Studiengang
Elektrotechnik (B.Eng.)Projektbeschreibung
Das Dosenschießen ist eine Weiterentwicklung des bekannten Kinderspieles Dosenwerfen.
In Kooperation mit dem Fritz-Felsenstein-Haus soll es körperlich und geistig benachteiligten Schülern ermöglicht werden, mittels eines mechatronischen Systems, einen Stapel Dosen über eine größere Entfernung umzuwerfen.
Ziel dieses Projektes ist die Bereitstellung eines funktionsfähigen und zuverlässigen Prototypen zur Umsetzung der zu erfüllenden Anforderungen.
Da es sich bei diesem Projekt um einen Prototypen handelt spielt in erster Linie dessen Grundkonzept und Funktionalität im Vordergrund.
Um dem Bediener des Produktes einen reibungslosen Spielablauf und eine angenehme Bedienung zu ermöglichen kann dieses über zwei unterschiedliche Schnittstellen angesteuert werden.
Zum einen können die Bewegungen der Abschussvorrichtung mittels externen Taster ausgeführt werden. Zum anderen kann das System ebenfalls kabellos über ein separat angefertigtes Gamepad per Bluetooth gesteuert werden.
Mit den genannten Eingabemöglichkeiten soll das Produkt dem Bediener das Umwerfen des Dosenstapels ermöglichen.
Das System verfügt über einen vollständig automatisierten Ladenmechanismus. Dabei wird das System gespannt und kann daraufhin frei von dem Bediener gesteuert werden.
Dieser hat die Möglichkeit den gesamten Abschussmechanismus zu Drehen und zu Neigen. Damit kann die aufgesteckte Rakete präzise auf das anvisierte Ziel ausgerichtet und abgeschossen werden.
Durch eine extrem hohe Wiederholgenauigkeit lassen sich alle Dosen in kürzester Zeit umschießen.
Beteiligte Personen
VeranstaltungSystems Engineering 1 (IK) LaufzeitSS 2023 Labore | |||||
Anforderungen
- Ansteuerung durch Taster mit Klinkenbuchse
- Kompakte Systemgröße
- Intuitive Bedienung des Produktes ohne ausführliche Einweisung
- Automatisierter Lademechanismus zur Bedienung ohne Kraftaufwendung
- Kompatibilität mit Gamepad zur kabellosen Steuerung des Systems
- Bereitstellung eines kompletten Spielsets (Abschussvorrichtung, Dosen, Raketen)
- Geländegängige Bereifung für gelegentlichen Einsatz im Freien
Umsetzung
Um alle Anforderung an das Produkt zu erfüllen wurden die diese zuerst sortiert und in Teilsysteme untergliedert.
Daraus entstanden die Teilsysteme: Drehen, Neigen, Abschussmechanismus, Lademechanismus, Rakete, Untergestell, Schaltschrank, Software.
Die Teilsysteme Drehen und Neigen wurde jeweils mit einem Servomotor ausgestattet und mittels Kugellagern drehen gelagert. Dabei ist es möglich die exakte Position des jeweiligen Teilsystems vorzugeben und diese Anzusteuern.
Der Abschussmechanismus wird durch das Spannen einer Feder geladen. Hierbei wird die Kolbenstange des Zylinders so weit herausgezogen, bis die vorgesehene Nut in einem Klemmmechanismus einrastet.
Wird der Abschuss betätigt schaltet ein elektromagnetisches Schloss und der Klemmmechanismus lässt die Kolbenstange schlagartig nach vorne schnellen.
Dabei wird die im Zylinder enthaltene Luft komprimiert und treibt die aufgesteckte Rakete an.
(CAD-Zeichnung Abschussmechanismus)
Die Rakete selbst wurde durch mehrere Iterationen perfektioniert. Um das Gewicht der Rakete zu reduzieren wurden die Finnen aus Moosgummi, der Körper selbst aus einer Rohrisolierung und die Spitze aus einer Schwimmnudel gefertigt.
(CAD-Zeichnung Rakete)
Um den verbauten Mikrocomputer (Nucleo Entwicklungsboard) mit den benötigten Signalen zu versorgen wurde eine Platine angefertigt.
Diese enthält unter anderem einen Schrittmotortreiber zur Ansteuerung des Schrittmotors des automatischen Ladens, sowie ein Relais zur Versorgung des Auslösemechanismus.
(Platine Mikrocomputer)
Das automatische Laden erfolgt über ein Gewindespindel, welche von einem Schrittmotor angetrieben wird. Die Spannplatte wird über zwei Linearführungen in Position gehalten.
(automatischer Lademechanismus)
Die Software wurde als Form einer Ablaufsteuerung ausgeführt. Dabei können unterschiedlichste Positionen direkt mit den verbauten Servomotoren angefahren werden und verschiedene Zustände mit fünf farblichen LED's
angezeigt werden. Die Auswertung der Steuersignal erfolgt allerdings über Polling mit einer Frequenz von 50Hz. Um die gesendeten Signale des Gamepads zu verarbeiten wurde ein ESP32-Mikrocomputer verwendet.
Dieser wandelt lediglich die per Bluetooth gesendeten Signale in High- oder Low-Pegel an den entsprechenden GPIO-Pins des Nucleo-Boards um.
