. Oberschenkel-Servo-Träger in Körperlöcher schieben, Bumper draufschrauben. Beine ~12° nach außen (20 mm Zehenausstand).
7. Unterschenkel anbringen: Entgegen Oberschenkel-Winkel, sodass Fußspitze unter Hüftgelenk steht.

Elektronik anschließen

Zwei Optionen:

Steckplatine (Halbformat)

Pro Mini, Servo-Anschlüsse (lange Pin-Header, in 3er-Stücke geschnitten), IR-Empfänger, Spannungsteiler für LiPo-Messung. Kurze Jumper-Kabel für 5 V/GND zu Servos! UBEC-Ausgang (Servostecker) auf obere Stromschiene. Steckplatine mit Kleberückseite auf Körpermitte kleben (Schwerpunkt!). Ecke mit D3-D5 vorne-links.

PCB-Version (empfohlen)

Fritzing-Datei für PCB-Fertigung (z. B. über Fritzing Service oder Export für Hersteller). Breitere Kupferbahnen für Servo-Stromversorgung. Passgenaue Montage auf Körper (Klett/Doppelseitig). Erweiterungs-Pins für zukünftige Sensoren.

Feinjustage (Kalifornierung)

Array servodeg0[12] im Code anpassen (Reihenfolge: α,β,γ je Bein: vorne-links, hinten-links, vorne-rechts, hinten-rechts). Startwerte alle 90. Nach Start messen/winkel prüfen, Differenzen in Array eintragen. Beispiel finales Array:

const float servodeg0[12] = {80, 95, 100, 100, 110, 90, 100, 115, 100, 80, 80, 100};

Array servodir[12] definiert Drehrichtung (+1 = gegen Uhrzeigersinn). Bei anderen Servos Vorzeichen ggf. invertieren.

Weitere Ideen

• Tanz-Bewegungen auf freie Fernbedienungstasten
• Analogsteuerung (Joystick) + Autonomes Verhalten (Ultraschall-Hindernisvermeidung)
• Smartphone-Steuerung via Blynk / ESP8266
• Gyro/Kompass für Kurskorrektur

Der Code ist parametrisiert (Beinlängen, Körperbreite/Länge, Zehenausstand) – anpassbar für andere Größen/Layouts.

Code

KITtyBot2 Code (Arduino)

Vollständiger Sketch (zu lang für hier) – nutzt IRLib2 (NEC-Protokoll), Servo.h. Enthält: IK-Berechnung, Gang-Funktionen (forwardcreep(), reversecreep(), leftturn(), rightturn()), synchronisierte Servobewegung (servomove()), LiPo-Überwachung, IR-Dekodierung.

Wichtige Konstanten: jointlength=50, width=120, leng=120, distag=12, toeout0=20, steplength=40, phi=20° (Drehwinkel).

Custom Parts (3D-Druck)

• Körper (trägt PCB & Akku)
• 2× Stoßstange (Bumper) vorne/hinten
• 4× Hüft-Träger
• 4× Oberschenkel
• 4× Unterschenkel/Fuß
• Assembly-Datei (nicht zum Drucken)

Schaltpläne

kittybotmini_XKZYltyQVJ.fzz (Fritzing – für PCB-Fertigung nutzbar)