Automatischer Malroboter

Programmiere mit dem Calliope Mini deinen eigenen Malroboter, der auf Knopfdruck zufällige hypnotische Bilder malt.

Besonderheiten:

Der Malroboter kann verschiedenartig programmiert werden: Malen auf Knopfdruck, zufälliges Malen oder auch Malen, je nach Tageszeit oder Raumtemperatur.

Gut zu wissen:

Du solltest schon mal mit dem Calliope gearbeitet haben, bevor du dieses Projekt startest.

Das lernst du kennen:

Du lernst Motoren mit dem Calliope zu steuern und wie man aus Pappe und Zahnstochern einen Roboterarm baut. Kurz, du lernst, wie man Roboter baut!

Schwierigkeitsgrad:

Aufsteiger

Dauer:

3 Stunden

 

Hinweise für Mentoren

Dieses Projekt nutzt den Microcomputer „Calliope“. Es lässt sich aber auch mit anderen Microcomputern umsetzen. Der Anschluss der Kabel an den Calliope ist leider nicht einfach. Für Kinder lohnt es sich, den Calliope mit sogenannten „Solderless Hammer Header“ auszustatten und Breadboard-Kabel statt gewöhnlichen Kabel zu nutzen. Weiterhin kann man alle Kabelverbindungen natürlich auch löten. Das hält viel besser, als die Kabel nur zu verzwirbeln und ist eine gute Übung.

Schau dir unsere Video-Anleitung an!

Video Anleitung

Das benötigst du für deinen eigenen Malroboter

Materialien und Werkzeug

Materialien

1.     Dein Calliope Mini
2.     Zwei Roboter-Getriebe-Motoren (3-6 Volt)
3.     Zwei passende Reifen (diese sind im Set mit den Motoren erhältlich!)
4.     Ein Batteriehalter und vier Mignon AA Zellen (6 Volt)
5.     Ein Batterieclip für den Batteriehalter
6.     Farbige Kabel
7.     Karton (etwa 50cm x 50 cm)
8.     Zahnstocher
9.     Maulklemmen
10.  Farbige Stifte (Feinliner)
11.  Isolierband
12.  Ein altes Buch (oder etwas ähnliches)

Tipp:              

Etwas knifflig wird es, die Motorkabel an dem Calliope zu befestigen. Die beste Lösung ist, sogenannte „Solderless Hammer Header“ auf die Ösen zu stecken. Diese bekommst du im englischen Online-Shop Pimoroni und bald auch in deutschen Shops. Dann kannst du gewöhnliche Breadboard-Kabel für den Anschluss nutzen. 

Werkzeuge

1.     Ein Cutter Messer
2.     Ein Lineal (als Hilfe zum Schneiden)
3.     Eine gute Schere
4.     Eine Abisolierzange (am besten eine „automatische“ Abisolierzange)
5.     Eine Heißklebepistole

Roboterarm

Den Roboterarm bauen

Bevor es losgeht, solltest du einen kleinen Test mit deinem Calliope machen, um sicher zu gehen, dass er funktioniert. Wie du den Calliope programmierst, erfährst du hier: http://calliope.cc/

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Den Karton zurecht schneiden

Schneide 6 Kartonstreifen von etwa 30 cm Länger und 2 cm Breite.

 

Zwei Streifen teilst du dann in vier jeweils 15 cm lange Stücke. Von zweien schneidest du dann nochmals ca. 3cm ab. 

Mit einer Schere schneidest du zwei Scheiben mit einem Durchmesser von 10 cm zurecht. Weiterhin benötigst du mindestens 10 Quadrate mit etwa 1,5 cm Seitenlänge und vier Stücke - wie im Bild zu sehen - für die Stifthalterung. Das dünnere Ende ist dafür da, damit die Maulklemme später daran geklemmt werden kann. 

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Die Teile zusammenkleben

Sammle nun alle vorbereiteten Karton-Teile zusammen, die Zahnstocher und die Heißklebepistole. Jetzt wird der Arm zusammengesetzt!

So wird geklebt: Achte bei den Streifen darauf, am Anfang und am Ende jeweils mindestens 1 cm nicht mit Kleber zu versehen. Da kommen später die Zahnstocher durch.

Klebe die beiden kurzen Streifen zusammen, die beiden 15 cm Streifen und jeweils zwei der vier 30 cm Streifen. Die vier Stücke mit dem dünneren Ende kommen alle aufeinander!

Wir haben also:

  • Zwei lange Stücke
  • Ein Stück mit 15 cm
  • Ein Stück mit ca. 12 cm
  • Außerdem eine Stifthalterung aus 4 Schichten

 

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Die Gelenke bauen

Achtung, jetzt wird es etwas kniffliger. Wir stechen nun mit Zahnstochern durch die Papp-Teile, um Gelenke zu bauen. Das benötigt etwas Übung. Pass auf deine Finger auf und nutze ein Stück Rest-Pappe als Unterlage beim Durchstechen.

Ein Gelenk besteht immer aus einem kleinen Quadrat oben, den zu verbindenden Teilen in der Mitte, und darunter nochmal ein Quadrat. Die überstehenden Zahnstocher schneiden wir ab, lassen aber jeweils ein paar Millimeter des Zahnstochers überstehen.

Tipp: Mit einem Reisnagel oder einer Nadel kannst du die Löcher vorstechen, wenn die Zahnstocher nicht spitz genug sind! 

Hier siehst du, wie der Roboterarm aussehen soll. Prüfe ob du alles richtig gemacht hast bevor du weiterbastelst.

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Den Roboterarm fertigstellen

Auf jedes Zahnstocher-Ende kommt nun ein dicker Tropfen Heißkleber, so dass das kleine Quadrat festklebt. Das ist wichtig, damit die Zahnstocher nicht herausrutschen.

Vergiss nicht: Wenn du alle Zahnstocher auf der Oberseite verklebt hast, lass den Kleber auskühlen und verklebe noch alle Zahnstocher auf der Unterseite. 

Die Stifthalterung klebst du an das Ende des Roboterarms.

Wichtig: Klebe die Stifthalterung auf die andere Seite von dem letzten Gelenk. Also nicht dort, wo das letzte Teilstück aufliegt.

Dein Roboterarm ist jetzt fertig. Probiere, ob sich alle Gelenke bewegen…. Dann geht’s weiter!

Antrieb

Den Antrieb bauen

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Motoren vorbereiten

Stecke die Reifen auf die Getriebemotoren.

Bereite danach 4 Kabel vor: Zwei Gelbe und zwei Schwarze. Isoliere etwas von dem Mantel an beiden Enden ab, damit das Kabel frei liegt. Dazu nutzt du am besten eine automatische Abisolierzange, so wie wir. 

Nun stecke die offenen Kabelenden durch die Öse am Motor. Dazu musst du eventuell die Litzen, also die kleinen Drähtchen des Kabels, zusammenzwirbeln. Anschließend knicke das Kabelende um, so dass das Kabel nicht mehr aus der Öse rutschen kann. Am besten hält das, wenn du das umgeknickte Kabelende noch um sich selbst wickelst.

Tipp: Am besten lötest du jetzt die Verbindung. Wie das geht, erfährst du unter http://tuduu.org/l/loeten

 

 

Jeder Motor wird durch ein farbiges und durch ein schwarzes Kabel verbunden. Wir haben die offenen Kabelenden neu isoliert, mit Isolierband.

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Die Motoren anbringen

 

Nun kleben wir mit etwas Heißkleber die Antriebe fest. Beispielsweise auf einem alten Buch. Achte darauf, dass die Motorachse unten sich frei drehen kann und nicht verklebt.

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Die Stifte vorbereiten

Die Stifte kleben wir jeweils an eine Maulklemme. Die Höhe der Maulklemme am Stift entspricht der Höhe, in der die Reifen über dem Boden festgeklebt sind.

Anschließend klemmst du einen Stift auf unsere Stifthalterung am Roboterarm.

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Den Antrieb aufkleben

Mit Heißkleber kleben wir nun die beiden Scheiben des Roboterarms auf die Reifen. Wenn der Kleber erkaltet ist, kannst du per Hand an den beiden Scheiben drehen und prüfen, ob sich der Arm bewegt.

Wichtig: Achte darauf die Scheiben so aufzukleben, dass der eigentliche Roboterarm oben auf den Scheiben montiert ist. Sonst kann sich die Scheibe nicht frei drehen.

Anschluss

Den Microcomputer anschließen

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Die Kabel anschließen

So werden die Motoren angeschlossen. Welches der beiden Motorkabel du in welche Öse steckst, ist nicht wichtig. Im Gegenteil, du kannst damit spielen, denn dadurch kehrst du die Drehrichtung um!

Wichtig ist, dass die Motoren eine extra Batterie (6V) benötigen. Schließe diese so an wie im Bild. 

 

Prinzipiell hast du jetzt drei Möglichkeiten:

  • Du kannst die Kabel an den Calliope löten. Das würden wir aber nur Profis raten.
  • Die beste Möglichkeit ist, den Calliope mit den „Solderless Hammer Headern“ auszustatten und Breadboard-Kabel zu nutzen.
  • Falls du das alles aber nicht hast, gibt es einen Trick, wie du es auch mit Zahnstochern lösen kannst. Achte bei dieser Lösung besonders auf die weiter unten angesprochene Kurzschlussgefahr.

Lösung mit Steckplätzen

So sieht die Lösung mit Breadboardkabel und „Solderless Header“ aus. Die Kabel haben wir wie folgt vorbereitet:

Teile jeweils ein Breadboard-Kabel, um zwei Stecker zu bekommen. Die offenen Enden werden abisoliert. Dann können wir sie mit den Batterie- und Motorkabeln fest verzwirbeln. Wenn sie gut halten, werden sie mit Isolierband umwickelt, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Diese „verzwirbelten“ Verbindungen kannst du auch löten, da du jederzeit die Stecker aus den Pins ziehen kannst.

Meine Steckplätze passen nicht!

Lösung ohne Steckplätze

Die Lösung mit Zahnstocher: Dafür steckst du einfach das offene Kabelende erst in die Öse und steckst dann ein kurzes Stück Zahnstocher dazu. So hält das Kabel in der Öse.

 

Tipp: Wenn deine Kabel etwas dicker sind, kann es helfen die Zahnstocher Spitzen mit dem Messer noch etwas anzuspitzen. Mache die Zahnstocher schön kurz, dann fallen sie nicht so schnell heraus. 

Achtung Kurzschlussgefahr!

Die Kabelenden, welche unten am Calliope herausgucken, müssen entfernt werden.

 

Denn wenn eines der Kabel eine anliegende andere Öse berührt, gibt es später einen Kurzschluss und du hast eventuell einen defekten Calliope Mini. Deshalb schneide die Kabelenden auf der Unterseite so kurz wie möglich ab. Ein Zahnstocher kann dabei helfen die kleinen Drähtchen zu „sortieren“.

Meine Zahnstocher fallen immer raus!

Den Malroboter programmieren

Programmierung

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Batterie und Computer anschließen

Schließe nun die Batterie an. Anschließend schließt du das Board an deinen Computer an. Platziere den Malroboter schon mal auf einer freien Fläche und lege diese mit Papier aus.

Tipp: Du brauchst für den Betrieb des Malroboters zwei Stromquellen: Der Batteriehalter versorgt die Motoren mit Strom, aber der Calliope selbst benötigt auch Strom. Diesen Strom bekommt er entweder vom Computer, bei angeschlossenem USB Kabel, oder durch die mitgelieferte kleine Batteriehalterung. Mehr dazu erfährst du hier: http://calliope.cc/anleitungen/anleitung-1

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Den Malroboter programmieren

 

Für die Programmierung, gehe auf http://pxt.calliope.cc/index.html und wähle deine Version des Calliope aus. 

Hier siehst du unseren Beispielcode zum Testen des Malroboters. Die Knöpfe A und B des Calliope aktivieren jeweils einen Motor des Malroboters. Baue den Code genau so nach und lade die Datei herunter. Anschließend kopierst du den Code auf deinen Calliope. Wenn du Probleme mit diesem Schritt hast, findest du hier viele gute Anleitungen: https://calliope.cc/anleitungen 

Tipps zur Programmierung

Die Motoren kann man mit einer Geschwindigkeit von 0 bis 100 Prozent laufen lassen. Bei den angeschlossenen 6 Volt ist ein Wert zwischen 55 und 70 ein guter erster Start. Ab 70 werden die Motoren so schnell, dass der Malroboter eventuell in seine Einzelteile zerfällt. Unter 50 ist die Kraft des Motors oft nicht ausreichend. Diese Werte ändern sich etwas mit einer leeren Batterie. Dann kann man die Werte höher wählen.

Der Malroboter funktioniert übrigens am besten, wenn sich die beiden Motoren unterschiedlich schnell drehen. Probiere es aus!

 

Übrigens: Den Malroboter kann man auf verschiedenste Arten programmieren und immer malt er anders. Schau in unsere Inspirations-Galerie, um mehr zu erfahren. 

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Der erste Test:

Platziere den Malroboter auf Papier und drücke Knopf A und Knopf B des Calliope.  Es sollten sich beide Motoren drehen. Wenn nicht, trenne den Calliope vom Computer und frage Dr. Duuu um Rat.

Mein Malroboter funktioniert nicht!

Der Malroboter in Aktion

Werde kreativ

Verändere den Code und schau was passiert

Dieser Malroboter malt nach Druck auf den Knopf A eine zufällige Form. Der Knopf B stoppt den Roboter. Perfekt um den Stift zu tauschen, oder auch den Malroboter neu zu positionieren.
Dieser Malroboter macht bis in alle Ewigkeit Folgendes: Motor A dreht sich für eine Sekunde, Motor B dreht ebenso lange und anschließend werden beide zusammen für zwei Sekunden aktiviert. Um den Malroboter zu stoppen kannst du einfach das USB Kabel herausziehen.