Unser LEGO®-Sortierer 2.0

Bei Ingenics Digital gibt es seit April ein neues internes Projekt: Den Bau eines LEGO®-Sortierers, eine spannende Aufgabe, die Teamgeist, Kreativität und technisches Know-How vereint. Aufbauend auf den Erfahrungen aus dem Vorgängerprojekt entsteht nun eine verbesserte, leistungsfähigere Version – ein Projekt, das Innovation im Kleinen zeigt und hoffentlich dennoch große Wirkung nach Außen hat.

Sortieren mit System – Unser LEGO®-Sortierer bekommt ein Upgrade

Lange haben wir mit dem Gedanken gespielt – jetzt haben wir es in Angriff genommen: Den Bau unseres neuen LEGO®-Sortierers. Bereits im Jahr 2014 wurde der erste LEGO®-Sortierer von zwei Masteranden ausgetüftelt und zusammengebaut, damals noch bei MixedMode. Die Weiterentwicklung davon haben wir im April 2025 bei Ingenics Digital gestartet. In den vergangenen drei Monaten wurde das Projekt geplant, Material beschafft und erste Prototypen für die Einzelteile des LEGO®-Sortierers gebaut. Fest stand schon zu Beginn, dass die LEGO®-Steine mittels eines KI-Bilderkennungsprogramms zugeordnet werden sollen. Diese Aufgabe hat unser Masterand Max übernommen und arbeitet fleißig daran. Für den restlichen Aufbau ist unser dreiköpfiges Mechatronik-Team zuständig.

Die Teilschritte des Sortierers

Für eine übersichtliche Struktur haben wir den Gesamtaufbau des Sortierers gedanklich in vier Teilschritte unterteilt: Die Übergabe der LEGO®-Steine an den Sortierer, die Vereinzelung, den Transport und die Sortierung der Steine. Die Vereinzelung der Steine ist wichtig, damit die Steine mittels der KI-Bilderkennung einzeln gescannt werden können, ihnen dann ein Label zugeordnet wird und sie schließlich einzeln sortiert werden.

Abb. 1: Die mechatronischen Teilschritte des LEGO®-Sortierers. Die LEGO®-Steine müssen zuerst dem Sortierer übergeben, dann vereinzelt, transportiert und sortiert werden. Die Bilderkennung übernimmt unser Werkstudent Max.
Abb. 1: Die mechatronischen Teilschritte des LEGO®-Sortierers. Die LEGO®-Steine müssen zuerst dem Sortierer übergeben, dann vereinzelt, transportiert und sortiert werden. Die Bilderkennung übernimmt unser Werkstudent Max.

Morphologischer Kasten

Für die Ideenfindung zur Umsetzung der Teilschritte diente uns ein Morphologischer Kasten. Dabei werden in einer Tabelle zunächst alle möglichen Lösungswege für jedes Teilproblem eingetragen, ohne diese im Voraus schon als besonders geeignet/ungeeignet zu kategorisieren. In größerer Runde haben wir dann die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten durchgesprochen und anhand verschiedener Kriterien abgewogen. Diese Kriterien waren unter anderem: Kosten, Aufwand, Bedienbarkeit/Ergonomie, Messeattraktion und Transportmöglichkeit. Online fanden wir eine Reihe anderer LEGO®-Sortierer-Projekte, die uns als Inspiration dienten.

Abb. 2: Ausschnitt aus unserem morphologischen Kasten. Für jeden Parameter wird zunächst jeder mögliche Lösungsweg notiert, ohne die Optionen bereits zu bewerten.
Abb. 2: Ausschnitt aus unserem morphologischen Kasten. Für jeden Parameter wird zunächst jeder mögliche Lösungsweg notiert, ohne die Optionen bereits zu bewerten.

Übergabe der Steine und Vereinzelung

Für die Übergabe und Vereinzelung der Teile fiel die Entscheidung auf eine Archimedische Schraube und eine dahinter geschaltete Rüttelrinne. Unsere Idee ist, dass die LEGO®-Steine zuerst in die Archimedes-Schraube gekippt werden. Sie besteht aus einem großen Zylinder, der oben offen ist und an der Innenwand eine Spirale enthält, die sich über die gesamte Zylinderlänge zieht. Durch Drehen des Zylinders wandern die Steine auf der Schraube vom Boden des Zylinders nach oben zum offenen Ende und fallen dort portioniert über die Kante auf die darunterliegende Rüttelrinne. Gefertigt haben wir die Schraube aus einem PVC-Rohr, MDF-Teilen aus dem Lasercutter und PLA-Teilen aus dem 3D-Drucker.

Abb. 3: Unser Prototyp für die Archimedische Schraube, gefertigt aus einer Spirale aus geklebten MDF-Teilen, einem PVC-Rohr und Halterungen aus dem 3D-Drucker.
Abb. 3: Unser Prototyp für die Archimedische Schraube, gefertigt aus einer Spirale aus geklebten MDF-Teilen, einem PVC-Rohr und Halterungen aus dem 3D-Drucker.

Abb. 4: Die Schraube wird in eine Halterung gelegt und mit einem Motor angetrieben. So werden die LEGO®-Steine nach oben befördert.
Abb. 4: Die Schraube wird in eine Halterung gelegt und mit einem Motor angetrieben. So werden die LEGO®-Steine nach oben befördert.

Die Rinne wird von einem kleinen Motor in Vibration versetzt, sodass die Stein-Portionen, die aus der Archimedischen Schraube in die Rinne fallen, weiter separiert werden und die Vereinzelung weiter fortschreitet. Gefertigt haben wir die Rinne ebenfalls größtenteils aus MDF-Teilen aus dem Lasercutter und PLA-Teilen aus dem 3D-Drucker. Dieses Material ist besonders preisünstig und die Teile können individuell modelliert werden.

Abb. 5: Unser Prototyp für die Rüttelrinne, gefertigt aus kleinen MDF-Platten, Holzstangen, Edelstahl-Federn und Halterungen aus dem 3D-Drucker. Die Vibration wird durch den kleinen Motor am Rand der Rinne hervorgerufen.
Abb. 5: Unser Prototyp für die Rüttelrinne, gefertigt aus kleinen MDF-Platten, Holzstangen, Edelstahl-Federn und Halterungen aus dem 3D-Drucker. Die Vibration wird durch den kleinen Motor am Rand der Rinne hervorgerufen.

Transport der Steine

Nach der Vereinzelung sollen die Steine zu den Sortier-Behältern transportiert und in den jeweils richtigen Behälter sortiert werden. Dafür schien ein Laufband besonders geeignet zu sein. Aufgrund der Platzbeschränkung durch die uns zur Verfügung stehenden Messe-Tische, die nur eine Kreisfläche mit 80 cm Durchmesser hergeben, haben wir die Idee des Laufbands leicht abgewandelt und wollen stattdessen einen sich drehenden Ring mit etwas kleinerem Außendurchmesser als dem des Tischs verwenden. Den Ring haben wir ebenfalls aus MDF-Platten ausgeschnitten, darauf einen kleineren PLA-Ring mit einer 45°-angewinkelten Fläche geklebt und diesen schließlich auf kleinen Bockrollen platziert. Der Ring soll ebenfalls mit einem kleinen Motor angetrieben werden.

Abb. 6: Unser Prototyp für den Drehring, gefertigt aus geklebten MDF- und PLA-Teilen, einer Holzleiste und kleinen Bockrollen.
Abb. 6: Unser Prototyp für den Drehring, gefertigt aus geklebten MDF- und PLA-Teilen, einer Holzleiste und kleinen Bockrollen.

Abb. 7: Die Blockrollen sitzen direkt am Drehring auf.
Abb. 7: Die Blockrollen sitzen direkt am Drehring auf.

Außen am Ring sollen über den gesamten Kreisumfang die Sammelbehälter für die sortierten Teile angeordnet werden. Innen am Ring wird auf Höhe jedes Sammelbehälters jeweils ein Ventil mit Anschluss an einen zentralen Kompressor installiert. Die Idee ist, dass die LEGO®-Steine, die auf dem Ring an den Sammelbehältern entlangtransportiert werden, per Luftstoß in den korrekten Behälter befördert werden. Wir müssen also dafür sorgen, dass sich die Ventile jeweils zur richtigen Zeit öffnen. Über ein User Interface soll der Benutzer zu Beginn einstellen können, wonach die Legosteine sortiert werden sollen: nach Farbe, nach Form oder nach Bauset.

Sortierung der Steine

Abb. 8: Skizze des Gesamtaufbaus unseres LEGO®-Sortierers. Die Steine werden in die Archimedische Schraube gekippt und fallen von dort aus auf die Rüttelrinne und schließlich auf den Drehring. Dort werden sie einzeln von der Kamera gescannt und bewegen sich dann auf dem Ring an den Sammelbehältern vorbei. Erreichen sie den richtigen Sammelbehälter, geht das jeweilige Luftventil auf. Alle am Ende des Rings übrig gebliebenen Teile werden im letzten Behälter aufgefangen. Zentral sitzen die Elektronik, die Systemsteuerung und der Kompressor. Die Grundplatte besteht aus mehreren Einzelteilen, damit sie besser transportiert werden kann.
Abb. 8: Skizze des Gesamtaufbaus unseres LEGO®-Sortierers. Die Steine werden in die Archimedische Schraube gekippt und fallen von dort aus auf die Rüttelrinne und schließlich auf den Drehring. Dort werden sie einzeln von der Kamera gescannt und bewegen sich dann auf dem Ring an den Sammelbehältern vorbei. Erreichen sie den richtigen Sammelbehälter, geht das jeweilige Luftventil auf. Alle am Ende des Rings übrig gebliebenen Teile werden im letzten Behälter aufgefangen. Zentral sitzen die Elektronik, die Systemsteuerung und der Kompressor. Die Grundplatte besteht aus mehreren Einzelteilen, damit sie besser transportiert werden kann.

Wie geht es weiter?

Das Tüfteln am LEGO®-Sortierer macht uns großen Spaß. Bei der Entwicklung waren bereits diverse Fähigkeiten gefragt und wir haben in kurzer Zeit viel Neues dazugelernt. Als nächstes steht die Umwandlung der Prototypen in die tatsächlichen Bauteile des Endprodukts sowie die Ansteuerung der Motoren und die Kommunikation des Gesamtsystems an. In einer weiteren Entwicklernotiz werden wir über unsere Ergebnisse berichten und euch den fertigen LEGO®-Sortierer vorstellen!