Make! Projektorientierter Informatikunterricht

Der Calliope Mini Chaos Roboter besteht grundlegend aus zwei 3D-Gedruckten Hälften welche miteinander verschraubt werden und damit eine Grundlage für alle Aktoren, Sensoren, Kabel und dem Calliope Mini bilden. Die beiden Motoren können unabhängig voneinander über die Motorsteuerung auf dem Raspberry Pi gesteuert werden. Damit Bewegungen in alle Richtungen möglich sind, gibt es auf der gegenüberliegen Seite noch das Freidrehende Rad/Kugel. Der Calliope Mini wird über die 3V Batterie Adapter mit Strom versorgt. Da die Motoren eine höhere Spannung brauchen, kann hierfür einfach eine 9V-Block Batterie benutzt werden. Weitere Sensoren können über die Grove Stecker oder über die unteren beiden Pin Reihen angeschlossen werden. Es ist natürlich auch möglich den Roboter mithilfe eines zweiten Calliopes per Bluetooth zu steuern. Alles kann einfach verschraubt werden bzw. die Stromversorgung wird eingeschoben.

• 2 x Getriebemotoren, 6V 300rpm → Mit Gelöteten Kabeln auf Male Pin Adapter
• 1 x Freidrehendes Rad Kugel
• 1 x 9V Block [Batterie oder Akku]
• 1 x 9V Block → Male Pin Adapter
• 1 x 3V (2×1,5AA) Batterie Befestiger [Liegt beim Calliope Mini bei]
• 1 x Calliope Mini mit Female Pins gelötet

Das 3D Modell besteht aus zwei hälften. Die Datei ist unter CC-0 hier veröffentlicht und kann mit jedem 3D-Drucker gedruckt werden. Es gibt dabei noch verschiedene Punkte die noch optimiert werden müssen: Kabelführung, Abstand der Motoren, Einlassungen für die Schrauben, …

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Vorausgesetzt alle Bauteile sind schon mit Kabeln gelötet, müssen als nächstes Schritt die Bauteile miteinander verschraubt werden. Am einfachsten wird dabei mit der unteren Hälfte angefangen. Hier müssen nur die beiden Motoren in die vorgesehen Öffnung geschoben werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, das diese ungefähr gleich weit eingeschoben werden. Dann muss noch das 3D Rad mithilfe von 3mm Schrauben und Abstandshaltern festgeschraubt werden. Bei der oberen Hälfte muss zuerst der Calliope Mini mit Abstandshalter auf der oberen Hälfte befestigt werden. Anschließen können die Obere und untere Hälfte mit Schrauben befestigt werden. Dann müssen nur noch die richtigen Kabel mit der Motor Steuern verbunden werden.

Wichtig! Der Positive 9V Pin darf nicht falsch angeschlossen werden, ansonsten kommt es zu einem Kurzschluss! Die Batterie bzw. der Calliope Mini können bis zur unbenutzbarkeit beschädigt werden.

VCC ist die Positive Spannung in der Elektronik GND ist Kurz für Ground oder auf Deutsch Erdnung.

Die Motoren können einfach im Makecode Editor über die Motor-Blöcke gesteuert werden. Am Anfang empfiehlt es sich ein kleines Testprogramm zu schreiben. Da es sich bei den Getriebemotoren um Gleichstrom Motoren handelt, gibt es kein vor- oder rückwärts, das hängt von der Polung ab. Konkret heißt das, wir können die beiden Kabel von einem Motor an | GND | VCC | anschließen oder an | VCC | GND |. Dabei ändert sich aber auch die Richtung in die sich die Motoren und Räder drehen. Deswegen müssen wir darauf achten das a) beide Motoren auch in dieselbe Richtung drehen und b) Motor A sich auch dreht, wo Button A auf dem Calliope Mini ist und Motor B wo sich Button B aufhält. Gerade letztes spart uns bei späteren Programmierungen viel Denkarbeit. Das Testprogramm ist am besten so Strukturiert das mit dem Drücken auf Knopf A nur der A Motor läuft. Bei B nur der B Motor und bei A+B beide Motoren. So könnte das aussehen:

Da wir die Erbauer des Roboters sind, können wir selber festlegen, wo vorne und hinten ist. Da wir aber möglichst viel Kontrolle über den Roboter haben wollen, ergibt es am meisten Sinn, vorne dazuhaben, wo die beiden Räder befestigt sind.

Link zum MakeCode Editor.

Mithilfe der Motor Steuerungsblöcke können wir eine Geschwindigkeit für einen oder beide Motoren festlegen. Für die Geschwindigkeit können wir einen Wert von 0 bis 100 auswählen. Wie schnell ein Roboter jetzt unterwegs ist, hängt dann primär von den verbauten Motoren ab. Generell gilt dabei: schneller != besser. Es gibt aufgaben und Herausforderungen die lassen sich besser damit lösen Langsamer zu fahren.

Wir haben uns nach testen und Ausprobieren für die 6V und 300rpm Motoren entschieden. Andere Konfigurationen sind auch möglich.

Wenn wir jetzt nach vorne Fahren möchten, müssen wir nichts anderes machen als die Geschwindigkeit von den Motoren A+B auf z. B. 70 zu stellen. Dadurch würde aber der Roboter noch nicht losfahren, sondern es wäre noch wichtig eine Pause einzubauen und danach die beiden Motoren wieder auszuschalten. Wenn das Programm nicht pausiert werden würde, würde der Calliope Mini die Geschwindigkeit der Motoren zuerst auf z. B. 70 setzen und dann direkt wieder auf 0. Erst mithilfe der Pause wird sich der Roboter bewegen. Wie Geradeaus Fahren funktioniert, ist damit geklärt. Aber natürlich Roboter kann der Roboter auch um einen 90° Winkel gedreht werden. Dafür wird z. B. die Geschwindigkeit von Motor A auf 70 gestellt und die von Motor B auf 0. Dann dreht sich der Roboter der Stelle. Mithilfe der Pause kann die Gradzahl der Drehung festgelegt werden. Wenn ein größerer Bogen für die Drehung akzeptabel ist oder sich der Roboter schneller drehen soll, kann es sinnvoll sein den einen Motor auf z. B. 70 zu stellen und den anderen auf einen niedrigeren Wert wir 50.

YAY du kannst jetzt deinen Roboter steuern. Doch nur leicht nach vorne und Kurven Fahren ist ein wenig Langweilig. Deswegen hier eine Liste mit größeren und Kleineren Challenges:

• Programmiere den Roboter so: das wenn du auf Kopf A gedrückt wird, der Roboter selbständig um eine Kiste fahren kann und wieder dort anhält wo der Roboter gestartet wurde. Plus Punkte gibt es für eine besonders schnelle umquehrung.
• Kannst du das ganze auch mithilfe von Funktionen machen?
• Mithilfe eines Linienerkennungssensors kannst du einen Linienverfolgungssensor bauen.
• Autonome Roboter sind cool, aber was wäre, wenn du deinen Roboter fernsteuern könntest? Mithilfe eines zweiten Calliope Minis kannst du eine Bluetooth Steuerung bauen.