Escape Game: Kugel-Balancierer: Unterschied zwischen den Versionen
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Das Escape Game "Kugel-Balancierer" entsteht im Rahmen des Moduls Angewandte Mechatronik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Anhand dieses Projekts lässt sich zeigen, wie sich mit wenigen Bauteilen ein experimentelles Puzzle für ein physikalisch-technisches Escape Game entwerfen lässt. Eine Kugel rollt auf einer einachsig kippbaren Schiene, ein Servomotor verändert den Neigungswinkel, ein Distanzsensor misst die Position. Die Spielenden stellen über drei Drehregler die P-, I- und D-Anteile eines Reglers ein. Ziel ist es, die Kugel für eine definierte Zeit im Fenster um die Mittelposition zu halten – gelingt dies, wird ein Code auf dem Display ausgegeben. | |||
Die zugrunde liegende Physik ist anschaulich: Entlang der geneigten Ebene wirkt die Beschleunigung <math>a \approx g \cdot \alpha</math> (für kleine Winkel <math>\alpha</math>), die den Kugelort verändert. Der Servowinkel ist dabei die Stellgröße <math>u</math>, der Positionsfehler <math>e</math> bildet die Regelgröße; ein PID <math>u(t)=K_P\cdot e(t)+K_I\int e(t)\mathrm{d}t+K_D\frac{\mathrm{d}e}{\mathrm{d}t}</math> stabilisiert das System. Das Puzzle erinnert an klassische Murmelbahnen und vermittelt zugleich zentrale Begriffe der Regelungstechnik. | Die zugrunde liegende Physik ist anschaulich: Entlang der geneigten Ebene wirkt die Beschleunigung <math>a \approx g \cdot \alpha</math> (für kleine Winkel <math>\alpha</math>), die den Kugelort verändert. Der Servowinkel ist dabei die Stellgröße <math>u</math>, der Positionsfehler <math>e</math> bildet die Regelgröße; ein PID <math>u(t)=K_P\cdot e(t)+K_I\int e(t)\mathrm{d}t+K_D\frac{\mathrm{d}e}{\mathrm{d}t}</math> stabilisiert das System. Das Puzzle erinnert an klassische Murmelbahnen und vermittelt zugleich zentrale Begriffe der Regelungstechnik. | ||
Version vom 30. September 2025, 21:35 Uhr
| Autoren: | Kilian Engelhardt, Daniel Block |
| Betreuer: | Prof. Schneider oder Prof. Göbel oder Marc Ebmeyer |
Einleitung
Das Escape Game "Kugel-Balancierer" entsteht im Rahmen des Moduls Angewandte Mechatronik des Studiengangs Business and Systems Engineering (BSE). Anhand dieses Projekts lässt sich zeigen, wie sich mit wenigen Bauteilen ein experimentelles Puzzle für ein physikalisch-technisches Escape Game entwerfen lässt. Eine Kugel rollt auf einer einachsig kippbaren Schiene, ein Servomotor verändert den Neigungswinkel, ein Distanzsensor misst die Position. Die Spielenden stellen über drei Drehregler die P-, I- und D-Anteile eines Reglers ein. Ziel ist es, die Kugel für eine definierte Zeit im Fenster um die Mittelposition zu halten – gelingt dies, wird ein Code auf dem Display ausgegeben.
Die zugrunde liegende Physik ist anschaulich: Entlang der geneigten Ebene wirkt die Beschleunigung (für kleine Winkel ), die den Kugelort verändert. Der Servowinkel ist dabei die Stellgröße , der Positionsfehler bildet die Regelgröße; ein PID stabilisiert das System. Das Puzzle erinnert an klassische Murmelbahnen und vermittelt zugleich zentrale Begriffe der Regelungstechnik.
Anforderungen
Funktionaler Systementwurf
Technischer Systementwurf
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.
Komponentenspezifikation
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
Projektdurchführung
YouTube Video
Weblinks
Literatur
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