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 | 14.10.2022 |
| 2 | Herstellen einer Stromversorgung für Servomotor, Sensor, LED und Arduino. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 3 | Automatisches starten des Arduino Programms bei vorhandener Stromversorgung. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 4 | Die LED soll einen Status anzeigen (System mit Spannung versorgt, System aktiv). | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 5 | Der Sensor soll die Entfernung zum Ball korrekt erfassen. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 6 | Der Arduino soll den Servomotor ansteuern. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 7 | Es soll ein passender Regler ausgewählt werden. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 8 | Die gewählte Regelung muss passend parametriert werden. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
| 9 | Die LED soll eine visuelle Rückmeldung geben, wenn der Ball in der Mitte ist. | Marius Erdmann | 13.10.2022 | Niklas Reeker | 14.10.2022 |
Tabelle 1 zeigt die funktionalen Anforderungen.
Komponentenspezifikation
| ID | Komponente | Bezeichnung |
|---|---|---|
| 1 | Konstruktion mit Wippe | Eigenbau |
| 2 | Arduino Uno Rev. 3 | A000073 |
| 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)
Wippe
Für die Wippe wurde als Grundplatte eine Multiplex Holzplatte verwendet. Auf diese wurde ein Kantholz festgeschraubt. An dem Kantholz ist auf der Oberseite ein Scharnier angebracht, welches als Verbindung zu dem U-Profil aus Kunststoff dient und dabei die Wippfunktion ermöglicht. Außerdem ist an dem Kantholz der Servomotor mittels einer Halterung befestigt. Auf dem U-Profil auf welchem sich später der Ball bewegen soll befindet sich der Infrarotsensor. Dieser ist über eine Halterung aus Holz an dem U-Profil angebracht. Das Breadboard sowie der Mikrocontroller sind auf der Grundplatte befestigt.
Arduino Uno
Infrarotsensor Der Infrarotsesnsor misst die Entfernung zum Ball mittels Triangulation. Die analogen Messwerte sind an der Port A0 mit dem Arduino Uno verbunden.
RGB LED
Servomotor
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
-
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 der Aufbau der Konstruktion erfolgen. Nach dem Zusammenbau sollen die elektronischen Einzelkomponenten angeschlossen und getestet werden. 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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