Wir bauen einen Aufräumroboter, der sich auf einem Tisch oder einer anderen flachen Ebene frei bewegen soll, dabei Gegenstände erkennt und diese dann aufsammelt. Nach Erledigung seiner Arbeit soll er sich wieder zu seinem Startpunkt begeben, welcher im Idealfall eine Plattform ist, die ihn zu einem anderen Tisch fährt.

Was der Roboter können muss: Er muss Müll aufsammeln können, darf nicht aufhören bevor er fertig ist, muss dabei die Gegenständ von alleine erkennen und darf auf keinen Fall dabei vom Tisch herunterfallen.

Was der Roboter können sollte: Wichtig für den Roboter ist, dass er den Müll nicht verliert, weil sonst die ganze Arbeit wieder von vorne anfängt. Er sollte außerdem wieder zu seinem Startpunkt fahren, nachdem er fertig ist und er sollte sich nicht an zu großen Objekten die Zähne ausbeißen.

Was nett wäre: Der Roboter erkennt den Unterschied zwischen Müll und anderen Gegenständen, die auf dem Tisch liegen. Cool wäre auch noch, wenn er es schafft allen Gegenständen auf einem vollem Tisch auszuweichen und nicht nur Müll aufsammeln, weil nur Müll auf dem Tisch liegt.

Was lassen wir weg: Die Umgebung beschränkt sich auf Innenräume und Tische, weil sich draußen zu viele Hindernisse befinden.

WallE

• Tisch absuchen
• Gegenstände erkennen
• zum Müll fahren
• den Müll aufsammeln
• nicht vom Tisch fallen
• zum Startpunkt zurück fahren

Auf dem Roboter ist ein Infrarotsensor mit Abstandsmesser, der auf die Oberfläche des Tisches gerichtet ist. Er befindet sich auf einer um 360° drehbaren Plattform, welche durch einen Stepper gradweise gedreht wird, bis der Sensor ein Objekt vor sich erkennt.

Aufgaben

• die Plattform und damit der Sensor muss durch den Stepper bewegt werden
• Stepper muss stoppen, wenn ein Signal vom Sensor wargenommen wird

Material

• Infrarot-Abstandsmesser
• kleiner Stepper + Ansteuerungschip
• kleine Plattform (aus Holz)

Wissen

• Kommunikation zwischen Servo und Sensor muss sehr gut funktionieren
• da der Sensor dauerhaft auf den Tisch gerichtet ist, muss der „default-Wert“ (also der Wert, den der Sensor zurückgibt, wenn er nur auf die Tischplatte aber auf keinen Gegenstand trifft) ermittelt werden

Risiken

• Kommunikation zwischen Servo und Sensor funktioniert nicht.–> Plan B: Der Roboter fährt solange, bis er die Tischkante erreicht, dreht sich dann um seine eigene Achse um ca. 170°. Wenn man diesen Vorgang wiederholt, sollte der komplette Tisch abgesucht werden.

Der Roboter soll bei diesem Teilproblem Gegenstände erkennen. Dies wollten wir mit einem Infrarotsensor bewerkstelligen, der einen Lichtstrahl aussendet, der dann von Gegenständen reflektiert wird. Außerdem muss er den Abstand zum Gegenstand bestimmen und wir wollen den Signalbereich auf die Kanten des Tisches beschränken.

Aufgaben

• Infrarotabstandmesssignal muss permanent ausgesendet werden
• Das zurückkommende Signal muss erkannt und in eine Distanz umgerechnet werden
• Die Reichweite darf nicht über den Tisch hinauslaufen

Materialien

• Infrarotabstandsmesser
• Arduino

Wissen

• die Reichweite des Ultraschallsensors muss noch recherchiert werden.
• welche Werte gibt der Sensor bei welchem Abstand zurück

Risiken

Die Gegenstände werden nicht erkannt. Als Lösung müssten wir es mit einen anderem Sensor (z.B. einen Utraschallabstandsmesser) versuchen.

Nachdem der Roboter einen Gegenstand erkannt hat, soll er auf direktem Weg zu diesem fahren und in einem bestimmten Abstand vor ihm halten (damit er ihn aufsammeln kann)

Aufgaben

• falls der Gegenstand nicht genau geradeaus vor dem Roboter befindet, muss er sich um den Winkel drehen, in dem der Gegenstand sich zu ihm befindet
• den Infrarotabstandsmesser auf dem Gegenstand gerichtet lassen
• auf den Gegenstand zufahren bis ein gewisser Abstand erreicht ist (also bis der Sensor einen bestimmten Wert zurückgibt) und dort anhalten

Materialien

• Roboterkörper mit Rädern
• Stepper zum genauen Ansteuern der Räder
• Infrarotsensor auf der drehbaren Plattform

Wissen

• in welchem Abstand muss der Roboter halten, damit er den Müll gut aufsammeln kann?
• wie fährt er genau zu einem vorher gefunden Punkt?

Risiken

Wenn die Berechnungen nicht genau genug sind, könnte WallE an den Gegenständen vorbeifahren bzw. zu früh halten oder gegen sie fahren. Falls es zu schwer ist, den Infrarotsensor während des Fahrens auf den Gegenstand gerichtet zu lassen, müsste die Berechnung, bis wohin genau WallE fahren soll, schon an früherer Stelle stattfinden.

Nachdem der Roboter am Gegenstand angekommen ist, geht es nun darum, den Müll aufzusammeln und diesen bei sich zu behalten. Dieses Problem wollen wir mit einer Schaufel in Angriff nehmen und einem Korb in dem der Müll aufbewahrt wird. Die Schaufel sollte beim Fahren in der Luft sein zum Aufsammeln abgelassen werden können.

Aufgaben

• Die Schaufel muss über den Boden transportiert werden
• Die Schaufel wird am Zielstandort abgelassen
• Der Müll wird mit der Schaufel aufgenommen
• Der Müll muss in den Korb gelegt werden

Materialien

• Schaufel und Korb
  • Blech
  • Draht
  • Holz
• Kleiner Motor

Wissen

Es müsste noch recherchiert werden, wie wir die Schaufel bewegt kriegen. Das genaue Schaufel-Design steht ebenfalls noch nicht fest. Eine Überlegung wären Schaufel, wie sie Schaufelbagger haben, und ein kleiner Handfeger, der den Müll auf die Schaufel schiebt.

Risiken

Aufgrund eines Konstruktionsfehlers kann die Schaufel nicht bewegt werden oder den Müll nicht aufsammeln. Es kann aber auch sein, dass der Roboter den Korb nicht trifft. Die Konsequenzen wären, die Konstruktion zu ändern oder eventuell eine Plattform zu bauen, auf die einfach nur alles herauf geschoben wird.

Während seiner Aufräumarbeit auf Tischen oder anderen erhöhten Objekten darf WallE natürlich nicht über den Rand dieser hinausfahren und damit herunterfallen, da er sonst vermutlich Schaden nehmen würde und seine Aufgabe von unten auch nicht weiter ausführen kann. Wenn er dem Rand zu nahe kommt, soll er von Sensoren (Mauslaser), die auf permanent auf die Tischplatte gerichtet sind und etwas von seinem Hauptkörper abstehen, gewarnt werden.

Aufgaben

• erkennen, wann er dem Rand zu nahe kommt
• umdrehen und in einer anderen Richtung weiterfahren (bzw. den nächsten Gegenstand zum Aufräumen suchen und auf diesen zufahren)
• Mauslaser an geeigneten Stellen am Körper des Roboters anbringen

Materialien

• Laser optischer Computermäuse

Wissen

• wie binden wir die Laser ein und werten sie aus?
• wo und wie genau bringen wir sie am Roboter an?
• wie soll der Roboter genau reagieren ? (sich um 180° drehen und wegfahren / nächsten Gegenstand suchen / …)

Risiken

Falls die Kommunikation zwischen den Lasern und den Steppern nicht schnell genug ist, hällt der Roboter nicht schnell genug und könnte vom Tisch herunterfallen

Der Roboter soll erkennen, wann der Tisch „aufgeräumt“ ist und dann zu seiner Startposition zurückkehren, indem er ein Infrarotsignal, welches von der Station ausgesendet wird, erkennt.

Aufgaben

• erkennen, wann alle aufräumbare Objekte gesammelt wurden
• zur Startposition zurückkehren

Materialien

• Infrarot Empfänger

Wissen

Wann ist der Tisch „aufgeräumt“(wann ist der Roboter fertig) ?

Risiken

Infrarotsender und Empfänger kommunizieren nicht wie geplant.–>Plan B: Eine Funktion erstellen die sich den gefahrenen Weg merkt, sodass der Roboter genau diesen zurückfährt.