Projektlabor Robotik MINTgrün

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====== Projektdokumentation ======
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{{ :projektesose24:rosie:rosie_1.jpg?nolink&200 |}} <caption>Rosie</caption>
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===== Einleitung =====

Wir finden Gummibärchen gut. Leider ist es aber nicht immer leicht an welche zu kommen. Deswegen wollten wir einen Roboter bauen, der uns diese direkt zu uns bringt. \\
Aufgrund der vielen Stufen, Dellen oder den ganzen Löchern in (den Böden) der TU wollten wir gerne, dass der Roboter Fliegt um diese Probleme gänzlich zu umgehen. Am Ende ist Rosie genau das: Ein fliegendes Monsterchen, welches kleine Beutel bevorzugt mit Gummibärchen darin abwerfen kann. Wahlweise können auch andere Snacks genommen werden. \\
Das Projekt haben wir dann in zwei große Abschnitte unterteilt: das Trägersystem und den Abwurfmechanismus mit der Steuerung.
Gerade bei dem Trägersystem haben wir gelegentlich in die Projektdokumentation des [[projektewise21:fliegenderroboter:doku|Zeppelin]] geschaut, da das Projekt anfänglich sehr ähnlich war und wir entsprechend ähnliche Probleme hatten. 
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===== Projektumsetzung =====
Jedes gute Projekt fängt mit einer guten Projektplanung an. Unsere Befindet sich auf einer gesonderten Seite [[projektesose24:rosie:projektplanung|"Projektplanung"]]
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==== Bau und Entwicklungsphase ====

Am Ende haben sich 2 große Abschnitte ergeben. Das Fluggerät an sich und der Abwurfmechanismus mit der Steuerung des gesamten Roboters. \\
Die Aufgaben waren einen bereits existierenden Flugroboter wieder flugfähig zu machen, eine Funkverbindung zwischen zwei Arduinos aufbauen, und einen Abwurfmechanismus inklusive Steuerung und Akku so leicht wie möglich zu bauen. Dabei haben wir uns wie schon in der Projektplanung erläutert erstmal auf die wesentlichen Aufgaben konzentriert, damit in der seht kurzen Zeit ein funktionierender Roboter entsteht und alles andere bewusst nach hinten gelegt. \\
Den fertigen Roboter könnt ihr auf dem Bild unten sehen.

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{{ :projektesose24:rosie:rosie_beschiftet.jpg?300 |}} <caption>Aufbau</caption>
</figure>

**1.	Das Fluggerät**

Bei dem Fluggerät haben wir auf ein bestehendes System namens „Flying Shark“ zurückgegriffen und konnten uns damit sehr viel Zeit sparen, die sonst an anderer Stelle gefehlt hätte. Eine der ersten Aufgaben war es dann den Hai nach dem Transport wieder flugfähig zu machen und herauszufinden, wie die Steuerung aufgebaut ist und vor allem wie viel Gewicht eigentlich getragen werden kann.\\
Damit der Hai fliegen konnte haben wir das Helium wieder aufgefüllt und mussten die Steuerung wieder anbringen. An der Stelle war die Herausforderung, dass der Hai nur aus einer sehr dünnen Folie bestand und wir uns nicht sicher waren, welchen Kleber wir nehmen können ohne die Folie anzugreifen. Wir hatten verschiedene Optionen ausprobiert. Sekundenkleber konnten wir nicht fest genug andrücken um eine sichere Verbindung herzustellen. Letztendlich hat eine Kombination aus Duct-Tape und mehreren Schnüren, die wir zusätzlich um den Bauch des Hais gewickelt hatten recht zuverlässig gehalten.\\
Von Anfang an haben wir das Gewicht bzw. die Auftriebskraft von dem Roboter im Auge behalten es hat sich schon abgezeichnet, dass wir wahrscheinlich zusätzlichen Auftrieb brauchen werden. Gemessen haben wir alles mit einer einfachen Waage.

**2.	Die Steuerung mit Abwurfmechanismus**


Die Steuerung haben wir auf einer Grundplatte unter dem Hai angebracht. Darauf befand sich einer von insgesamt zwei Arduino Nano und eine Wireless Antenne, sowie der leichteste Akku, den wir im Robotiklabor finden konnten. Zusätzlich haben wir den Abwurfmechanismus mit auf die Platte gebaut, hauptsächlich um Gewicht zu sparen.\\

Insgesamt bestand diese Baugruppe dann aus mehreren kombinierten Abschnitten, die wir wie folgt unterteilt haben: \\

> **1. Der Abwurfmechanismus**
Der Abwurfmechanismus war ein relativ einfaches Konstrukt, bei dem wir einen Servo-Motor mit einem Draht verbunden haben und so den Abwurf gut steuern konnten. Auf dem Bild unten ist dieser Mechanismus genauer dargestellt. Entgegen gängigen Darstellungen zeigt die Gravitationskraft auf dem Bild nach Oben. 

<figure>
{{ :projektesose24:rosie:skizze_abwurfmechanismus.png |}} <caption>Skizze Abwurfsmechanismus</caption>
</figure>

Über einen zweiten Arduino, den wir am Boden auch mit einer Wireless Antenne und einem Schalter ausgestattet haben könnten wir dann ein Signal an den Arduino unter dem Hai schicken und basierend darauf einen Abwurf auslösen. \\
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> **2.	Der Arduino mit Akku**
Der Akku war bei uns eine einfache Powerbank. Das hatte den Vorteil, dass diese vergleichsweise leicht war und wir keine zusätzlichen Bauteile benötigten um den Strom nutzen zu können. Eine Powerbank schaltet sich aber auch ab, wenn zu wenig Strom abgenommen wird. Das wäre bei uns der Fall, sodass wir noch zusätzlich eine LED verbaut haben, die konstant leuchtet.}} Damit ist unsere Powerbank nicht mehr in den Standby Modus gewechselt, es kann aber gut sein, dass das abhängig von dem konkreten Modell ist. Den Arduino haben wir mit einfachen Faden an der Grundplatte festgebunden und die Drähte zu den anderen elektronischen Bauteilen festgelötet. \\
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>**3. Der Wireless Empfänger**
Der Wireless Empfänger hat Hardwareseitig nicht viel Arbeit in Anspruch genommen, da die Dokumentation im Internet ganz gut ist. Am Ende dieser Seite ist der Link zum [[https://www.circuitbasics.com/wireless-communication-between-two-arduinos/|Tutorial zur Kommunikation zwischen zwei Arduinos]] auch nochmal verlinkt. Die Schwierigkeit hier war, dass der Code auf den beiden Arduinos korrekt funktioniert. Unsere Lösung dazu ist auch am Ende dieser Seite zu finden. Beim finden dieser Lösung war viel Trial and Error involviert. Das Problem, was in der Planung angesprochen ist, dass der Wireless Chip auf 3.3V läuft gibt es in der Form nicht, da es auf dem Nano einen 3.3V Pin gibt.
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{{ :projektesose24:rosie:reciever_schaltplan.png |}} <caption>Reciever Schaltplan</caption>
{{ :projektesose24:rosie:transmitter_schaltplan.png |}} <caption> Transmitter Schaltplan</caption>
</figure>

^Pinbelegung am Arduino Nano (Transmitter)                           ^^
|**<color #22b14c>D11</color>**|MOSI - NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D12</color>**| MISO - NRF24L01 digital transceiver|       
|**<color #22b14c>D13</color>**| SCK - NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D8</color>**| CSN -  NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D9</color>**|CE -  NRF24L01 digital transceiver |
|**<color #22b14c>GND</color>**|VSS - NRF24L01 digital transceiver |
|**<color #22b14c>3V3</color>**|VDD - NRF24L01 digital transceiver / Schalter|
|**<color #ffc90e>D2</color>**|Schalter   |
^Pinbelegung am Arduino NANO (Reciever)^^
|**<color #22b14c>D11</color>**|MOSI - NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D12</color>**| MISO - NRF24L01 digital transceiver|       
|**<color #22b14c>D13</color>**| SCK - NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D8</color>**| CSN -  NRF24L01 digital transceiver|
|**<color #22b14c>D9</color>**|CE -  NRF24L01 digital transceiver |
|**<color #22b14c>GND</color>**|VSS - NRF24L01 digital transceiver |
|**<color #22b14c>3V3</color>**|VDD - NRF24L01 digital transceiver |
|**<color #fff200>D2</color>**| LED|
|**<color #ed1c24>D3</color>**| SERVO Motor|
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> **4.	Gummibärchen!**
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In diesem recht kleinen Schritt haben wir uns überlegt, wie wir die Gummibärchen an dem Abwurfmechanismus befestigen. Da eine ganze Packung wesentlich zu schwer gewesen wäre haben wir kleine Beutel mit 2-3 Gummibärchen pro Stück vorbereitet, die einfach im Abwurfmechanismus eingegangen werden können
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==== Materialliste ====
^Transmitter ^
|Arduino NANO|
|NRF24L01 wireless connection chip|
|mehrere Überbrückungskabel|
|Schalter|
^Reciever^
|Arduino NANO|
|Servo Motor|
|NRF24L01 wireless connection chip|
|LED|
|Stromversorgung durch Powerbank|
|mehrere Überbrückungskabel|
|220 Ohm Wiederstand|
|Kondensator 100 uF|
^Konstruktion^
|Holzbrett|
|Holzbarriere|
|[[https://www.amazon.com/Air-Swimmer-Inflatable-Flying-Shark/dp/B00658LN3E?th=1 |Flying shark]]|
|4 Luftballons (um zusätzliches Gewicht auszugleichen)|
|zahlreiche Fäden um die Konstruktionen miteinander festzubinden|
|Notleine um Fluchtversuche von Rosie zu vermeiden|
|Helium|
|Kleber|
|Beutel um die Powerbank am 'Flying shark' zu befestigen|
^Cargo^
|Beutel|
|Katjes Gummibärchen|
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===== Ergebnis =====

Am Ende kann der Roboter fast alles, was er in der Grundform leisten sollte.\\
Wir haben eine funktionierende Funkverbindung, über die wir den wir den Abwurf von Gummibärchen auslösen können. Das Ganze hängt an einem flugfähigen Hai. Wir haben es (noch) nicht geschafft, mehrere Gummibärchen hintereinander abzuwerfen oder die Steuerung auf den Arduino zu übertragen. Die läuft aktuell noch über die Fernbedienung vom Hai selber.\\
An dieser Stelle gibt es auch das größte Verbesserungspotential. Wir haben während der gesamten Entwicklungs- und Bauphase versucht das Gewicht so gering wie möglich zu halten. Am Ende haben wir aber die Limitationen des „Flying Shark“ deutlich überschritten und die Motoren sind nicht mehr stark genug um eine effektive Steuerung zu ermöglichen. Andere Erweiterungsmöglichkeiten sind weiterhin die Nice to Have Punkte in der Projektplanung. \\
In Zahlen messbar ist das Ergebnis nicht, aber wir haben bei der Vorstellung im Wissenschaftsfenster erfolgreich Gummibärchen abwerfen können – Wenn Rosie auch an der Leine geführt wurde. \\

===== Programmcode =====
   *  {{:projektesose24:rosie:robotik24-main.zip|}}

===== Quellenverzeichnis =====
  * [[https://www.circuitbasics.com/wireless-communication-between-two-arduinos/|Kommunikation zwischen zwei Arduinos]] 
  * [[projektewise21:fliegenderroboter:doku|Zeppelin]]
  * [[https://www.amazon.com/Air-Swimmer-Inflatable-Flying-Shark/dp/B00658LN3E?th=1 |Flying shark]]
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