Unser Roboter ist dem kleinen fanatisch-, neurotischen Putzroboter „M-O“ – die Kurzform für „Microbe Obliterator“ –
aus dem Walt-Disney Film „Wall-E – Der Letzte räumt die Erde auf“ nachempfunden.

Abbildung 1: Walt-Disney Animationsfilm „Wall-E - Der Letzte räumt die Erde auf“

Abbildung 2: Putzroboter M-O „Microbe Obliterator“

Seine Hauptaufgabe ist es, einer zuvor definierten Strecke, in Form einer schwarzen Linie auf einer möglichst ebenen Oberfläche, zu folgen und dabei mittels einer an den Armen angebrachten Rolle die besagte Oberfläche zu reinigen. Das Ziel ist es, eine möglichst originalgetreue Abbildung seines Verhaltens aus dem Film zu erschaffen. Dies wird in erster Linie durch den begrenzten Arbeitsbereich ermöglicht, da M-O im Film seine Arbeit ebenfalls nur im Bereich einer klar definierten Linie verrichten darf.

Das allein reicht jedoch nicht aus, um eine originalgetreue Abbildung von M-O darzustellen, weshalb weitere Überschneidungen von Verhalten und Aussehen zum Film benötigt werden. Um den Beginn seines Arbeitsprozesses, sowie seine Arbeitsbereitschaft anzukündigen, soll er zudem - wie im Film - seine Arme samt der Rolle bewegen können. In unserem Fall soll er die Arme zu Beginn enthusiastisch hochwerfen und anschließend wieder runternehmen, um mit seiner Aufgabe anzufangen. Um mehr Emotionen beim Arbeitsprozess zeigen zu können, soll er aber auch - im Einklang mit den Armen - seinen Kopf bewegen können. Ähnlich wie bei den Armen soll der Kopf seine Arbeitsbereitschaft zu Beginn durch einen schnellen Blick nach oben (Richtung Putzrolle) darstellen. Anschließend soll er - wenn die Arme die Rolle wieder nach unten befördert haben - gezielt nach unten schauen, um eine konzentrierte Verfolgung seiner Aufgabe ersichtlich zu machen.

Doch dieses Gefühl soll auch durch sein Aussehen sichtbar gemacht werden. So sollen die Augen des Roboters durch LED-Matrizen generiert werden, um seinen jeweiligen Gemütszustand bei der Arbeit noch präziser darzustellen und um eine weitere Ähnlichkeit zum Film zu erschaffen. Zuletzt soll er auch noch konkrete Audioausschnitte, bzw. MP3-Dateien aus dem Film, im Verlauf seiner Haupttätigkeit, abspielen können, um ihm wortwörtlich eine Stimme zu geben, die seinen Charakter und seine Emotionen gezielt hervorbringen kann.

Aus diesen Funktionen wird ersichtlich, dass das Augenmerk unseres Projekts weniger auf seiner Funktion als Putzroboter, sondern vielmehr auf den ausgestrahlten Emotionen und Verhaltensweisen liegt. Das Ziel ist es letztendlich, eine möglichst originalgetreue Abbildung von M-O, mit dem Fokus auf sein Verhalten und weniger auf seine Funktion gerichtet zu erschaffen.

Abbildung 3: Steckplatine von M-O erstellt mit dem open-source Programm Fritzing.
Da die LED-Matrizen noch nicht im Gesamtsystem integriert sind, werden sie im gegenwärtigen Schaltplan nicht aufgeführt.

Abbildung X: Pinbelegungstabelle. Ausschließliche Verwendung von Digitalpins.

Elektrotechnische Bestandteile

• zwei Breadboards/Steckplatinen
• ein Arduino Nano Mikrocontroller ATmega328P (Old Bootloader)
• drei Micro-Servomotoren SG92R mit entsprechenden Aufsätzen
• zwei bipolare Stepper-/Schrittmotoren der Baugröße Nema 11, SY28STH32-0674, 200 Schritte pro Umdrehung, 28x32mm, 3.8 Volt, 0.67 Ampere/Phase
• zwei Niederspannungs-Schrittmotor-Treiberträger DRV8834, geeignet für Nema 8 & 11 Modelle
• zwei Kondensatoren mit 100 Mikrofarad, 25 Volt
• zwei Infrarot-LED-Sensoren KY-033 TCRT 5000, fungieren als line-tracking-Sensoren
• ein Piezolautsprecher und ein Transistor zum Verstärken niedriger elektrischer Spannungen
• zwei 8×8-LED-Matrizen, spiegelverkehrt miteinander verbunden
• mehrere, möglichst farblich verschiedene Überbrückungskabel
• externe Stromversorgung der Schrittmotoren über einen 7.4 Volt LiPo-Akku
• externe Stromversorgung des Arduinos über eine 5 Volt Powerbank

Konstruktion

• zwei an den Schrittmotoren angebrachte LEGO-Räder
• ein sich frei drehendes Rollrad, um den Richtungswechsel zu ermöglichen
• eine kleine Farbrolle sowie zwei dünne Holzstifte zur Verbindung mit den Armen
• Holzbasiertes Gerüst:
• zwei ca. 12,5 cm breite quadratische Grundflächen
  • Untere Basis für die Steckplatinen/Schaltung
  • Obere Basis für die Kopfkonstruktion
• zwei ca. 14 cm hohe Holzbalken/-platten als Verbindung der unteren und oberen Basis
• zwei 23 cm lange, relativ dünne Holzstifte als M-Os Arme
• ein ca. 15 cm langer Holzstift für die Kopfkonstruktion, mittig im Gehäuse des Kopfes platziert
  • ein ca. 13 cm langer Holzstift als Gegengewicht für die LED-Matrizen, angebracht am Hinterkopf des Gehäuses
• mehrere Holzstifte und Blöcke für diverse Funktionen:
  • Servomotor-Anhöhe für die Kopfkonstruktion
  • Verbindungselement zwischen den Schrittmotoren

Das Zusammenfügen der Einzelbestandteile erfolgte mittels einer Heißklebepistole. Zur Verbesserung der Stabilität der Konstruktion, empfehlen wir Nachbau-Interessierten, den Einsatz von Schrauben und Ähnlichem. Um die Verkabelung der elektrotechnischen Bestandteile mit der Steckplatine zu ermöglichen, wurden mehrere Löcher in die obere und untere Holzbasis gebohrt.

• Gehäuse:
• mehrere DIN-A3 Blätter harte Pappe

Eine ganze Reihe an Bildern…

Audiodateien, die während des Lebenszyklus abgespielt werden:

Nicht eingebundene Audiodateien:

Abbildung 4: Schaltplan für den Anschluss eines Mikrocontrollers an einen DRV8834 Schrittmotortreiberträger. 1.)

Abbildung 5: Schaltplan des bipolaren Schrittmotors. Die Anordnung der Spulen ist beim Anschluss des Schrittmotors an den Driver zu beachten. 2.)

Video 1: Jungfernfahrt auf gerader Strecke. (Die Kurvenerkennung über die Infrarotsensoren erfolgt zwar einwandfrei, doch aufgrund der eingestellten Schrittzahl/Schritte pro Umdrehung der Räder, ist M-O nicht in der Lage, rechtzeitig die Kurve zu kriegen.) Das Abbiegen ist noch nicht geglückt.

Video 2: Testfahrt im Kreis. Weiterhin nicht in der Lage abzubiegen.

Video 3: Weitere Testfahrt im Kreis. Nach Veränderung der Schrittzahl, ist die Linienverfolgung geglückt.

• m-o_programmcode.zip
  
• m-o_rohdaten.zip
  
• encodeaudio-windows.zip
  

• Pololu - DRV8834 Low-Voltage Stepper Motor Driver Carrier ^1.)
  • https://www.pololu.com/product/2134
• Pololu - Stepper Motor: Bipolar, 200 Steps/Rev, 28×32mm, 3.8V, 0.67 A/Phase ^2.)
  • https://www.pololu.com/product/1205/
• https://www.mintgruen.tu-berlin.de/robotikWiki/doku.php?id=inventar
  • https://www.mintgruen.tu-berlin.de/robotikWiki/doku.php?id=inventar:motoren_und_antriebe
• Inbetriebnahme/Ansteuerung der LED-Matrizen (u.a. verwendete Bibliotheken): ^3.)
  • https://randomnerdtutorials.com/guide-for-8x8-dot-matrix-max7219-with-arduino-pong-game/
  • https://newbiely.com/tutorials/arduino-nano/arduino-nano-led-matrix
• Line-Following-Robot – Inspiration zur eigenen Umsetzung:
  • https://projecthub.arduino.cc/lightthedreams/line-following-robot-34b1d3
• Ansteuerung eines Nema 11 Schrittmotors mit einem 8825 Driver:
  • https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/
• Audioausgabe über einen Piezolautsprecher mit einem Arduino Nano ermöglichen:
  • https://youtu.be/XvcQ6HXSCk8 (hilfreiches YouTube-Video)
• Paper Replika - Papiermodell von M-O zum Nachbauen ^4.)
  • https://paper-replika.com/index.php/disney/m-o-paper-model