FKG OpenBook. AS117 und AS107

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1 Bauanleitung für AATIS-Roboter AS117 und AS107 Technik und Informatik am FKG werden unterstützt durch die Stiftung NiedersachsenMetall.

2 Bauanleitung AATIS-Roboter 2 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines zu den AATIS-Robotern Welche Roboter gibt es? Warum AATIS? Welche Roboter werden gebaut? Wer kann die Roboter bauen? Was benötigt man zum Bau der Roboter? Fahrgestell Das Material Die Räder Die Achsen Die Motoren Zahnräder Das Fahrgestell Kabelgesteuerter Roboter Material Aufbau Ausblick Folge dem Licht - der AS Material Aufbau Justierung Fehlersuche Der AS Die Teile Aufbau Die Sensoren Test und Programmierung Anhang Bauplan AS Bauplan AS

3 Bauanleitung AATIS-Roboter 3 Übersicht Diese Schrift beschreibt den Aufbau von AATIS 1 -Robotern. Die über den Verein erhältlichen Roboter sind einfach, robust und preiswert. Da auch die Mechanik ordentlich ist, ist der Frustrationsgrad gering. Diese Roboter eignen sich für den systematischen Einstieg in die Materie. Dies ist die Variante vom 15. Mai Andreas Flemming, Felix-Klein-Gymnasium Göttingen, Andreas-Flemming@web.de 1 Arbeitsgemeinschaft zur Förderung von Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule,

4 Bauanleitung AATIS-Roboter 4 1 Allgemeines zu den AATIS-Robotern 1.1 Welche Roboter gibt es? AATIS liefert verschiedene Bausätze. Man kann einen Mechaniksatz, also ein Fahrgestell, einzeln erwerben und damit schon kabelgesteuerte Roboter bauen. Der AS117 ist eine Steuerplatine für dieses Fahrgestell und erlaubt es dem Roboter, eine Lichtquelle zu verfolgen. Schließlich kann man mit dem AS107 einen frei programmierbaren Roboter bauen. Aber AATIS bietet noch weitere Roboter, so z.b. eine CLPD- und eine il-troll- Variante. 1.2 Warum AATIS? Um einen Schüler mit wenig oder gar keiner Löterfahrung an die Materie heranzuführen, ist eine systematische Steigerung des Schwierigkeitsgrades sinnvoll. Da AATIS Fahrgestell und Steuerungen getrennt liefert und alles zueinander passt, kann man die Elektronik je nach Erfahrung und Schwierigkeitsgrad austauschen. Außerdem sind die AATIS-Roboter einfach zu löten und funktionieren meist auf Anhieb. 1.3 Welche Roboter werden gebaut? Nach einer kabelgesteuerten Variante folgt der AS117 und danach der AS107. Diese Vorgehensweise hat sich bewährt. 1.4 Wer kann die Roboter bauen? Geduldige und technisch begabte Menschen. Etwas Löterfahrung ist aber von Vorteil, deshalb empfiehlt es sich, vorher kleine Lötübungen (Spannungsteiler mit LED, Weihnachtsbaum von AATIS etc.) durchzuführen. Man muss aber kein Lötexperte mit mehrjähriger Erfahrung sein! 1.5 Was benötigt man zum Bau der Roboter? Zum ersten braucht man eine Lötausrüstung, also Lötkolben (20W), Lötzinn, Entlötlitze oder eine Entlötpumpe, eine Zange (Flachzange, Kombizange), kleine Schraubenzieher, Hammer, Leim und etwas Litze und Basteldraht. Auch ein Flussmittel (Lötfett etc.) ist nicht zu verachten. Nicht alle Teile sind in den Bausätzen enthalten. Was zusätzlich benötigt wird, wird angegeben. Das ist aber nicht viel.

5 Bauanleitung AATIS-Roboter 5 2 Fahrgestell 2.1 Das Material Folgende Teile müssten vorhanden sein: 2.2 Die Räder Die Räder werden als Holzscheiben geliefert, an welche noch Zahnräder geklebt werden müssen. Dazu muss das innere kleine Zahnrad ins Holz gedrückt werden. Es kann sein, dass das Loch im Holzrad noch nicht groß genug ist. Man kann es mit einem 5mm-Bohrer vergrößern. Dazu sollte man aber nicht ganz durchbohren. Ist das Loch groß genug, so kann man die Räder mit Kleber bestreichen und ins Holz drücken. Es empfiehlt sich, die Achsen mit durchzustecken, damit, falls man etwas zu schief gebohrt hat, das Rad dann nicht eiert. Danach kann man die Achsen wieder herausziehen. Zum Schluss werden noch die Gummi-Ringe aufgezogen.

6 Bauanleitung AATIS-Roboter Die Achsen Die Achsen werden vorsichtig mit einem Hammer in die Plastikteile geschlagen. Die lange Achse kommt dabei in die Mitte. Am besten ist es, wenn man sich beide Plastikteile passend hinlegt, bevor man die Achsen reinschlägt, damit man danach nicht zwei linke bzw. zwei rechte Hälften hat. 2.4 Die Motoren Nun müssen die Motoren an die Innenseite geschraubt werden. Allerdings müssen an die Motoren noch die Kabel. Später wird das kompliziert. Deshalb sollte man die Kabel schon jetzt anlöten. Achtung! Es gibt zwei Arten von den Steckkabeln (korrekt: Platinensteckverbinder), weiße und braune. Beide passen nur zueinander, nicht aber auf die Stecker der jeweils anderen Sorte. Die AATIS-Bausätze verwenden beide Sorten. Man sollte, wenn schon ein Bausatz vorhanden ist, die Kabel aus diesem nehmen bzw. passende besorgen. Es empfiehlt sich, beide Enden vorher zu verzinnen und dann mit dem Lötkolben aufeinander zu pressen. Zum Abisolieren eignen sich nicht nur die Zähne, es gibt auch passende Zangen. Dann lötet man die Kabel passend (rot an rot, schwarz an schwarz) an die Motoren. Die Kabel selbst sollte man nicht zu weit kürzen, es ist besser, sie später mit Kabelbindern am Batterieblock festzubinden. Nach dem Löten werden die Lötstellen mit etwas Isolierband verbunden, sonst gibt es Kurzschlüsse. Wenn die Kabel angelötet sind, werden die Motoren von innen nach außen gesteckt und mit den kleinen Senkkopfschrauben befestigt.

7 Bauanleitung AATIS-Roboter Zahnräder Nun werden die Räder und Zahnräder aufgesteckt. Zuerst werden die kleinen Zahnräder auf die Motoren gesteckt, es folgen die weißen Unterlegscheiben auf die mittlere Achse, darauf ein Zahnrad und ein weiteres Zahnrad auf die kleine äußere Achse. Danach folgt wieder auf die mittlere Achse das Holzrad, welches von außen mit einem Klemmring befestigt wird (diesen kann man mit einer Zange oder Schere auf die Achse schieben). Der Klemmring sollte aber nicht zu sehr angepresst werden, denn danach sollte sich das Rad noch bewegen lassen.

8 Bauanleitung AATIS-Roboter Das Fahrgestell Jetzt werden die Motorteile mit den Zylinderkopfschrauben an die Platine angeschraubt. Zum Schluss wird, als Stützrad sozusagen, die große Schraube befestigt und auf diese die Hutmutter aufgesetzt.

9 Bauanleitung AATIS-Roboter 9 3 Kabelgesteuerter Roboter 3.1 Material Zum einen benötigt man Teile, die für die anderen Roboter wieder verwendet werden können. Dazu gehört der Batterieblock für 6 AA-Zellen, ein Kabelbinder zum Befestigen, Schrauben, Muttern und Distanzhülsen, etwas Schaumstoff oder Plaste zur Isolierung der Leiterplatte etc. Zusätzlich benötigt man für diesen Roboter zwei Leiterplatten, Litze und zwei Taster. Weiterhin sind zum Anschluss der Motoren und der Batterie auflötbare Stecker für die Verbindung notwendig. Hierbei darf man nicht die aus den Bausätzen nehmen, da diese auf die entsprechenden Platinen gelötet werden müssen. Die Hauptplatine hat eine Größe von 6cm x 6cm und bekommt an jeder Ecke, jeweils im Abstand von 5,5cm eine 3mm- Bohrung (so dass diese dann 2,5mm vom Rand entfernt sind). Diese Löcher müssten sich genau über denen des Fahrgestells befinden, so dass man die Platine dort anschrauben kann. Die Grundschaltung ist recht einfach, sollen die Taster doch lediglich die Motoren einschalten soll. Dabei fährt der Roboter auch vorerst nur vorwärts. Die Stecker für die Motoren kommen an die Seite, der für den Batterieblock etwas

10 Bauanleitung AATIS-Roboter 10 dahinter. Man beachte hierbei, dass die Platinen für die nachfolgenden Projekte genau so groß sind und genau so mit den Motoren und der Batterie verbunden werden. Es soll also nur durch Austauschen der Hauptplatine ein völlig neuer Roboter entstehen. 3.2 Aufbau Gemäß Schaltplan werden die Steckverbinder aufgelötet und verbunden. Die Litze für den Anschluss der Fernbedienung sollte recht lang sein, es macht keinen Spaß, an einer 80cm langen Schnur in gebückter Haltung zu laufen. Die Litze für die Fernbedienung sollte auch direkt angelötet werden, denn ein Steckverbinder wäre zu wackelig. Auch nimmt man die Fernbedienung nie allein. Vor dem Anlöten der Litze empfiehlt es sich, die drei Adern der Fernbedienung etwas zu verdrillen, wie dies auch im Bild zu sehen ist. 3.3 Ausblick Wie im Bild zu sehen ist, hat der Roboter noch eine Stiftleiste an der Vorderseite. Diese kann man, wenn man möchte, nachträglich einlöten. Sie benötigt nur Masse und Spannung, die restlichen Stifte dienen nur der Stabilisierung. So kann man Aufsätze bauen, wie z.b. eine Helligkeitssteuerung. Auf der Rückseite befindet sich ein Fotowiderstand 2. Fährt der Roboter ins Dunkle, geht automatisch das Licht - in diesem Fall eine extra helle weiße LED - an. 2 Er ist deshalb dort angebracht, damit die LED der Vorderseite ihn nicht bestrahlt.

11 Bauanleitung AATIS-Roboter 11 Schaltungen dafür findet man im Internet, ebenso für Blinker und Lauflichter. Es zeigt sich, dass einfache Roboter dieser Art bei Veranstaltungen wie dem Tag der offenen Tür oftmals mehr Spaß machen als programmierte Roboter, die man nur beobachten kann. Es bieten sich aber noch weitere Möglichkeiten an. So haben Schüler auch Roboter entwickelt, mit denen man rückwärts fahren bzw. die Geschwindigkeit regulieren kann.

12 Bauanleitung AATIS-Roboter 12 4 Folge dem Licht - der AS Material Neben drei Platinen-Steckverbindern müssten folgende Teile vorhanden sein. 4.2 Aufbau Zuerst entfernt man die Platine der Kabelfernsteuerung. Das Bestücken einer Platine kann immer nach zwei Prinzipien erfolgen. Entweder man beginnt, weil die Platine häufig auf dem Kopf liegt, mit den flachsten Bauelementen und bestückt nach und nach fortlaufend nach Bauhöhe. Eine zweite Variante ist das schrittweise Löten und Prüfen von Teilschaltungen. Da der AS117 eine recht einfache Schaltung ist, wird nach dem ersten Verfahren vorgegangen. Da die Widerstände flach sind, bestückt man diese zuerst. Sollte man sich nicht sicher sein bzw. keine Farbtabelle zur Hand haben, dann kann man mit einem Messgerät die Widerstände vorher prüfen. Ebenfalls flach sind die Fassung für den Verstärker und die Diode. Bei beiden ist auf

13 Bauanleitung AATIS-Roboter 13 die Polung zu achten. Die Potentiometer kann man auch gleich mit einlöten. Bitte nicht wundern, die Leiterplatte ist für zwei Poti-Größen vorbereitet. Bei den Dioden ist wieder auf die Polung zu achten. Die Kathode ist kurz (leicht zu merken, beide Male k). Die Transistoren bitte nicht verwechseln. Beide werden mit der metallischen Seite nach außen eingebaut. Auf die Polung muss man ebenfalls beim Elko achten, markiert auf dem Gehäuse ist der Minuspol. Nach dem Einlöten der Fotowiderstände, die leicht über die Platine ragen sollten, kann man den Schaltkreis einsetzen. Bevor man die Platine aufschraubt, sollte man die Funktionsfähigkeit testen. Doch Vorsicht, der Roboter fährt gleich los!

14 Bauanleitung AATIS-Roboter 14 Je nach Steckverbinder wird der Roboter entweder in die falsche Richtung oder rückwärts fahren. Das ist kein Problem, denn man kann die Plastikteile der Steckverbinder leicht mit einer Zange abziehen und dann verkehrt herum wieder aufsetzen. Eigentlich kann man sie bei den Motoren sogar ganz weglassen. Vertauscht man z.b. bei den Motoren Anschluss und Polung, so fährt er nicht ins Licht, sondern in die Dunkelheit. 4.3 Justierung Sehr wahrscheinlich wird sein Fahrverhalten noch nicht ausgewogen sein, er wird also eine Richtung bevorzugen. Dies kann man mit den Potis justieren. Am besten stellt man beide auf die Mitte, stellt sich vor eine Lichtquelle und regelt dann an einem Poti, bis bei leichtem Verdrehen des Roboters der jeweils richtige Motor anspringt. Am schönsten kann man die Steuerung jedoch mit einer Taschenlampe zeigen. 4.4 Fehlersuche Zuerst sollte die richtige Polung der Bauteile untersucht werden. Weiterhin deutet eine Erwärmung auch oft auf eine falsche Polung hin. Dies kann man mit den Händen spüren. Weiterhin ist ein Blick auf die Lötstellen wichtig. Oftmals stellen Lötreste unerlaubte Verbindungen her. Auch sollten Lötstellen wie Kegel und nicht wie Kugeln aussehen!

15 Bauanleitung AATIS-Roboter 15 5 Der AS Die Teile Zwangsläufig sind es beim 107er einige Teile mehr. 5.2 Aufbau Zuerst werden wieder die flachen Bauteile wie Widerstände eingelötet. Danach folgen die IC-Fassungen und die Keramik-Kondensatoren usw. Man beachte bitte, dass auf der Platine drei Brücken verlötet werden müssen. Diese sollte man auch so zeitig wie möglich löten, zumal eine unter einer IC-Fassung liegt. Für die Brücken nimmt man einfachen Basteldraht. Vor dem Einlöten des Wannensteckers muss man diesen etwas abschleifen, da sonst kein Platz für dem Jumper ist bzw. dieser gar nicht reinpasst. Die Kontakte für den Motor-Jumper sollten also zuerst eingelötet werden. Der Wannenstecker muss mit der Öffnung nach innen zeigen.

16 Bauanleitung AATIS-Roboter 16 Zum Schluss werden die Elkos, der Spannungsstabilisator und die Diode eingelötet. Wenn man damit fertig ist, kann man den Batterieblock anschließen und an den Pins des 2940 prüfen, ob 5V anliegen. Bitte nicht wundern, wenn bei den ICs die Spannung noch nicht stimmt. Es muss noch eine kleine Korrektur vorgenommen werden. Obiges Bild zeigt, dass noch einige Masseverbindungen fehlen. Diese müssen mit etwas Basteldraht nachgerüstet werden. Nun ist es aber auch so, dass an dieser Stelle die Sensoren angeschlossen werden. Hierbei hat man zwei Möglichkeiten: Entweder man lötet die Drähte direkt an oder man verwendet ebenfalls wieder (zwei- und dreipolige) Platinenstecker. Hier wurden die Drähte direkt verlötet. Dazu lötet man je zwei für die Tastsensoren und je drei für die Liniensensoren ca. 10cm lange Drahtstücke an. Anschließend erfolgt die Korrektur der Masseverbindungen.

17 Bauanleitung AATIS-Roboter 17 Ist dies erledigt, kann die Spannung an den ICs kontrolliert werden. Beim 2313 ist Masse links unten, die Betriebsspannung rechts oben. Beim Motorcontroller sind die Pins 4, 5, 12 und 13 auf Masse, Pin 16 (also oben rechts) auf 5V und unten links (Pin8) liegt die höhere Spannung für die Motoren an. Ist alles ok, werden die ICs eingesetzt. Anschließend kann die Platine aufgeschraubt werden. Sollten die Drähte der Korrektur aufliegen oder gar gebogen werden, ist es besser, längere Schrauben und längere oder doppelte Distanzhülsen zu nehmen. 5.3 Die Sensoren Für den AS107 gibt es Tastsensoren in Form von Mikrotastern und optische Sensoren. Beide müssen an der Vorderseite des Roboters angebracht werden. Eine Möglichkeit des Anbaus ist eine kleine Platine, die an die Stützschraube geschraubt wird. In diese wird ein Loch gebohrt (je nach Schraube 5 bzw. 6mm). Die Platine sollte nicht zu schmal sein, so dass sie nicht völlig mit den Kollisionssensoren unter dem Fahrgestell verschwindet. In diesem Fall stößt der Roboter mit den Fahrgestell an, ohne das die Sensoren berührt werden. Nimmt man eine Platine mit Punktstreifenraster, so sollten die Streifen quer liegen, damit man die optischen Sensoren einfach anlöten kann. Der Abstand der Sensoren muss groß genug sein, dass eine schwarze Linie (ca. 1-1,5cm breit) dazwischen passt. Achtung, die Arbeitsseite der Sensoren ist die dunkle Seite, die Vertiefungen der Rückseite müssen also nach oben zeigen. Nun werden noch die Taster angeklebt und wenn möglich festgeschraubt. Notfalls tut es auch etwas Draht. Ist die Platine fertig, wird sie angeschraubt. Erst danach werden die Kabel passend zugeschnitten und an die Platine angelötet.

18 Bauanleitung AATIS-Roboter 18 Das Anlöten der Taster ist einfach, bei den Sensoren muss man jedoch aufpassen. Legt man sich einen Sensor mit der Vorderseite nach oben auf den Tisch, so dass die Beinchen zu einem zeigen, dann ist der linke Anschluss die LED und der rechte Anschluss der Fototransistor, also der Empfänger. Die Mitte ist die Masse. Unter der Bezeichnung SFH900 findet man auch die Datenblätter im Internet. 5.4 Test und Programmierung Dieses Kapitel, also das Einrichten einer Programmierumgebung und das Programmieren des Mikrocontrollers, findet man in der Schrift zur MC-Programmierung.

19 Bauanleitung AATIS-Roboter 19 6 Anhang 6.1 Bauplan AS Bauplan AS107