Escape Game: Kugel-Balancierer - Versionsgeschichte

Daniel.block2@stud.hshl.de: /* Projektunterlagen */ Projektdaten als download hinzugefügt

2026-01-14T13:26:24Z

Projektunterlagen: Projektdaten als download hinzugefügt

@@ Zeile 817: / Zeile 817: @@
 [[Datei:Kugel-Balancierer Info.pdf|mini|400px|links|Abbildung 44: Infozettel für die Spieler ([[Medium:Kugel-Balancierer Info docx.docx|Infozettel für die Spieler Download]])]]
 <br clear=all>
 == YouTube Video ==

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: Abbildung 1 hinzugefügt

2026-01-14T13:18:53Z

Abbildung 1 hinzugefügt

← Nächstältere Version		Version vom 14. Januar 2026, 13:18 Uhr
Zeile 1:		Zeile 1:
			[[Datei:Kugel Balancierer.png\|thumb\|900px\|Abbildung 1: Escape Game: Kugel-Balancierer]]
	[[Kategorie:Projekte]]		[[Kategorie:Projekte]]
	[[Kategorie:ProjekteET_MTR_BSE_WS2025]]		[[Kategorie:ProjekteET_MTR_BSE_WS2025]]
Zeile 10:		Zeile 11:
	\|-		\|-
	\|}		\|}


	== Einleitung ==		== Einleitung ==
Zeile 781:		Zeile 781:
	== Ergebnis ==		== Ergebnis ==

	Als Ergebnis dieses Projekts ist ein funktionsfähiger Kugel-Balancierer als Escape Game entwickelt worden. Das fertiggestellte System wird im ~~nachfolgenden~~ Youtube Video im Einsatz gezeigt.		Als Ergebnis dieses Projekts ist ein funktionsfähiger Kugel-Balancierer als Escape Game entwickelt worden. Das fertiggestellte System wird in der nachfolgenden Abbildung 41 und im Youtube Video im Einsatz gezeigt.

			[[Datei:Kugel Balancierer.png\|mini\|600px\|left\|Abbildung 41: Fertiggestellter Kugel-Balancierer]]
			<br clear=all>

	Anhand der Tabelle 1 aus dem Kapitel Anforderungen ist ersichtlich, dass die an das System gestellten Anforderungen erfolgreich umgesetzt werden konnten.		Anhand der Tabelle 1 aus dem Kapitel Anforderungen ist ersichtlich, dass die an das System gestellten Anforderungen erfolgreich umgesetzt werden konnten.
Zeile 802:		Zeile 805:
	=== Projektplan ===		=== Projektplan ===

	Auf Abbildung 41 ist der Zeitplan dieses Projekts abgebildet, welcher die abzuarbeitenden Meilensteine zur Umsetzung des Kugel-Balancierers beinhaltet. Bei der Erstellung des Projektplans wurde sich an den einzelnen Schritten des V-Modells orientiert.		Auf Abbildung 42 ist der Zeitplan dieses Projekts abgebildet, welcher die abzuarbeitenden Meilensteine zur Umsetzung des Kugel-Balancierers beinhaltet. Bei der Erstellung des Projektplans wurde sich an den einzelnen Schritten des V-Modells orientiert.

	[[Datei:KB Projektplan.png\|mini\|1000px\|links\|Abbildung 41: Gantt Projektplan für das Projekt "Kugel-Balancierer“ ([[Medium:Gantchart Kugel-Balancierer.zip\|Ganttchart des Kugel-Balancierers Download]])]]		[[Datei:KB Projektplan.png\|mini\|1000px\|links\|Abbildung 42: Gantt Projektplan für das Projekt "Kugel-Balancierer“ ([[Medium:Gantchart Kugel-Balancierer.zip\|Ganttchart des Kugel-Balancierers Download]])]]
	<br clear=all>		<br clear=all>

	=== Anleitung und Infozettel ===		=== Anleitung und Infozettel ===

	[[Datei:Kugel-Balancierer Anleitung.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 42: Anleitung für den Spielleiter ([[Medium:Kugel-Balancierer Anleitung Docx.docx\|Anleitung für den Spielleiter Download]])]]		[[Datei:Kugel-Balancierer Anleitung.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 43: Anleitung für den Spielleiter ([[Medium:Kugel-Balancierer Anleitung Docx.docx\|Anleitung für den Spielleiter Download]])]]
	<br clear=all>		<br clear=all>

	[[Datei:Kugel-Balancierer Info.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 43: Infozettel für die Spieler ([[Medium:Kugel-Balancierer Info docx.docx\|Infozettel für die Spieler Download]])]]		[[Datei:Kugel-Balancierer Info.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 44: Infozettel für die Spieler ([[Medium:Kugel-Balancierer Info docx.docx\|Infozettel für die Spieler Download]])]]
	<br clear=all>		<br clear=all>

Daniel.block2@stud.hshl.de: /* Projektunterlagen */ Anleitung und Infozettel hinzugefügt

2026-01-14T12:49:16Z

Projektunterlagen: Anleitung und Infozettel hinzugefügt

← Nächstältere Version		Version vom 14. Januar 2026, 12:49 Uhr
Zeile 805:		Zeile 805:

	[[Datei:KB Projektplan.png\|mini\|1000px\|links\|Abbildung 41: Gantt Projektplan für das Projekt "Kugel-Balancierer“ ([[Medium:Gantchart Kugel-Balancierer.zip\|Ganttchart des Kugel-Balancierers Download]])]]		[[Datei:KB Projektplan.png\|mini\|1000px\|links\|Abbildung 41: Gantt Projektplan für das Projekt "Kugel-Balancierer“ ([[Medium:Gantchart Kugel-Balancierer.zip\|Ganttchart des Kugel-Balancierers Download]])]]
			<br clear=all>

			=== Anleitung und Infozettel ===

			[[Datei:Kugel-Balancierer Anleitung.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 42: Anleitung für den Spielleiter ([[Medium:Kugel-Balancierer Anleitung Docx.docx\|Anleitung für den Spielleiter Download]])]]
			<br clear=all>

			[[Datei:Kugel-Balancierer Info.pdf\|mini\|400px\|links\|Abbildung 43: Infozettel für die Spieler ([[Medium:Kugel-Balancierer Info docx.docx\|Infozettel für die Spieler Download]])]]
	<br clear=all>		<br clear=all>

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* IR-Sensor */

2026-01-13T18:17:14Z

IR-Sensor

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 18:17 Uhr
Zeile 411:		Zeile 411:
	\| 28 \|\| 0.4888		\| 28 \|\| 0.4888
	\|}		\|}
			<br clear=all>

	Anschließend wurde eine Sprungantwort des Systems und die Distanz der Kugel ausgemessen, welche im nachfolgenden Kapitel 7.3 weiter behandelt wird.		Anschließend wurde eine Sprungantwort des Systems und die Distanz der Kugel ausgemessen, welche im nachfolgenden Kapitel 7.3 weiter behandelt wird.

	~~<br clear=all>~~

	==== LCD-Display ====		==== LCD-Display ====

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* Komponententest */ dateien hinzugefügt

2026-01-13T18:16:48Z

Komponententest: dateien hinzugefügt

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 18:16 Uhr
Zeile 328:		Zeile 328:
	Zur Nutzung des Servomotors wurde das "Simulink Support Package for Arduino Hardware" verwendet. Dieses Paket stellt den Simulink Block "Standard Servo Write" zur Verfügung, welcher über eine Konstante im Bereich von 0 bis 180° angesteuert wird. Dieser Block erzeugt dann ein PWM-Signal am ausgewählten digitalen PWM-Pin (hier Pin 9, siehe Abbildung 23), um den Servomotor zu verstellen und den vorgegebenen Drehwinkel zu erreichen.		Zur Nutzung des Servomotors wurde das "Simulink Support Package for Arduino Hardware" verwendet. Dieses Paket stellt den Simulink Block "Standard Servo Write" zur Verfügung, welcher über eine Konstante im Bereich von 0 bis 180° angesteuert wird. Dieser Block erzeugt dann ein PWM-Signal am ausgewählten digitalen PWM-Pin (hier Pin 9, siehe Abbildung 23), um den Servomotor zu verstellen und den vorgegebenen Drehwinkel zu erreichen.

	[[Datei:ServoTest.jpg\|mini\|600px\|left\|Abbildung 23: Testmodell Servomotor Simulink]]		[[Datei:ServoTest.jpg\|mini\|600px\|left\|Abbildung 23: Testmodell Servomotor Simulink [[Datei:Komponententestmodell.zip\|mini]]]]
	<br clear=all>		<br clear=all>

Zeile 337:		Zeile 337:
	Um die Drehgeber zu testen, wurde erneut ein Simulink-Block "Digital Input Pin" des Arduino Support Packages in einem Testmodell verwendet und die Signale ausgelesen (siehe Abbildung 24 & 25).		Um die Drehgeber zu testen, wurde erneut ein Simulink-Block "Digital Input Pin" des Arduino Support Packages in einem Testmodell verwendet und die Signale ausgelesen (siehe Abbildung 24 & 25).

	[[Datei:DrehgeberTest.jpg\|mini\|400px\|left\|Abbildung 25: Testmodell der Drehgeber]]		[[Datei:DrehgeberTest.jpg\|mini\|400px\|left\|Abbildung 25: Testmodell der Drehgeber [[Datei:Komponententestmodell.zip\|mini]]]]
	[[Datei:Drehgebersignal.png\|mini\|900px\|left\|Abbildung 26: Testmessung der Drehgeber]]		[[Datei:Drehgebersignal.png\|mini\|900px\|left\|Abbildung 26: Testmessung der Drehgeber]]

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* Technischer Systementwurf */ Datei hinzugefügt

2026-01-13T18:10:19Z

Technischer Systementwurf: Datei hinzugefügt

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 18:10 Uhr
Zeile 146:		Zeile 146:
	Als technischer Systementwurf für das Projekt wurde der folgende Verdrahtungsplan erstellt (siehe Abbildung 3). In diesem sind alle elektronischen Bauteile des Balancierers sowie deren Verdrahtung mit dem Mikrocontroller dargestellt.		Als technischer Systementwurf für das Projekt wurde der folgende Verdrahtungsplan erstellt (siehe Abbildung 3). In diesem sind alle elektronischen Bauteile des Balancierers sowie deren Verdrahtung mit dem Mikrocontroller dargestellt.

	[[Datei:Verdrahtungsplan Kugelbalancierer .jpg\|mini\|left\|800px\|Abbildung 3: Technischer Systementwurf des Balancierers[[Datei:Verdrahtungsplan Kugel Balancierer.fzz\|mini]]]]		[[Datei:Verdrahtungsplan Kugelbalancierer .jpg\|mini\|left\|800px\|Abbildung 3: Technischer Systementwurf des Balancierers [[Datei:Verdrahtungsplan Kugel Balancierer.fzz\|mini]]]]

	<br clear=all>		<br clear=all>

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* Technischer Systementwurf */

2026-01-13T18:09:58Z

Technischer Systementwurf

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 18:09 Uhr
Zeile 146:		Zeile 146:
	Als technischer Systementwurf für das Projekt wurde der folgende Verdrahtungsplan erstellt (siehe Abbildung 3). In diesem sind alle elektronischen Bauteile des Balancierers sowie deren Verdrahtung mit dem Mikrocontroller dargestellt.		Als technischer Systementwurf für das Projekt wurde der folgende Verdrahtungsplan erstellt (siehe Abbildung 3). In diesem sind alle elektronischen Bauteile des Balancierers sowie deren Verdrahtung mit dem Mikrocontroller dargestellt.

	[[Datei:Verdrahtungsplan Kugelbalancierer .jpg\|mini\|left\|800px\|Abbildung 3: Technischer Systementwurf des Balancierers]]		[[Datei:Verdrahtungsplan Kugelbalancierer .jpg\|mini\|left\|800px\|Abbildung 3: Technischer Systementwurf des Balancierers[[Datei:Verdrahtungsplan Kugel Balancierer.fzz\|mini]]]]

	<br clear=all>		<br clear=all>

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* Funktionaler Systementwurf */ Datei hinzugefügt

2026-01-13T18:07:37Z

Funktionaler Systementwurf: Datei hinzugefügt

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 18:07 Uhr
Zeile 138:		Zeile 138:
	In der folgenden Abbildung 2 ist der funktionalen Systementwurf des Kugel-Balancierers dargestellt. Die mechanischen Elemente werden aus Holz bzw. mittels 3D-Druck erstellt. Mittels Servomotor kann der Drehwinkel einer Drehscheibe (Stellgröße) verändert werden, um die Laufbahn der zu balancierenden Kugel (in gelb dargestellt) zubewegen. An einer Seite der Laufbahn befindet sich ein Infrarot Distanzsensor, um die aktuelle Position dieser Kugel auf der Laufbahn zu erfassen, welche ebenfalls die Regelgröße des Systems darstellt. Diese soll durch einen auf dem Mikrocontroller (hier Arduino MEGA) ausgeführten PID Regler geregelt werden. Um das Escape Game zu starten und die P-, I- und D-Anteile des Reglers über die drei Rotary Encoder einzustellen, muss das System über den seitlichen Schalter eingeschaltet werden. Bei Erfolg wird ein Code über den Display ausgegeben.		In der folgenden Abbildung 2 ist der funktionalen Systementwurf des Kugel-Balancierers dargestellt. Die mechanischen Elemente werden aus Holz bzw. mittels 3D-Druck erstellt. Mittels Servomotor kann der Drehwinkel einer Drehscheibe (Stellgröße) verändert werden, um die Laufbahn der zu balancierenden Kugel (in gelb dargestellt) zubewegen. An einer Seite der Laufbahn befindet sich ein Infrarot Distanzsensor, um die aktuelle Position dieser Kugel auf der Laufbahn zu erfassen, welche ebenfalls die Regelgröße des Systems darstellt. Diese soll durch einen auf dem Mikrocontroller (hier Arduino MEGA) ausgeführten PID Regler geregelt werden. Um das Escape Game zu starten und die P-, I- und D-Anteile des Reglers über die drei Rotary Encoder einzustellen, muss das System über den seitlichen Schalter eingeschaltet werden. Bei Erfolg wird ein Code über den Display ausgegeben.

	[[Datei:FunktionalerSystementwurfBalancierer.jpg\|mini\|800px\|left\|Abbildung 2: Funktionaler Systementwurf des Balancierers]]		[[Datei:FunktionalerSystementwurfBalancierer.jpg\|mini\|800px\|left\|Abbildung 2: Funktionaler Systementwurf des Balancierers [[Datei:Funktionaler Systementwurf Kugel Balancierer.pptx]]]]

	<br clear=all>		<br clear=all>

Kilian.engelhardt@stud.hshl.de: /* Zusammenfassung */ bearbeitet

2026-01-13T15:57:35Z

Zusammenfassung: bearbeitet

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 15:57 Uhr
Zeile 787:		Zeile 787:

	== Zusammenfassung ==		== Zusammenfassung ==

			In diesem Kapitel werden die im Rahmen des Projekts gewonnen Erkenntnisse zusammengefasst. Die behandelten Themen des Projekts reichen von Gehäuse- und Leiterplattendesign über Mess- und Regelungstechnik bis hin zu modellbasierter Softwareentwicklung in Simulink. Hierbei kam es zu einigen Herausforderungen und Problemen, welche jedoch zufriedenstellend gelöst werden konnten.

	=== Lessons Learned ===		=== Lessons Learned ===

	Zu Beginn der Testphase des Projekts kam es zu Problemen beim Auslesen der Drehgeber, wie in Kapitel 7.2.2 beschrieben. ~~Das~~ Problem ist im Voraus nicht absehbar gewesen, da die Ausführungszeit des Simulinkmodells noch unbekannt war. Der Lösungsansatz dieses Problems bestand im Einsatz von Kipptastern, welche ein längeres Betätigungssignal an den digitalen Pins ausgeben. Durch diese Erfahrung konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass ~~vorzugsweise~~ mehr Ressourcen bzw. Zeit für die Ausführung ~~des~~ Simulinkmodells eingeplant werden sollte.		Zu Beginn der Testphase des Projekts kam es zu Problemen beim Auslesen der Drehgeber, da deren Betätigungssignal an den digitalen Pins kürzer anliegt als die Ausführungszeit des Modells, wie in Kapitel 7.2.2 beschrieben. Dieses Problem ist im Voraus nicht absehbar gewesen, da die Ausführungszeit des Simulinkmodells noch unbekannt war. Der Lösungsansatz dieses Problems bestand im Einsatz von Kipptastern, welche ein längeres Betätigungssignal an den digitalen Pins ausgeben. Durch diese Erfahrung konnte also die Erkenntnis gewonnen werden, dass zukünftig mehr Ressourcen bzw. Zeit für die Ausführung eines Simulinkmodells und das Auslesen von Signalen eingeplant werden sollte.

			Als nächstes Problem zeigte sich der Einsatz des Infrarotsensors zur Distanzmessung der Kugel, wobei Streuung und Störung des reflektierten Infrarotlichts als Ursache herausstellten. Wie in Kapitel 7.1.1 beschrieben, führten konstruktive Maßnahmen zu einer erheblichen Verbesserung der Kugelerkennung. Als Erkenntnis im Umgang mit Infrarotsensoren zur Distanzmessung kann also festgehalten werden, dass oftmals konstruktive Maßahmen zur Verbesserung der Lichtverhältnisse getätigt werden müssen, besonders bei der Distanzmessung von runden Objekten.

			Außerdem konnte während der Durchführung des Projekts festgestellt werden, dass das Rollverhalten einer additiv gefertigten weißen Kugel und Rampe in Kombination miteinander zu einem eher subobtimalem Rollverhalten führt. Als Lösungsansatz wurden die additiv gefertigten Komponenten daher erneut mit der kleinstmöglichen Schichtdicke gedruckt und eine Stahlkugel zu Testzwecken eingesetzt. Der Einsatz der Stahlkugel führte zwar zu einem verbesserten Rollverhalten, dafür wurde jedoch die Kugelerkennung des Infrarotsensors durch Lichtstreuung und den dunkleren Farbton wesentlich schlechter. Der beste Kompromiss für das Projekt war daher, weiterhin die additiv gefertigten Bauteile zu verwenden, da die Kugelerkennung des Sensors essentiell für die Funktionsweise des Systems und somit Priorität über das leicht schlechtere Rollverhalten der Kugel hat. Der Bereich des Rollverhaltens der 3D-gedruckten Kugel und Rampe bietet daher Raum für zukünftige Optimierungen, z.B. ein Einsatz einer Rampe gefertigt aus Kunststoffprofil und einer dazu passenden weißen Kunststoffkugel.

	~~Außerdem konnte während der Durchführung des Projekts festgestellt~~ werden, dass das ~~Rollverhalten einer additiv gefertigten weißen~~ Kugel und ~~Rampe in Kombination miteinander zu einem eher subobtimalem Rollverhalten führt~~. ~~Als Lösungsansatz wurde daher eine Stahlkugel zu Testzwecken eingesetzt. Der Einsatz~~ der ~~Stahlkugel führte zwar zu einem verbesserten Rollverhalten, dafür wurde jedoch die Kugelerkennung~~ des ~~Infrarotsensors durch Lichtstreuung und den dunkleren Farbton wesentlich schlechter. Der beste Kompromiss für das Projekt war daher~~, ~~weiterhin die additiv gefertigten Bauteile~~ zu ~~verwenden, da die Kugelerkennung des Sensors essentiell für die Funktionsweise des Systems~~ und ~~somit Priorität über das leicht schlechtere Rollverhalten der Kugel~~ hat. Der Bereich des Rollverhaltens der 3D-gedruckten Kugel und Rampe bietet daher Spielraum für zukünftige Optimierungen, z.B. ein Einsatz einer Rampe gefertigt aus Kunststoffprofil und einer weißen Kunststoffkugel.		Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass sich das Projekt des Kugel-Balancierers als sehr vielseitig und herausfordernd erwies. Die Vorgehensweise nach dem V-Modell half bei der Planung und Umsetzung des Projekts, welches letztendlich zu vielen gewonnenen Erkenntnissen und einem zufriedenstellenden Gesamtergebnis geführt hat.

	== Projektunterlagen ==		== Projektunterlagen ==

Daniel.block2@stud.hshl.de: /* YouTube Video */ Link angepasst

2026-01-13T15:20:05Z

YouTube Video: Link angepasst

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2026, 15:20 Uhr
Zeile 803:		Zeile 803:
	== YouTube Video ==		== YouTube Video ==

	{{#ev:youtube\|~~http~~://~~youtu~~.be/~~wfbMSarPts8~~ \| 800 \| \| Escape Game - Kugel Balancierer \|frame}}		{{#ev:youtube\|https://www.youtube.com/watch?v=6CxmKEqRHSg \| 800 \| \| Escape Game - Kugel Balancierer \|frame}}

	== Weblinks ==		== Weblinks ==