KADE Case Study Konstruktion & Softwareengineering – Ein interaktiver Roboter‑Arm als “Crossover” Projekt

Softwareengineering

KADE Case Study Konstruktion & Softwareengineering – Ein interaktiver Roboter‑Arm als “Crossover” Projekt

Projektbeschreibung

Das KADE Crossover-Projekt vereint die Kompetenzen unserer Abteilungen Konstruktion und Softwareengineering. Ziel ist es, bewährte Technologien – von Embedded-Programmierung über moderne Web-Interfaces bis hin zur KI-gestützten Bildanalyse – nahtlos miteinander zu verbinden.

Als Grundlage dient ein modular entwickelter Roboter-Arm, der ursprünglich im Rahmen einer Bachelorarbeit in der Konstruktionsabteilung entstand.

Systemarchitektur und Hardware

Im Zentrum des Systems steht ein Raspberry Pi 3. Er übernimmt die Steuerung der Servomotoren, hostet die Web-Benutzeroberfläche und koordiniert die gesamte Netzwerkkommunikation.

Für die Erfassung von Bewegungs- und Lageinformationen wird ein Raspberry Pi Pico 2 eingesetzt. Dieser ist über I²C mit dem Raspberry Pi 3 verbunden. Am Pico 2 ist ein MPU-6050-Sensor angeschlossen, der Beschleunigungs- und Gyroskopdaten liefert. Diese Rohdaten werden in strukturierte JSON-Objekte umgewandelt und an den Raspberry Pi 3 übertragen.

Backend, API und Datenverarbeitung

Die gesamte Backend-Logik läuft in Python auf dem Raspberry Pi 3. Die Sensordaten werden gefiltert, verarbeitet und zur Berechnung der aktuellen Pose des Roboter-Arms genutzt.

Anschließend werden die Daten über eine standardisierte OpenAPI-Schnittstelle bereitgestellt. Diese API ermöglicht:

  • das Abrufen von Sensordaten
  • das Senden von Motorbefehlen

Durch die klare Struktur ist die Schnittstelle übersichtlich dokumentiert, leicht erweiterbar und einfach zu testen.

Web-Interface und KI-Integration

Die Benutzeroberfläche wurde als Web-UI mit React entwickelt. Über die Axios-Bibliothek greift sie auf die OpenAPI-Endpunkte zu.

Nutzer können den Roboter-Arm intuitiv über Schieberegler oder Buttons steuern. Ergänzend dazu erweitert eine KI-Komponente die Steuerung:

Ein im Browser laufendes TensorFlow.js in Kombination mit MediaPipe analysiert das Live-Kamerabild. Dabei werden Hand- und Armbewegungen erkannt und automatisch in Steuerbefehle für den Roboter-Arm übersetzt.

So entsteht eine direkte Verbindung zwischen manueller Steuerung und intelligenter, bildbasierter Interaktion – ganz ohne zusätzliche Server-Infrastruktur.

Fazit

Der interaktive Roboter-Arm zeigt, wie Sensordaten in Echtzeit erfasst, über standardisierte APIs verarbeitet und in präzise mechanische Bewegungen umgesetzt werden können.

Die Integration von TensorFlow.js und MediaPipe verdeutlicht, dass anspruchsvolle KI-Bildanalyse direkt im Browser möglich ist. Gleichzeitig sorgt die modulare Architektur mit klar definierten Schnittstellen und flexibler Web-UI für eine hohe Erweiterbarkeit.

Die Case Study verbindet Embedded-Entwicklung mit modernen Web- und KI-Technologien und dient als praxisnahes Beispiel für unsere Software-Kompetenz. Kunden erhalten einen konkreten Einblick in durchgängige Lösungen – von der Sensorik über die Datenverarbeitung bis zur intelligenten Steuerung.

Weitere potenzielle Anwendungsbereiche:

  • Industrie 4.0 – Digitalisierung von Entwicklungszyklen
    Daten aus digitalen Simulationen können direkt genutzt werden, um Prüfstände und Produktionsanlagen automatisiert und intelligent zu steuern. Das erhöht Geschwindigkeit, Flexibilität und Effizienz in der Produktentwicklung.
  • Digital Twin – Qualitätssicherung
    Echtzeit-Messdaten und Simulationsdaten werden in modernen Web-Interfaces visualisiert. Ingenieure können Ergebnisse unmittelbar mit Prognosen vergleichen. So entsteht ein digitaler Zwilling, der Abweichungen frühzeitig sichtbar macht und die Qualitätssicherung verbessert.
  • Mensch-Roboter-Kollaboration
    Webbasierte Interfaces ermöglichen eine intuitive Steuerung komplexer Systeme. Auch Fachkräfte ohne tiefe Programmierkenntnisse können Prozesse effizient bedienen und anpassen.

Wir verbinden Maschinenbau mit moderner Softwareentwicklung – für intelligente, skalierbare und zukunftssichere Lösungen.

Weitere Informationen zu dem Leistungsportfolio von KADE GmbH im Bereich Softwareentwicklung.

Dashboard Roboter | KADE GmbH Ingenieurleistungen
Dashboard des Roboter Arms | KADE GmbH Ingenieurleistungen
Roboter Arm Vollansicht | KADE GmbH
Roboter-Arm Vollansicht | KADE GmbH Ingenieurleistungen
Roboter‑Arm KADE GmbH
Roboter-Arm Teilansicht| KADE GmbH Ingenieurleistungen

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