Embed Size (px)
Citation preview
Aus dem ProjektWetterfühliger Roboter
Erste Schritte mit Arduino, Soundsensorund Servomotoren anhand des Beispiels:Erste Schritte mit Arduino, Soundsensorund Servomotoren anhand des Beispiels:
SchaufelraddampferSchaufelraddampfer
zurück 2
wir bauen ein Schaufelroboterschiff, das Schallwellen fühlen kann und welches Du mit Hilfe dieser Schallwellen steuern kannst.Unsere Bauanleitung basiert auf einer Idee von Schülern der 5. Klasse der WIR Grund-schule Berlin. Für dieses Projekt haben die Schüler etwa 3 Tage á 2 Stunden gebraucht.
Zum Nachbau sind keine Vorkenntnisse nötig. Alle Schritte werden genau erklärt.Beim Bau dieses fühlenden Roboters lernst Du etwas über Programmieren und Elekt-ronikgrundlagen. Zusätzlich kannst Du Dir Gedanken machen: Was sind Sinne? Was sind Sensoren? Sind Sensoren in der Elek-tronik Deinen Sinnen ähnlich? Geräusche sind Umweltreize, die uns ständig umgeben. Wir hören, weil Schallwellen etwas in unseren Ohren auslösen. Der Sensor, der das Schiff steuert, reagiert auch auf Schall-wellen und bestimmt dadurch das Verhalten den Roboterschiffs. Du kannst beobachten, wie sich dieses Verhalten ändert, wenn sich die Schallwellen ändern.
1. Einleitung S.022. Materialliste S.033. Basteln & Technik: Rumpf S.044. Programmieren: Rumpf S.065. Basteln: Schaufelrad S. 106. Basteln & Technik: Schwimmkörper S. 117. Ergebnis S. 128. Impressum S. 13
InhaltInhalt → Klassenstufe: 5. Klasse→ Dauer: 6 Stunden→ Programmerfahrung: keine Vorkenntnisse erforderlich→ Bastelaufwand: hoch→ Kurzinfo: Bau eines einfachen Schiffes aus Alltagsmaterialien, das mit kleinen Motoren angetrieben und von einen Microcontroller gesteuert wird → Achtung:Wir recyceln und verbauen hier Plastik-geschirr, dessen Herstellung bei Erstellung der OER noch erlaubt war. Sollten diese Materialien nicht mehr zur Verfügung stehen, sind alternative Materialen möglich. Denk Dir was aus!
zurück 3
2.Materialliste2.Materialliste
1x Arduino Uno
1x Arduino Kabel
1x PC oder Laptop mit Ardublock Software (Download auf der Coding Klassenfahrt Webseite unter diesem LINK zu finden
1x Steckbrett2x Plastikschüsseln o.Ä.
2x rotierende Servos
1x Soundsensor
1x Flacher Karton (ca 15 x 25 cm)
mind. 10x Klingeldraht/Jumperkabel
1x Cuttermesser
1x Akkubank oder USB-Netzteil (Notfalls geht es auch mit einem Computermit USB-Anschluss)
mind. 1x Klebeband,evtl. schönes, buntes
20x Plastiklöffel o.Ä.
2x 1,5l PET Plastikflaschen
1x Basteldraht
1x Schere
1x Handbohrer
zurück 4
Was bauen wir?Im folgendem zeigen wir den Bau eines Schaufelradroboters, der in ruhigen Gewässern, wie einem See z.B., schwimmen kann. Er fährt immer geradeaus und kann sich auf Zuruf drehen.
Schritt 1:Such Dir einen flachen Karton, vielleicht aus dem Müll, der Dein Schiffskörper werden kann. Hier wird nun die Technik eingebaut.Zuerst werden in die Seitenwände des Kartons die Servomotoren für die beiden Schaufelräder rechts und links eingefügt. Dazu werden eckige Löcher in die Seiten geschnitten, so knapp, dass die Servo-motoren hineingedrückt werden können. Sie werden von innen festgeklebt. An den Anschlüssen der Servomotoren, werden je drei Jumperkabel angeschlossen, die später die Verbindung zum Arduino herstellen.
Schritt 3:Nun können der Arduino und das Steck-brett in den Karton geklebt werden. An den Arduino, kannst Du das USB-Kabel schon anschließen. Der Soundsensor und die beiden Servomotoren werden dann erst im nächsten Schritt anhand des Schaltplans angeschlossen.
3. Basteln & Technik: Rumpf3. Basteln & Technik: Rumpf
2A
3
Schritt 2:2A: In den Deckel wird ein Loch geschnitten, durch das drei Jumperkabel hindurch-gesteckt werden, die den Soundsensor mit dem Arduino verbinden werden. 2B: Auf der Deckeloberseite wird der Soundsensor mit diesen drei Jumperkabeln angeschlossen und angeklebt.
2B
zurück 5
Schritt 4:Nun können Arduino, Servomotoren und Soundsensor verkabelt werden. Bitte wie im folgenden Schaltplan abgebildet anschließen.
zurück 6
4. Programmieren: Rumpf4. Programmieren: RumpfIm Folgenden wird die Software schon einmal programmiert, damit die Laufrich-tung der Motoren geprüft und eventuell geändert werden kann:Du kannst jetzt auch den Soundsensor programmieren.Dazu benötigen wir einen Computer oder Laptop mit dem Programm Ardublock. Um Deinen Computer dafür vorzubereiten, ins-talliere bitte die Ardublock Software [1].
[1] http://codingklassenfahrt.de/lehrmate-rialien/ardublock_codingklassenfahrt.exe
Schritt 5Zuerst fügen wir dafür den Block Servo Default (Kapitel: CODINGKLASSENFAHRT) in das Hauptprogramm zweimal ein: einmal für den linken und einmal für den rechten Servomotor. Da sie mit Pin 2 und Pin 3 ver-bunden sind, tragen wir diese Werte bei den Pins ein. Um die Geschwindigkeit zu bestim-men, tragen wir entsprechende Werte auf den Grad Blöcken ein. Dabei muss auf die Richtung geachtet werden, sodass beide Räder in die gleiche Richtung drehen. Bei Werten über 90 dreht er in eine Richtung, bei unter 90 in die andere Richtung.
Der unterstrichene Text bezieht sich auf Blöcke die unter diesen Namen in den jeweiligen Kapiteln (links an der Seite der Ardublock Software) zu finden sind.
ACHTUNG! Unser Block Servo: Default hat einen kleinen Fehler: Neben pin# muss das orange Puzzleteil, auf dem ein D steht, ausgetauscht werden gegen einen hellroten Block mit der Zahl 2 bzw 3 darauf, ansonsten bewegt sich Dein Motor nicht.
zurück 7
Schritt 6:Du kannst eine kleine Pause mit den Blöcken einlegen während Du das Mikrofon testest. Dazu benutzen wir den seriellen Monitor. Dies ist eine Funktion in Ardublock, die man oben durch klicken auf Seriell-monitor erreicht. Dann kann der Arduino Text an den Computer senden und er kann angezeigt werden. Damit können wir die Schwelle der Lautstärke einstellen, die beim Schiff den Richtungswechsel auslöst. Zuerst holen wir den Block serial print (Kapitel:CODINGKLASSENFAHRT ) in das
Hauptprogramm. Dann brauchen wir noch den Block Analog Pin (Kapitel: CODING-KLASSENFAHRT). Diesen Block müssen wir mit dem serial print Block verbinden. Dafür holen wir ein passenden verbinde Block (Kapitel:CODINGKLASSENFAHRT) . Zu guter Letzt fügen wir noch einen warte Block (Kapitel:Steuerung) ein und stellen ihn auf 100 Millisekunden, damit nicht zu viele Nachrichten auf einmal am Computer angezeigt werden.
zurück 8
Nach dem Hochladen auf den Arduino, öffnen wir den Seriellmonitor. Dann können wir Testgeräusche machen und so heraus-finden, wie die Werte ausschlagen. Dabei müssen wir nicht nur darauf achten, welcher Mindestwert erreicht wird, sondern auch, wie laut Umgebungsgeräusche sind. Dann wählen wir einen sinnvollen Wert. In unse-rem Fall wählen wir 170, das kann aber von Sensor zu Sensor anders ausfallen.
zurück 9
Schritt 7Zu guter Letzt fügen wir dann den falls/sonst Block (Kapitel: Steuerung) ein und brauchen zusätzlich noch einen > Block (Kapitel: Tests) um den Analogwert des Soundsensors mit unserem Schwellenwert zu vergleichen. Für den Fall, dass Dein ge-wähltes Geräusch laut genug ist, fängt ein
Rad eine Sekunde lang an, in eine andere Richtung zu drehen und damit wird die Fahrtrichtung geändert. Wenn die Schwelle nicht erreicht wird, wird der sonst Teil aktiv und das Rad dreht sich ganz normal in Fahr-trichtung weiter.
Nun ist das Programm abgeschlossen und der Rest kann fertig gebaut werden.
zurück 10
Schritt 8:Du bastelst die Schaufelräder aus Ein-weglöffeln und Einwegschalen. Als erstes werden ca. 4 cm der Löffelstiele abge-schnitten. In den Einwegschalen werden in den Seiten in möglichst regelmäßigen Abständen viele kleine Schlitze gemacht, durch die die Löffel hindurchgesteckt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Löffel leicht schräg nach oben angebracht werden, damit sie später nicht am Schiffs-rumpf reiben. Das lässt sich leicht über-prüfen, indem man die Schalen auf eine Tischplatte stellt und schaut, dass die Löffel genug Abstand zum Tisch haben. Des Weiteren muss auch beachtet werden, dass in der Mitte des Schalenbodens eine Fläche mit ca. 5 cm Durchmesser frei gelas-sen wird, an der später der Servomotor verbunden wird. Nun können endlich die Löffel mit Klebeband angeklebt werden.Bei der zweiten Schale muss die Laufrich-tung geändert werden. Die Löffel müssen mit der oberen Seite in die entgegenge-setzte Richtung zeigen als bei der ersten Schale. Auf dem Foto kannst Du sehen, wie Du es mit der zweiten Schale NICHT machen sollst. Sorry, unser Fehler….
5. Basteln: Schaufelrad5. Basteln: Schaufelrad
8
zurück 11
Schritt 9:Jetzt kannst Du zwei PET Flaschen mit Klebeband verbinden, um den Schwimm-körper zusammen zu bauen. Dann wird der Schwimmkörper unter den Rumpf geklebt.
6. Basteln & Technik: Schwimmkörper6. Basteln & Technik: Schwimmkörper
9
Schritt 10:10A: Durch die Kreuze der Servomotoren ziehst Du Drähte, die dann später das Schaufelrad halten werden. Mit einem Handbohrer können in die Böden der Schau-felräder Löcher gebohrt werden, die den Drähten am Kreuz des Servomotors ent-sprechend angeordnet sein müssen. Dann werden die Schaufelräder entsprechend derSchwimmrichtung an die Motoren montiert. Dazu empfiehlt es sich, den Rumpf mit Schwimmkörper auf ein paar Bücher zu stellen, um die Schaufelräder besser mon-tieren zu können. Nachdem die Drähte durch die Löcher gesteckt wurden, werden die Enden verdrillt.
10A
10B: Dann wird noch eine Akkubank angeschlossen und in die Kiste gesteckt.Also Kisten-Klappe zu und los geht´s!
10B
zurück 12
7. Ergebnis7. Ergebnis
zurück 13
HerausgeberTechnologiestiftung Berlin 2018
Grunewaldstraße 61-62 · 10825 BerlinTelefon +49 30 209 69 99-0
DokumentationTechnologiestiftung Berlin 2018
Sara Reichert, Bastian Brabec, Marie-Luise Schade
RedaktionDieter Müller und Carolin Clausnitzer
Grafik und LayoutJohanna Marie Hoffmann
FotografienMarie-Luise Schade
8. Impressum8. ImpressumDas Projekt Coding Klassenfahrt wurde von der Technologiestiftung Berlin im Rahmen ihres wirtschaftlichen Geschäftsbetriebes in Kooperation mit der Samsung Electronics GmbH durchgeführt.
Textinhalte, Tabellen und Abbildungen dieses Werkes können genutzt und geteilt werden unter einer Creative Commons – Lizenz Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 Inter-national (CC BY-SA 4.0)Als Namensnennung ist anzugeben: Technologiestiftung Berlin, 2018.Der Sourcecode der Fritzing-Grafiksoftware ist unter einer GNU GPL v3 Lizenz veröffentlicht, die Dokumentation und die Breadboard View - Grafiken unter einer Creative Commons – Lizenz Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 International (CC BY-SA 3.0)
