Arduino Ballbalancierer
Autoren: Niklas Reeker & Marius Erdmann
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel & Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider
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Einleitung
Im Rahmen des GET-Fachpraktikums ensteht das Projekt Arduino Ballbalancierer. Bei diesem wird ein Ball mithilfe von Steuerungs- und Regelungsalgorithmen in der Mitte einer Wippe ausbalanciert. Auf externe Störeinflüsse soll das mechatronische System reagieren und den Ball schnellstmöglich an seine urspüngliche Position zurückbewegen. Eine RGB-LED zeigt zudem an ob das System Betriebsbereit ist.
Anforderungen
| ID | Inhalt | Ersteller | Datum | Geprüft von | Datum |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Entwerfen einer mechanischen Konstruktion, welche als Wippe fungiert. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 2 | Herstellen einer Stromversorgung für Servomotor, Sensor, LED und Arduino. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 3 | Automatisches starten des Arduino Programms bei vorhandener Stromversorgung. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 4 | Die LED soll einen Status anzeigen (System mit Spannung versorgt, System aktiv). | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 5 | Der Sensor soll die Entfernung zum Ball korrekt erfassen. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 6 | Der Arduino soll den Servomotor ansteuern. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 7 | Es soll ein passender Regler ausgewählt werden. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 8 | Die gewählte Regelung muss passend parametriert werden. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
| 9 | Die LED soll eine visuelle Rückmeldung geben, wenn der Ball in der Mitte ist. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 04.10.2022 |
Tabelle 1 zeigt die funktionalen Anforderungen.
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
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Abb. 1: Technischer Systementwurf
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Abb. 2: Funktionaler Systementwurf
Komponentenspezifikation
| ID | Komponente | Bezeichnung |
|---|---|---|
| 1 | Gehäuse und Wippe | Eigenbau (3D-Druck) |
| 2 | Arduino Nano | A000005 |
| 3 | Sharp Entfernungssensor | GP2Y0A21YK0F |
| 4 | Futaba Servomotor | S3003 |
| 4 | RGB-LED | LL 5-8000RGB |
Tabelle 2 zeigt die benötigten Komponenten für den Aufbau des Ballbalancierers.
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
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Abb. 3: Projektplan Arduino Ballbalancierer
Projektdurchführung
Nach Erstellung eines Projektplans erfolgt die Auswahl und Beschaffung der Sensoren und Aktoren sowie aller weiteren Bauelemente/Bauteile. Anschließend soll die Konstruktion aller benötigten Teile in SolidWorks erfolgen, um diese mit einem 3D-Drucker herzustellen. Nach dem Zusammenbau der gedruckten Teile erfolgt das Anschließen und Testen der elektronischen Einzelkomponenten. Die dafür zu schreibenden Einzelprogramme werden später für das Gesamtprogramm zusammengeführt. Nach dem Einbau aller elektrischen Komponenten in das Gesamtsystem wird der PID-Regler programmiert und parametriert. Zum Schluss wird die Funktionalität des Gesamtsystems überprüft, ein YouTube-Video gedreht und das Projekt auf der Projektmesse vorgestellt.
YouTube Video
Weblinks
Literatur
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