Putzroboter selbst bauen: Leitfaden & Praxistipps

Putzroboter sind eine tolle Sache: Sie arbeiten im Idealfall eigenständig und nehmen dir damit etwas Arbeit in deinem Haushalt ab. Wenn die richtigen Voraussetzungen erfüllt sind, dann sparen sie dir viel Zeit und du kannst dich währenddessen mit etwas anderem beschäftigen. Putzroboter selbst bauen!

In diesem Beitrag zeigen wir dir, wie du deinen eigenen Putzroboter zusammenstellen und optimieren kannst. Weiters bekommst du von uns zu diesem Thema viele praktische Tipps und Tricks.

Du bist bereit? Na dann los!

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Informationen zum selbstgebauten Putzroboter

Grundsätzlich sollten wir uns folgende zwei Dinge überlegen: Was ist eigentlich ein Putzroboter? Und was sollte dieser können?

Bei einem Putzroboter handelt es sich um ein selbstständig fahrendes Fahrzeug. Dieses erzeugt in seinem Unterbau einen Luftstrom, um damit Staub und sonstiges aufzusaugen. Wir unterscheiden in diesem Beitrag zwischen zwei Varianten: Der Basisvariante des selbstgebauten Putzroboters und der erweiterten Variante mit ein paar praktischen Beispielen.

Der Putzroboter in der Basisvariante kann folgende Dinge:

• Selbstständig Fahren
• Hindernisse erkennen (nach einem Zusammenprall)
• Selbstständig die Richtung wechseln (nach Zusammenprall mit einem Hindernis)
• Staub und sonstige Materialien aufsaugen

Hier findest du ein paar Beispiele für die erweiterte Variante des Putzroboters: 

• Hindernisse erkennen (via Ultraschallsensoren)
• Treppen erkennen (via Ultraschallsensoren)
• Gleichmäßig fahren (auch bei schwachem Akku)
• Menschen und Tiere erkennen (via Infrarotsensoren)
• Füllstand des Behälters messen und automatisch Stoppen mit einem Signalton
• Sonstige Fehler erkennen (Hängenbleiben im Teppich oder im Kabelsalat)
• Routen optimieren (maschinelles Lernen)

Basisvariante: Benötigte Materialien

• Eine relativ große Platte: Auf ihr werden die einzelnen Elektronikteile montiert. Eine Vorlage für die Platte findest du z.B. in der Putzroboter-Skizze von conrad.at.
• Einen starken Akku oder Batteriehalter: Damit ist die Stromzufuhr gesichert.
• Drei Getriebe- oder Elektromotoren & die dazu passenden Räder: Mit deren Hilfe kann der Putzroboter überhaupt erst fahren. Der dritte Motor ist für die Bewegung der Rundbürste zuständig.
  
• Motorsteuerung: Diese ist wichtig für die Ansteuerung der Motoren.
• Passende Rundbürste: Sie sammelt den Staub und den Dreck ein.
• Dünnes Sperrholz für den Auffangbehälter: Mit dem baust du den Behälter.
• Zahnräder & Steckkabel: Damit verbindest du diverse Bauteile miteinander.
• Lötkolben und sonstige Werkzeuge: Somit wird aus den ganzen Einzelteilen ein fertiger Putzroboter.
• Einen kleinen Computer – z.B. einen Raspberry Pi oder einen Arduino: Damit wird der Putzroboter programmiert und gesteuert.

Falls du wissen möchtest, wie man einen neuen „Raspberry Pi“ konfiguriert, wirst du auch in diesem Leitfaden fündig.

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Was du vielleicht noch zusätzlich gebrauchen kannst:

• Laptop: Benötigst du, um deinen Arduino oder Raspberry Pi zu programmieren.
• Netzwerkkabel: Verwendest du, um deinen Laptop mit deinem Arduino oder Raspberry Pi zu verbinden.
• Elektronik-Set Starterkit: Hier findest du alle nötigen Werkzeuge, die am Anfang sehr hilfreich sein können. Diese enthalten z.B.: Zangen, Lötkolben, Multimeter (zum Messen der Stromstärken und Spannungen) und weitere nützliche Hilfsmittel.

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1. Grundlagen der Programmierung

• Programmiere in kleinen Schritten: Warum das? Selbst Experten programmieren nicht fehlerfrei. Vermeide unbedingt Folgefehler. Diese ergeben sich aus einer unsauberen Programmierung.
• Teste deinen Code: Teste ihn oft, ausgiebig und konsequent. Damit verhinderst du nicht nur Fehler, sondern stellst auch eine hohe Qualität deiner Programmierung sicher. Mögliche Fehler werden dadurch schneller beseitigt.
• Kommentiere deinen Code: Dir ist jetzt noch klar, was du programmiert hast und was dieser Code ausführen soll? Glaube uns! In sechs Monaten sieht das ganz anders aus. Wir sprechen aus Erfahrung.
• Benenne deine Variablen in deinem Code sinnvoll: Du wirst Variablen benötigen, in denen du sogenannte Werte speicherst. Dies sind z.B. die aktuelle Geschwindigkeit oder der Akkustand. Benenne die Variablen sinnvoll. Du wirst auf Dauer mit Variablennamen wie akkustand_aktuell und geschwindigkeit_aktuell mehr anfangen können als mit x und y.
• Schreibe leserlich: Versuche deinen Code so leserlich wie möglich zu schreiben. Das hilft dir später beim Optimieren und Ausbessern des Codes!
• Gib deinen Variablen einen Startwert: Das verhindert ein unvorhergesehenes Verhalten aufgrund von zufällig zugewiesenen Werten in deinem Code.

2. Putzroboter zusammenbauen

Wir erklären dir nun die Grundlagen.

Schneide zuerst die Platte für den Unterbau zurecht (siehe oben). Anschließend montierst du die Getriebemotoren an die Seiten der Platte.

Vergiss bitte nicht das dritte Rad an der Vorderseite des Putzroboters zu montieren, damit dieser nicht umkippt. Bringe nun die Motorsteuerung auf der Platte an, sowie den Akku oder Batteriehalter. Schließe jetzt die beiden Getriebemotoren an die Motorsteuerung an.

Montiere nun den Mini-Computer auf die Platte des Putzroboters. Verbinde diesen mit der Stromzufuhr und der Motorsteuerung.

Wenn du das gemacht hast, setze noch den Auffangbehälter zusammen und bringe die passende Rundbürste an. Verbinde diese mit dem dritten Motor und den Zahnrädern. Schließe diesen Motor ebenfalls an die Motorsteuerung an. Jetzt kannst du deinen Mini-Computer endlich konfigurieren!

3. Programmierung des Putzroboters

Versuche, deinen Putzroboter in kleinen Teilschritten zu konfigurieren. Erstelle erst mehrere voll funktionsfähige und fehlerfreie Einzelteile und setze diese anschließend zusammen.

Die folgende Reihenfolge ist eine gute Möglichkeit, um das Programmieren zu lernen:

• Lass den Putzroboter nur vorwärts oder rückwärts fahren.
• Lass ihn einmal links herum und einmal rechts herum drehen.
• Stelle über die Elektronik fest, wann er mit einem Hindernis zusammenstößt.
• Lass ihn bei einem Zusammenstoß rückwärts fahren und die Richtung wechseln.

Hier findest du ein Beispiel-Skript von Conrad.at, wie eine solche Steuerung aussehen kann. Dieses Skript kannst du dir als Vorlage nehmen und für deine Zwecke anpassen.

4. Dein selbstgebauter Putzroboter

Hier findest du ein Video von Conrad, wie du dir den Putzroboter nach dem Zusammenbau vorstellen kannst. Außerdem findest du weitere Hinweise, welche du berücksichtigen solltest.

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Erweiterte Variante: Praxistipps für zwei ausgewählte Beispiele

Nun ist der Putzroboter soweit fertig! Er besitzt aber nach wie vor sehr viel Verbesserungspotential. Wir erklären dir jetzt zwei Optimierungsmöglichkeiten und wie du diese am besten umsetzt.

1. Putzroboter selbst bauen: Gleichmäßige Fahrgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit der Getriebemotoren hängt stark von der Stromzufuhr ab. Je höher die Spannung, desto schneller fährt der Putzroboter.

Damit dein Putzroboter gleichmäßig unterwegs ist, sorge dafür, dass die Getriebemotoren stets die gleiche Spannung abbekommen. Diese schließt du am besten an eine extra Stromquelle an. Damit verhinderst du, dass der Mini-Computer beim Starten des Putzroboters abstürzt.

Du benötigst unbedingt einen Spannungswandler. Dieser sorgt dafür, dass die gleichmäßige Spannung bei deinen Getriebemotoren ankommt.

Der Spannungswandler wird einfach zwischen Akku und Motorsteuerung geschaltet und entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung eingestellt.

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2. Putzroboter selbst bauen: Hindernisse automatisch erkennen

Aktuell findet dein Putzroboter Hindernisse nur dann, wenn er dagegen fährt und dadurch die Getriebemotoren wesentlich mehr Leistung benötigen. Deine Möbel werden durch das Zusammenstoßen mit dem Putzroboter nach einiger Zeit eventuell beschädigt sein, bzw. Kratzer aufweisen.

Was kannst du jetzt tun, um das zu vermeiden? Mithilfe von Ultraschallsensoren lassen sich die meisten Hindernisse automatisch erkennen. Ausnahmen bilden Kabel und Vorhänge. Diese streuen den Ultraschall entweder zu sehr oder absorbieren ihn zu stark. Daher solltest du entsprechende Vorsichtsmaßnahmen setzen (z.B. Kabel sicher verlegen).

Hier findest du ein Video, wie ein Ultraschallsensor funktioniert und was du beachten sollst:

Du kannst auch eine Absturzsicherung einbauen, indem du im Unterbau des Putzroboters einen Ultraschallsensor montierst.

Die Absturzsicherung funktioniert so, dass der Ultraschallsensor im Falle einer Treppe einen großen Unterschied in der Distanz zum Boden feststellt: Somit misst er den Abstand zum Boden mit ca. einem Zentimeter, bei einer Treppe misst er z.B. plötzlich mehr als zwanzig Zentimeter.

Auf der Raspberry Pi-Webseite findest du ein Skript zur Programmierung des Ultraschallsensors und der richtigen Berechnung der Entfernung. Auch zum korrekten Anschluss des Sensors gibt es dort viele praktische Tipps und Informationen.

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3. Putzroboter selbst bauen: Weitere Optimierungsmöglichkeiten

Du hast auch die Option, Infrarotsensoren zu verwenden, um z.B. Menschen oder Tieren automatisch auszuweichen.

Den Putzroboter kannst du auch so programmieren, dass er eine automatisierte Route selbstständig wählt. Dies erfordert aber eine professionelle Programmierung, da hier maschinelles Lernen die Voraussetzung dafür ist.

Weiters hast du die Möglichkeit, den Putzroboter so zu programmieren, dass er den Füllstand des Behälters misst und anzeigt. Außerdem kannst du ihn so konfigurieren, dass er sich beim unabsichtlichen Hängenbleiben selbstständig befreit. Deiner Fantasie sind hierbei (fast) keine Grenzen gesetzt.

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Fazit: Putzroboter selbst bauen

Putzroboter selbst zu bauen ist mit etwas Übung und Geduld durchaus möglich und macht viel Spaß!

Du brauchst zwar etwas Feinmotorik, um z.B. alle Kabel miteinander zu verbinden und ein paar Grundlagen im Programmieren. Wenn du einmal in der Materie drinnen bist und die oben beschriebenen Tipps und Tricks beachtest, sollte der Putzroboter schnell zusammengebaut sein.

In diesem Beitrag haben wir dir einmal die Basisvariante und einmal die erweiterte Variante mit zwei ausgewählten Praxisbeispielen vorgestellt. Die letzte Variante ist etwas kniffliger zum Erlernen und Umsetzen. Dafür macht sie aber in weiterer Folge viel mehr Sinn, weil der Putzroboter dann selbständiger arbeiten kann. Außerdem ersparst du dir auf lange Sicht viel Zeit und Arbeit.

So gesehen ist es einfach, einen Putzroboter zusammenzubauen. Je nachdem, wie viel dieser letztendlich können soll, desto mehr Gehirnzellen musst du dabei anstrengen. Es ist in jedem Fall ein tolles Projekt, bei dem du sehr viel lernen kannst.

Bei uns findest du noch viele tolle Beiträge rund um das Thema Putzroboboter, schau doch mal in unsere Praxistipps.

Quelle der Videos auf YouTube: Conrad – DIY (Putzroboter) und 3D-Proto – Arduino (Ultraschall Sensor)