Der erste richtige Prototyp Teil 1

Lasset das Werkeln, Löten und Programmieren beginnen!

Nach dem schon erstaunlich erkenntnisreichen Lego Prototypen folgt nun die Planung und Konstruktion unseres ersten, richtig funktionierenden Prototypen. Vollversammelt zu fünft begaben wir uns an die Arbeit und funktionierten Lukas‘ Zimmer zu einer Werkstatt um, die es (beinahe) mit dem Fablab aufnehmen konnte: Zwei versuchten Ideen für die Pedale zu entwickeln und diese umzusetzen. Eine andere Zweiergruppe versuchte, die grobe mechanische Konstruktion zu entwerfen und direkt aus den mitgebrachten Materialien umzusetzen. Einer brachte einen Galileo mit, um die Motoren anzusteuern und später die analogen Werte der Pedale auszulesen. Da wir alle zeitgleich arbeiteten, war der Austausch von Ideen, Fragen und genialen Einwürfen fließend. Stagnierte eine Gruppe und kam nicht weiter, kein Problem, Hilfe war nur 2m entfernt!

Insbesondere konnte uns Lukas‘ Vater mit Netzteilen, Kabeln, Schrauben, Widerständen, Klemmen, Akkuschrauber, Schraubenzieher, Lötkolben, Faden und Klebeband aushelfen. Desweiteren beförderten freie Kost und Logis unsere schöpferischen Talente.

Dieses geniale Timelapse vom Alles-sehenden GoPro-Auge im Zimmereck gibt die Entstehung dieses ersten Prototyps auf unvergleichliche Weise wieder!
Gezeigt werden die letzten 2 der 5 Stunden die wir zusammensaßen, zusammengefasst in wenigen Sekunden.

Wie aber genau kamen wir nun zu unserem hübschen Prototypen?
Zuerst musste geklärt werden, wie das Achsenproblem gelöst werden kann, ohne einen großen Rahmen um die ganze Arbeitsplatte anzubringen. Die Drehachse war recht einfach zu gestalten: Es gab zwei Möglichkeiten; einmal die ganze Konstruktion zu drehen, inklusive der beiden Kippachsen, oder nur die Arbeitsplatte an sich, und dafür den Dreh-Servo mitzukippen. Zweiteres erwies sich als deutlich intuitiver und simpler, da die Drehung die Kipprichtung so nicht verändert wird. Insofern befestigten wir einfach einen Servo in der Mitte einer quadratischen Grundplatte (15cm), die als Grund für unsere runde Arbeitsplatte dient. Diese quadratische Grundplatte wird dann von den Kippachsen bewegt.

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Die beiden Kippachsen aber stellten sich als echte Herausforderung dar. Wie kippt man flexibel eine Ebene um zwei Achsen, die sich genau im Mittelpunkt der Ebene schneiden? Es wurde schnell klar, dass die äußere Achse – nennen wir sie Hauptachse – die innere Achse mitkippen muss. Die innere Achse braucht aber einen Bezugsrahmen, der Servo muss ja irgendwo greifen. Insgesamt also kippt die Hauptachse einen Rahmen in Form eines liegenden U, die innere Achse, die die beiden Enden des U’s verbindet, kippt dann die Arbeitsplatte an sich. Beide Achsen befinden sich auf exakt der gleichen Höhe, sämtliche Schwenkbewegungen sind also komplett intuitiv.
Dies allerdings führte direkt zur nächsten Herausforderung: Die Hauptachse muss stabil genug sein, zwei Servos, den Rahmen, die Platte und das zu lötende Objekt zu halten. Als zusätzliche Schwierigkeit sollte diese Achse ja nur auf einer Seite am starren Gehäuse/Tisch befestigt sein, ansonsten hätte man beim Löten ja immer einen Rahmen im Weg, über den man greifen müsste.

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Während die eine Gruppe also über all diesen Fragen brütete, wurden auf der anderen Tischseite zwei Carrerabahn-Geschwindigkeitsregler („Drücker“) zerlegt und deren eingebautes Rheostat als Poti umfunktioniert und als Pedalersatz verwendet. Hier hätten wir zum ersten mal unseren fertigen Lötinator gebrauchen können, beim Verlöten der Widerstandsdrähte wäre die Drehbare Plattform extrem hilfreich gewesen!

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Nach einigem Hin und Her lieferte unser Voltmeter eine akzeptable Spannungsänderung beim Drücken der Regler, und es wurde Zeit, den Galileo in Aktion zu rufen.

Processing war in der Darstellung der ausgelesenen Werte und im Debugging sehr hilfreich. Innerhalb von kürzester Zeit konnten unsere Werte, ohne Vorkenntnisse in der Programmierung von Processing, in Balkendiagrammen dargestellt werden. So musste man nicht endlose Zahlenkolonnen in der seriellen Konsole interpretieren. Für eine schnelle Visualisierung ist uns nichts besseres bekannt!

Nachdem nun der Galileo die Grundfunktionen der Pedale umsetzten konnte, wurde es Zeit, auch die Servos zu testen. Die einzelnen Teile der eigentlichen Konstruktion, nämlich die Dreh- und Arbeitsplatte, der innere Rahmen und der Hauptrahmen, mussten zusammengefügt und irgendwie miteinander verbunden werden.

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