Projektlabor Robotik MINTgrün

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===== Projektplanung =====

=== Limbo-Roboter ===

grober Plan: unsichtbare Limbo Stange (Höhe eingestellt durch Schreien) mit Infrarotlichtschranke - bei Scheitern kleine Bestrafung (z.B. Wasser ins Gesicht spritzen)

Unser Limbo-Roboter bringt das klassische Partyspiel aufs nächste Level: Es gibt keine Limbostange, stattdessen eine Infrarot-Lichtschranke und einen Sensor, der merkt, falls die Lichtschranke unterbrochen wird. Das Ganze wird unterstützt durch zwei Schienen, auf denen eine Achse liegt, durch die die beiden Infrarot-Module hoch und runter gefahren werden. Am Anfang schreit man dazu in einen vorgesehenen Sensor, je höher die Dezibelzahl, desto höher die "Limbostange". Falls man die Lichtschranke durchbricht, wird man einer Bestrafung unterzogen, beispielsweise einem Sprühstoß aus einer Wasser-Sprühflasche. 8-O

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** Ideen: ** 
  * Höhe Steuerung der Stative mit Lautstärke Sensor 
  * einmaliges Schreien um Höhe festzulegen
  * wenn möglich Wellenlänge der Schranke ändern in sichtbaren Bereich (verschiedene Schwierigkeiten)

__Bestrafungen:__

  * Nerf-Pfeil 
  * nervige Melodie/Ton
  * Beleidigungen
  * Papierkügelchen abschießen 
  * Voraussetzung zum Weitermachen - erst mit anderen Robotern interagieren
  * Aufgabe lösen (Mathe im Advent)
  * zufällig welche Bestrafungen, je nach Anzahl des Scheiterns mehr Bestrafungen
  * 
__2 verschiedene Modi:__

  * am Ende stell dich dort hin - Trommelwirbel, Spannung ob geschafft
  * direkt bei Scheitern die Bestrafung ausgelöst

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** Das brauchen wir: **
  * (2 Stative)
  * Sprühflasche
  * Motor für Sprühflasche
  * irgendwas zum Sprühflasche betätigen - Hebel
  * Lichtschranke (Infrarot-Sensor und -Empfänger)
  * Neigungssensor, um sicherzustellen, dass es gerade ist
  * Motor für Stative zum hoch- und runterfahren
  * An/Aus Knopf
  * Joystick zum manuellen Verstellen der Höhe
  * Lautstärkesensor
  * Lautsprecher
  * Schalter (an, aus)
  * Seilzug, Motor, Seil, Metallschienen - Baumarkt


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=== Was der Roboter können muss ===

  * funktionierende **waagerechte** Lichtschranke
  * Einstellen der Höhe durch drehen eines Motors 
  * Bestrafung mit Wasserflasche
  * An/Aus Knopf

=== Was der Roboter können soll ===

  * verschiedene Bestrafungen
  * Verstellen der Höhe mit Joystick
  * Verstellen der Höhe mit Lautstärkesensor
  * LED leuchtet wenn Lichtschranke nicht funktioniert

=== Nice to have ===

  * gesamter Roboter verschiebbar, vielleicht sogar fahrend
  * schöne Verzierung, Gehäuse
  * verschiedene Modi
  * Lautsprecher als Bestrafung/Belohnung (nerviger Ton/Melodie)
  * 


=== Aufgabenbereiche des Roboters: ===
  * Einstellen der Höhe der Lichtschranke
  * Erkennung einer Unterbrechung der Lichtschranke
  * Bestrafung --> entweder mit oder ohne Verzögerung

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===== Aufgabenpakete und Teilaufgaben ======


**Weiteres (in Bearbeitung)**

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==== Aufgabenbereich Lichtschranke ====

Dieser Aufgabenbereich umfasst Teilaufgaben, um die Lichtschranke, die als unsichtbare Limbo-Stange dient, zum Funktionieren zu bekommen. Um dies zu garantieren, muss zunächst ein Infrarotsender und -empfänger installiert werden. Diese werden auf Plattformen befestigt, die als Fahrstühle dienen. Hier findet sich auch die Überschneidung mit dem Aufgabenpaket Fahrstuhl. Wir müssen sichergehen, dass diese rutsch- und wackelfest angebracht werden, weil die Sensoren sehr empfindlich sind. Wir werden außerdem noch eine LED anbringen, die aufleuchtet, wenn die Lichtschranke kein Signal empfängt und somit entweder durchbrochen wurde oder aber falsch konfiguriert. Dies dient als Fehlererkennung falls z.B. der Empfänger nicht auf der gleichen Höhe mit dem Sender ist. Programmieren muss man in diesem Schritt vor allem den Sensor sowie die LED. Sobald der Abstand einen festgelegten Wert unterschreitet, ist die Schranke durchbrochen und die Aufgabe ist nicht geschafft, wodurch die Bestrafung eingeleitet wird.
Dieser Aufgabenbereich ist fertig, wenn die Lichtschranke funktionierend am Gerüst angebracht ist. Ob sie funktioniert, sehen wir voraussichtlich an der LED.
Alternativ können wir auch einen Ultraschall- oder Infrarotabstandmesser nutzen, dann ist nur ein Fahrstuhl nötig, da Sender und Empfänger auf der gleichen Seite sind. 

=== Überschneidungen: ===

  * Sender und Empfänger auf Fahrstuhl befestigen
  * LED an Gehäuse befestigen

=== Materialliste: ===

  * LED
  * zum Befestigen Klebeband/Schrauben mal gucken was funktioniert
  * Ultraschallsensor zum Abstandsmessen so wie dieser: https://www.christians-shop.de/Ultraschall-Abstandssensor-HC-SR04-Entfernungsmesser-Ultrasonic-fuer-Arduino 

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==== Aufgabenreich Bestrafung ====

Die verschiedenen Bestrafungen haben unterschiedliche Prioritäten. Die höchste Priorität hat die Sprühflasche. Für diese braucht es eine Befestigung am Gerüst und einen Motor, der die Sprühflasche betätigt. Das würden wir mithilfe einer Schlaufe machen, die an einen Servo-Motor angebracht ist. Dies ist aber noch nicht final entschieden. Die nächste Bestrafung ist ein Lautsprecher, der eine nervige Melodie oder einen Ton abspielt. Außerdem noch denkbar ist eine Art Papierkügelchen-Kanone. Diese würden wir aus leeren Klopapierrollen bauen. Mithilfe eines Motors, der ein Stoß-Ding vor und zurück bewegt. Die Papierkügelchen müssten natürlich der Nachhaltigkeit wegen wieder eingesammelt werden. Der Code stellt eine Überschneidung mit der Lichtschranke, da die Bestrafung anfangen muss, sobald die Lichtschranke durchbrochen wurde.
Dieser Aufgabenbereich ist im ersten Schritt fertig wenn die Betätigung der Sprühflasche automatisch funktioniert. 

=== Überschneidungen: ===

  * Anbringung an Gehäuse
  * Code mit Lichtschranke

=== Materialien: ===

  * Sprühflasche
  * Servo Motor
  * Papierkügelchen
  * leere Klopapierrollen
  * Lautsprecher

**Gerüst**

--> __Sockel evtl. mit Rädern, Schienen, Achse__

Das unterste Bauteil des Gerüsts stellt ein Sockel aus Holz dar (der evtl. auf Rädern fährt), auf dem das Stativ steht. Der Sockel sollte das gesamte Gerüst stabil halten, ohne dass es zu sehr ausschwenkt. Durch die Räder kann das ganze an die richtige Stelle gefahren werden. Die Stative, bzw. Schienen müssen in einem Loch oder mehreren schlitzen im Sockel so befestigt werden, dass sie nicht wackeln. Denn die Lichtschranke ist sehr empfindlich, deshalb darf es keinen zu großen Spielraum bei den Schnittstellen zwischen den verschiedenen Bauteilen des Gerüstes geben. Die Stative müssen hoch genug sein, dass eine „einfache“ Limbo-Einstellung möglich ist. Die Achse wird oben auf den Schienen befestigt mithilfe eines Übergangteiles (z.B. aus Holz), in das eine Kerbe gefräst ist, in der die Achse liegt. Eventuell muss die Achse auch noch weiter befestigt werden, z.B. durch ein Art Gurt, damit sie nicht verrutscht. Das ist wichtig, damit der Fahrstuhl auf beiden Seiten gleich hochfährt. Die Achse sollte breit genug sein, damit eine Person locker durchlaufen kann. Alternativ benutzt man einen Infrarot-sensor, der Entfernungen misst, dann wäre keine Achse nötig.

**Fahrstuhl**

--> __Seile, 3D Modellierung, gedruckte Fahrstühle__

Die beiden Fahrstühle bestehen aus einem Gehäuse, den infrarot-Modulen in dem Gehäuse und einer Schnur. Das eine Ende der Schnur wird um die Achse gewickelt, damit, wenn sich die Achse dreht, die Fahrstühle gleichzeitig hoch- und runterfahren. Das andere Ende der Schnur wird an der Oberseite von dem Gehäuse des Fahrstuhls befestigt. Dieses Gehäuse wird 3D gedruckt, sodass dort perfekt die Infrarot-Sensoren reinpassen. Das Gehäuse muss nach außen hin zudem perfekt in die Schienen passen, da es nicht rumwackeln darf. Mit der Alternative fielen die Achse und das Seil weg und man bräuchte nur einen Fahrstuhl. 

**Verstellen der Höhe**

--> __Motor an Achse, Code, Lautstärkesensor, Reset Knopf__

Zum Verstellen der Höhe der Limbostange wird der Fahrstuhl mit Seilen an einer Achse befestigt. Diese Achse verbinden wir mit einem Motor, der an den Schienen befestigt wird, um die Achse zu drehen und den Fahrstuhl, also die Lichtschranke, auf unterschiedliche Höhen zu bringen. Durch Code muss der Motor präzise an und ausgeschaltet werden können, um die gewünschte Höhe zu erreichen. Welche Höhe zu erreichen ist, wird durch einen angeschlossenen Lautstärkesensor geregelt. Also muss erst der Lautstärkesensor ein Signal empfangen. Dieses wird in eine Höhe umgerechnet und anschließend wird der Motor die richtige Zeitspanne angeschaltet, um den Fahrstuhl die gewünschte Höhe runterzufahren.  Zu diesem Aufgabenpakt gehört auch ein eingebauter Reset-Knopf. Beim Betätigen beginnt wieder die Messung mit dem Lautstärkesensor. Diese Bauteile müssen möglichst sauber an den Schienen befestigt werden.

**Gehäuse/Anbringen des Arduino/Verkabelung**

--> __stabiles Gehäuse an Schiene, schöne Verkabelung__

Um den Arduino, die Stromversorgung und alle Kabel zu Motoren, Sensoren, und Knöpfen sicher und schön an unseren Roboter zu befestigen, bringen wir ein Gehäuse an eine Schiene an. Dieses würden wir entweder 3D-Drucken oder mit anderen Materialien selber Bauen. Das Gehäuse wird möglichst kompakt gebaut. Die Kabel und Bauteile können durch verschiedene Methoden in dem Gehäuse befestigt werden. Die Kabel, die aus dem Gehäuse heraus zu anderen Bauteilen führen, werden an der Schiene festgeklebt bzw. festgebunden.
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