DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNG E.V.

Transkript

1 DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR ZERSTÖRUNGSFREIE PRÜFUNG E.V. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Landeswettbewerb Jugend forscht SCHÜEX THÜRINGEN Springender Lego Roboter Robert Löser Felix Poeser Dennis Neubauer Schule: Staatl. Gymnasium Erasmus Reinhold Am Lerchenbühl Saalfeld Jugend forscht 2013

2 Das Team: Robert Löser geb.: Felix Poeser geb.: Dennis Neubauer geb.: Betreuer: Frau Gräf Schule: Erasmus-Reinhold-Gymnasium Saalfeld Klasse 5c Am Lerchenbühl Saalfeld Seite 1 von 12

3 Inhalt: 1. Aufgabe 3 2. Kurzfassung 3 3. Verwendete Materialien 3 4. Die Idee 3 5. Experimentieren mit verschiedenen Modellen 4 a. Einsatz von Pneumatik Verwendung Lego Mindstorm RIS b. Hopsi 1 Verwendung Lego Mindstorm RIS c. Hopsi 2 Verwendung Lego Mindstorm RIS d. Hopsi 3 Verwendung Lego Mindstorm NXT e. Hopsi 4 Verwendung Lego Mindstorm NXT f. Hopsi 5 Verwendung Lego Mindstorm NXT g. Hopsi 6 Verwendung Bausatz Lego Technik h. Hopsi 7 Lego Technik 8287 und Lego Mindstorm RIS Bauanleitung 8 a. Teileliste 8 b. Seitenansichten 9 c. Detailansichten Programm Erfahrungen Literatur, Software, Hilfe 12 Seite 2 von 12

4 1. Aufgabe: Entwicklung eines Lego-Roboters, der springen kann. Erstellung einer Bauanleitung. 2. Kurzfassung Unter Verwendung verschiedener Bausätze bauten wir einen Roboter der springen kann. Durch unterschiedlichste Ideen lernten wir die Zusammenhänge zwischen Stärke des Motors und dem Gewicht unserer Modelle kennen. Durch das Springen der Modelle wurden wir auch aufmerksam auf die unterschiedlichsten Arten der Lego-Verbindungen (Befestigungen). Diese sind sehr entscheidend für die Festigkeit des Modells. Erst unter Berücksichtigung all dieser Kriterien ist es uns gelungen ein Modell zu bauen, das die Belastungen der Sprünge aushält und der Motor es auch wirklich schafft den Roboter springen zu lassen. Für unser erfolgreiches Modell erstellten wir eine Bauanleitung und dokumentierten das erstellte Programm. 3. Verwendete Materialien a. Lego Mindstorm RIS 2.0 (alter Bausatz) b. Lego Mindstorm NXT 2.0 (neuer Bausatz) c. Lego Technik Bausatz 8287 d. Fotoapparat e. Software Robotics Invention System Die Idee Seit Oktober 2012 sind wir Mitglieder der AG Roboter bauen und programmieren an unserem Gymnasium. Robert war außerdem im September 2011 im Bildungscamp in Zella-Mehlis zu dem gleichen Thema. In dieser AG haben wir angefangen Roboter-Modelle nach Anleitung zu bauen und selbstständig zu programmieren. Das macht uns allen viel Spaß. Wir haben inzwischen schon viele Anleitungen zum Bau von Robotern gefunden die klettern, laufen, fahren, schießen usw. können, aber noch keinen Roboter der springen kann. Warum gibt es dazu keine Anleitung? Ist es überhaupt möglich einen springenden Roboter zu bauen? Das wollten wir herausfinden. Seite 3 von 12

5 5. Experimentieren mit verschiedenen Modellen a. Einsatz von Pneumatik Verwendung Lego Mindstorm RIS 2.0 Wir haben über die Verwendung der Lego-Pneumatik nachgedacht, aber die Luft entweicht viel zu langsam. Deshalb können sich die Federn nicht schnell genug entspannen. Diese Idee mussten wir also ganz schnell verwerfen. b. Hopsi 1 Verwendung Lego Mindstorm RIS 2.0 Für Hopsi 1 nahmen wir uns einen Stabhochspringer zur Grundlage. Der Roboter sollte sehr schnell anfahren, dann sollte unten ein Stab rausklappen und der Roboter springen. Wir haben 2 verschiedene Varianten ausprobiert. In der 1. Variante war der Roboter viel zu langsam und in der 2. hatten wir dann ein super Getriebe gebaut, aber leider war der Motor zu schwach. Da hier unser technischer Bausatz begrenzt war, mussten wir also auch diese Idee verwerfen. c. Hopsi 2 Verwendung Lego Mindstorm RIS 2.0 Ein Getriebe sollte eine Stütze regelmäßig nach unten drücken. Dabei sollte er hochspringen. Es funktionierte, aber es war nur eine lange Stange und der Roboter blieb nicht stehen. Er fiel um. Also mussten wir ein Gestell entwerfen. Dieses wurde aber viel zu schwer. Der Motor schaffte es nicht. Diese Idee war wieder für die Katz. d. Hopsi3 Verwendung Lego Mindstorm NXT 2.0 Wir besprachen unsere Idee mit unserer AG-Leiterin Frau Gräf. Sie gab uns den Lego Mindstorm NXT 2.0 Bausatz über die Weihnachtsferien mit nach Hause. In diesem Bausatz sind die Motoren etwas stärker. Außerdem ist die Programmierung viel leichter. Wir nahmen Hopsi 2 als Grundlage und probierten ihn mit dem NXT zu verbessern. Leider funktionierte auch das nicht richtig, denn auch wie schon bei Hopsi 2 war unser Modell viel zu schwer. Seite 4 von 12

6 e. Hopsi 4 Verwendung Lego Mindstorm NXT 2.0 Wir verbesserten Hopsi 3 und bauten ein Modell mit einem Motor und 2 Stangen. 2 Bogenelemente bewegten diese Stangen. Dieses Modell ging leider kaputt, ehe wir es testen konnten. Es fiel die Treppe runter. Aber wir hatten schon vorher gemerkt, dass es sehr instabil war und wahrscheinlich wäre es auch trotzdem wieder zu schwer gewesen. Schwachstelle Verbindung diese Art der Verbindung war am schwächsten f. Hopsi 5 Verwendung Lego Mindstorm NXT 2.0 Hopsi 4 konnten wir leider nicht mehr ganz genau nachbauen, aber wir nahmen das Hüpfprinizip mit dem Bogenelement zur Grundlage und verbesserten die Stabilität, indem wir Platten benutzten. Da Hopsi 5 immer umkippte, bauten wir ihn gleich noch einmal und verbanden diese 2 Modelle zu einem. Das schafften aber die 2 Motoren nicht mehr. Wieder das gleiche Ergebnis viel zu schwer! Schwachstelle Verbindung bei Belastung fallen die Teile recht schnell auseinander (Stabilität aber etwas besser, als bei Hopsi 4) Seite 5 von 12

7 g. Hopsi 6 Verwendung Bausatz Lego Technik 8287 Wir waren verzweifelt und wollten schon fast aufgeben. Er muss doch springen können. Nun überlegte auch jeder zu Hause mit. Auch die Väter mussten mit ran und uns unterstützen. Wir legten alle Roboterbausätze zur Seite. Da war doch im Schrank das gute alte Lego Technik. Abbildung: Lego Technik 8287 Hopsi 2 und 3 waren doch eigentlich keine schlechte Idee. Da beschlossen wir dieses Modell mit dem Lego Technik Bausatz nachzubauen. Der Motor in diesem Bausatz ist viel leichter und dreht sich auch viel schneller. Felix baute zu Hause ein Modell, das leider noch ein kleines Problem hatte. Die Stange wurde über ein Zahnrad angetrieben, dass sich viel zu langsam drehte. Deswegen sprang unser Roboter auch nicht. Die Idee war aber super. die Schwachstelle Seite 6 von 12

8 h. Hopsi 7 Lego Technik 8287 und Lego Mindstorm RIS 2.0 Hopsi 6 wurde nachkonstruiert. Aber diesmal trieb nicht das Zahnrad die Stange an, sondern wir bauten einen Hebel dazwischen. Der Drehkreis wird dadurch größer und wir können die Zahnräder im Getriebe frei zusammenstellen. Die Stange kann sich schneller hoch und runter bewegen. Das war die Lösung!!! Er springt, aber leider fällt er immer wieder um. Also bekam er noch eine gefederte Grundplatte. Diese federt beim Stoß der Stange auf den Boden leicht ein und hilft dann beim Hochspringen, wenn die Feder sich wieder entspannt. Es ist also ein gefederter Sprung. Außerdem bauten wir vorne eine längere Stange mit Winkeln an den Enden ein, damit die Grundfläche größer wurde. Nun bleibt Hopsi stehen und er schafft es ungefähr 1 cm hoch zu springen. Zur besseren Stabilität lassen wir Hopsi 7 nur wenige Male springen. Dazu erstellten wir ein kleines Programm. Auf Tastendruck springt Hopsi 7 einige Male - der Motor läuft für 5 s. Auf Tastendruck beginnt das kleine Programm wieder von vorne. Im Punkt 8 ist das Programm dargestellt. Seite 7 von 12

9 6. Bauanleitung a. Teileliste: Electric, Motor RC Race Buggy x x x x x x x x x x x x x x x bc017 LEGO Technic Stoßdämpfer 6,5L weiche F eder Electric, Sensor, Touch 1x Mindstorms RCX 2.0 without Power Jack - Complete Brick Seite 8 von 12

10 b. Seitenansichten: Seite 9 von 12

11 c. Detailansichten : Seite 10 von 12

12 7. Programm Durch den ersten Programmschritt Loslassen bei Betätigung des Schalters wird ein Dauerhüpfen verhindert. Seite 11 von 12

13 8. Erfahrungen Es besteht ein sehr großer Zusammenhang zwischen dem Gewicht des Roboters und der Stärke des Motors. Außerdem ist ein wichtiger Punkt die Stabilität der Verbindungen. Das Springen des Roboters lockert unter Umständen diese Verbindungen. Hier muss man sehr sorgfältig arbeiten und möglichst mit Steckverbindern arbeiten. Verbindungen z.b über Platten, wie verbaut bei Hopsi 5, gehen sehr schnell kaputt. Auch ist es wichtig, dass das Modell federn kann, da sonst die Kräfte auf die Steckverbindungen zu groß werden. Für eine bessere Stabilität sorgt außerdem eine möglichst große Grundfläche. 9. Literatur, Software, Hilfe Literatur: keine Software: Robotics Invention System Hilfe: Frau Gräf, Eltern Alle Fotografien: Robert Löser Seite 12 von 12