Roboexotica 2019
Roboexotica 2019 – Wir sind wieder dabei!
Die Roboexotica 2019 fand vom 28. November bis zum 1. Dezember 2019 im Praterzelt bei der Liliputbahn im Wiener Prater statt. Das Gelände ist durch die Nähe zum Riesenrad, einem der Wahrzeichen Wiens, leicht zu finden.
Auch diesmal waren wir wieder mit dabei! Wir haben uns verschiedene Varianten von Cocktailmaschinen angesehen und die Ideen der vergangenen Jahre noch einmal Revue passieren lassen.
Bei den Maschinen kommt es vor allem auf eine gelungene Mischung an: Sie sollen Licht erzeugen, etwas Lärm machen, zum Spielen einladen und natürlich auch Alkohol ausgeben. Das erinnert ein wenig an Kinderüberraschungseier: eine Überraschung, etwas zum Spielen und Schokolade – nur eben auf die etwas andere Art!
Unsere neue Idee: ein Glücksrad
Unsere Maschine sollte diesmal ein Glücksrad bekommen, bei dem man als Gewinn einen „Kleinen Klopfer“ ergattern kann. Die Idee entstand unter anderem deshalb, weil Bernhard nichts mehr mit Flüssigkeiten zu tun haben wollte. Außerdem sollte die Maschine möglichst selbstständig für Unterhaltung sorgen und die Gewinne eigenständig ausgeben.
Vielleicht hat mich aber auch die SNUDDA-Drehplatte von IKEA inspiriert, die wir einige Wochen zuvor gekauft hatten. Wie auch immer – wir haben bereits verschiedene Bauteile zusammengetragen und erste Muster angefertigt und getestet.
Das Glücksrad – die ersten Bauteile
Die Deckplatten des Glücksrads sind bereits fertig und sehen so aus wie auf den nachfolgenden Bildern.
Die einzelnen Teile haben wir mit dem Lasercutter aus 3 mm starkem Plexiglas ausgeschnitten. Dabei kamen überwiegend Reststücke aus unserer Werkstatt zum Einsatz. Leider hatten wir nicht mehr genügend unterschiedliche Farben zur Verfügung, weshalb einige Teile weiß geblieben sind.
Im Moment sind die Einzelteile allerdings nur lose aufgelegt. Im nächsten Schritt werden sie auf der SNUDDA-Drehplatte montiert.
Damit ist der erste Schritt zu unserer neuen Roboexotica-Maschine geschafft!
Die „Kleinen-Klopfer-Verteiler“
Die Verteiler sind dafür vorgesehen, je nach ermittelter Gewinngruppe einen passenden „Kleinen Klopfer“ oder einen alternativen Gewinn auszugeben.
Die ersten Versuche mit den kleinen Fläschchen sind bereits erfolgreich verlaufen. Damit ist ein weiterer wichtiger Schritt bei der Entwicklung unserer Glücksrad-Maschine geschafft.
Kleine Klopfer? Was soll das sein. Für alle die diese nicht kennen, unten die Laufschiene aus U-Profiel 30 x 30 mit den Musterfläschchen.
Der Ausgabemechanismus für die Fläschchen
Die Fläschchen sollen mithilfe eines Stempels nach vorne geschoben werden. Anschließend fallen sie in eine der vorgesehenen Röhren und werden dort von einem kleinen Körbchen aufgefangen. So zumindest die Idee!
Als Vorbild für den Schiebemechanismus diente mir eine Spritzenpumpe, deren Funktionsprinzip ich für unsere Konstruktion übernommen habe.
Für die Umsetzung habe ich auch ausprobiert, ein Zahnrad auf der CNC-Fräse aus Aluminium herzustellen. Das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen! Allerdings braucht die Bearbeitung ihre Zeit: Das unten abgebildete Aluminiumzahnrad benötigte rund 38 Minuten Fräszeit.
Für die endgültige Konstruktion werden wir jedoch Resopal verwenden. Dieses Material lässt sich schneller bearbeiten und ist außerdem günstiger. Damit können wir die benötigten Bauteile wirtschaftlicher herstellen und den Fertigungsaufwand reduzieren.
Wie haben wir die Zahnräder konstruiert?
Bei der Konstruktion unserer Zahnräder hat uns die Website von igus® weitergeholfen. Mit dem dort verfügbaren Werkzeug lassen sich Zahnräder einfach erstellen und anschließend als DXF-Datei exportieren. Diese Datei können wir direkt für die weitere Bearbeitung und Fertigung verwenden.
Nachdem wir uns mit der Konstruktion vertraut gemacht hatten, arbeiteten wir weiter an unserem Projekt. Dabei entstanden die nachfolgenden Bilder, die unsere geplante Konstruktion und den aktuellen Entwicklungsstand zeigen.
Die Motoren und Schrittmotortreiber
Bis hierher funktioniert der Mechanismus grundsätzlich, allerdings läuft er leider ziemlich langsam. Deshalb überlege ich, die Motoren noch auszutauschen.
Ursprünglich hatte ich geplant, die einzelnen Teile auf Paletten aufzubauen. Diesen Ansatz habe ich jedoch wieder verworfen, da die Kosten von etwa 10 bis 30 Euro pro Palette letztlich doch zu hoch waren.
Anfang September ging es mit dem Projekt weiter. Bei der Durchsicht meines Fundus stellte ich fest, dass ich doch noch genügend Schrittmotoren auf Lager hatte. Allerdings handelt es sich dabei um richtige Kraftpakete, für die ich entsprechend leistungsfähige Treiber benötige.
Die notwendigen Schrittmotortreiber habe ich daher bereits bestellt. Meine Wahl fiel auf TB6560-Schrittmotortreiber für eine Achse mit 3 A, wie sie beispielsweise in CNC-Fräsen eingesetzt werden. Mit einem Stückpreis von etwa 4 Euro waren sie ausgesprochen günstig.
Leider gab es bei der Lieferung eine böse Überraschung: Von den acht bestellten Treibern waren nur drei funktionsfähig. Damit verzögert sich die weitere Umsetzung leider erneut.
NEMA-38-Schrittmotoren: Kraft und Geschwindigkeit
Technische Daten:
- Motortyp: NEMA 38
- Bauart: 4-phasiger Schrittmotor
- Schrittwinkel: 1,8°
- Spannung: 3,8 V
- Stromaufnahme: 2,1 A
An Kraft und Geschwindigkeit wird es mit diesen Motoren künftig wohl nicht mehr mangeln. Allerdings fällt der gesamte Aufbau dadurch auch deutlich größer und massiver aus.
Der zweite Prototyp mit den großen Schrittmotoren ist inzwischen fertiggestellt. Damit ist ein weiterer wichtiger Schritt bei der Entwicklung unseres Mechanismus geschafft.
Unten ist der erste Fräsplan (Version 1) für die Fertigung der Bauteile zu sehen.
Der zweite Prototyp nimmt Gestalt an
Ich habe zunächst alle Bauteile aus Resopalplatten mit der CNC-Fräse ausgeschnitten. Einige Anpassungen sind noch notwendig, aber grundsätzlich sollte die Konstruktion so funktionieren.
Allerdings ist die Fertigung ziemlich zeitaufwendig: Für jede einzelne Laufschiene benötigt die CNC-Fräse fast 60 Minuten. Dazu kommen noch die beiden Zahnräder und zahlreiche weitere Bauteile. Es liegt also noch eine Menge Arbeit vor uns!
Auch mit der Elektronik und insbesondere mit der Firmware haben wir uns bisher noch nicht im Detail beschäftigt. Hier müssen wir uns erst überlegen, wie wir die einzelnen Komponenten am besten ansteuern und miteinander verbinden.
Mitte September: Der nächste Prototyp
Mitte September haben wir einen weiteren Prototypen aufgebaut. Dabei haben wir den Motor erstmals an die Motorsteuerung angeschlossen und diese mit einem Arduino Uno verbunden.
Damit haben wir einen ersten Schritt in Richtung der elektronischen Steuerung unseres Mechanismus gemacht. Als Nächstes geht es darum, die Ansteuerung zu testen und die Grundlagen für die spätere Programmierung zu schaffen.
Der erste funktionierende Prototyp und die nächsten Schritte
Das erste überarbeitete Modell funktioniert grundsätzlich, muss allerdings noch an einigen Stellen angepasst werden.
Auch bei der Montage haben wir uns für eine andere Lösung entschieden: Wir werden die einzelnen Komponenten mit doppelseitigem Klebeband auf unseren bereits vorhandenen IKEA-LACK-Tischen befestigen. Das vereinfacht den Transport und reduziert gleichzeitig die Kosten.
Da wir insgesamt sieben Motoren ansteuern müssen, werden wir außerdem von einem Arduino Uno auf einen Arduino Mega umsteigen. Dieser bietet genügend Ein- und Ausgänge (I/Os), um die zahlreichen Komponenten anzuschließen.
Was fehlt noch?
Bevor wir mit der endgültigen Umsetzung beginnen können, müssen noch einige Dinge erledigt werden. Dazu gehören insbesondere die Endschalter für die Motorsteuerung und ein passendes Shield für den Arduino Mega mit Schraubklemmen, das die Verdrahtung deutlich erleichtern soll.
Wie bereits erwähnt, sind die aus China gelieferten Motortreiber leider nur bedingt einsatzbereit. Bei einigen Treibern sind mehrere kleine Schalter beschädigt angekommen oder teilweise zerlegt. Auch ein Elektrolytkondensator (Elko) ist nur noch teilweise vorhanden.
Ich hoffe, dass ich die beschädigten Bauteile ersetzen und die Treiber doch noch zuverlässig zum Laufen bringen kann.
Der aktuelle Aufbau
Unten ist ein erster Versuchsaufbau mit den IKEA-LACK-Tischen zu sehen. Für die endgültige Präsentation werden wir die gesamte Konstruktion auf vier Biertischen aufbauen.
Derzeit habe ich bereits drei „Kleine-Klopfer-Spender“ fertiggestellt. Die übrigen Einheiten sollen in den nächsten Tagen und Wochen folgen.
Es gibt also noch einiges zu tun, aber das Projekt nimmt langsam konkrete Formen an!
Verstärkung des Aufbaus und weitere Fortschritte
Für einen stabileren Aufbau werden wir die LED-Streifen und die 40 × 40 mm großen Aluminiumprofile aus unserer vorherigen Konstruktion wiederverwenden.
Sobald die „Kleinen-Klopfer-Spender“ zuverlässig funktionieren, werden wir uns dem Glücksrad widmen.
Wie sich aus dem bisherigen Projektverlauf erkennen lässt, hat sich seit der ursprünglichen Idee bis zum aktuellen Aufbau einiges verändert. Und vermutlich wird es auch weiterhin Anpassungen geben. Die Hauptgründe dafür sind die Kosten und unser Bestreben, bereits vorhandene Baugruppen und Materialien möglichst sinnvoll wiederzuverwenden.
Ende September: Weitere Bauteile und Fortschritte
Ende September wurde ein weiterer Spender mit der CNC-Fräse gefertigt. Außerdem haben wir das Glücksrad fertig aufgebaut und weitere benötigte Teile erhalten, darunter den Arduino Mega und die Kabelbinder.
Damit kommen wir unserem Ziel Schritt für Schritt näher. Als Nächstes stehen die Fertigstellung der Spender, die Steuerung der Motoren und schließlich die Integration des Glücksrads auf dem Programm.
Das Glücksrad – erste Tests und endgültige Montage
Das Glücksrad läuft bereits ziemlich rund. Beim Drehen beträgt der Rundlauffehler allerdings noch etwa 1–2 mm.
Leider lässt sich das Glücksrad nur horizontal sinnvoll betreiben. Der Grund dafür ist, dass die IKEA-Drehplatte eine leichte Schieflage aufweist. Bei einer schrägen Montage würde dadurch eine Seite bevorzugt und häufiger gewinnen. In horizontaler Position ist die Verteilung dagegen einigermaßen ausgeglichen.
Für die ersten Versuche habe ich das Glücksrad wie gewohnt mit doppelseitigem Klebeband auf einem IKEA-LACK-Tisch befestigt. Auch die RFID-Karten wurden zunächst provisorisch mit Klebeband fixiert.
Als Nächstes musste ich mir überlegen, wie ich die Plexiglasbauteile dauerhaft an der Drehplatte befestigen kann. Dafür habe ich ein rundes Befestigungsteil konstruiert, mit dem sich die Plexiglaselemente an der Drehplatte verschrauben lassen.
Die endgültige Position des Glücksrads
Inzwischen hat das Glücksrad seinen endgültigen Platz gefunden. Es wird schräg auf einem IKEA-LACK-Tisch montiert, der nur auf zwei Beinen steht.
Durch diese Anordnung soll das Glücksrad schräg präsentiert werden und gleichzeitig möglichst zufällige Ergebnisse liefern. Allerdings bleibt ein kleines Problem bestehen: Die SNUDDA-Drehplatte läuft nicht ganz rund und weist einen leichten Höhenschlag auf.
Ob sich dadurch die Gewinnchancen beeinflussen lassen, wird sich bei den weiteren Tests zeigen.
Der "Spendeautomat" hat auch schon seinen finalen Aufbau erhalten.
Die letzten Arbeiten – unsere Maschine ist (fast) fertig!
Die vier bisher fertigen Schiebespender habe ich zunächst ausgiebig „einlaufen“ lassen, um zu prüfen, ob irgendwo etwas klemmt. Da die Toleranzen bei der Konstruktion sehr knapp bemessen sind, war dieser Test besonders wichtig.
Grundsätzlich funktionieren alle vier Spender, wenn auch mehr oder weniger reibungslos. Allerdings machen die Mechanismen ordentlich Krach!
Inzwischen sind auch die restlichen Motortreiber einsatzbereit. Ich habe sie an die Motoren angeschlossen und erste Probeläufe durchgeführt. Anschließend haben wir die gesamte Konstruktion vom Boden auf einen Tisch verlagert und alles probeweise zusammengebaut.
Auch die ersten Zeilen des Steuerprogramms sind bereits geschrieben und getestet. Die LED-Leisten aus dem Vorjahr haben wir ebenfalls eingebaut, und die Schalttafel wurde an die neue Konstruktion angepasst.
Letzte Änderungen an der Front
Eine weitere Änderung betraf die Frontplatte. Die ursprünglich vorgesehenen Endschalter werden nicht benötigt. Außerdem sind die Fläschchen beim Ausgeben ungünstig auf die Schalter gefallen.
Deshalb habe ich die Front noch einmal neu aus Plexiglas gefertigt. Dadurch kann man nun auch sehen, welche Gewinne sich im Inneren der Maschine befinden und was einen bei der Ausgabe erwartet.
Fertig für die Roboexotica 2019!
Damit ist unsere Maschine nun (fast) fertig. Wobei wir Maker ja wissen: Eine Maschine ist eigentlich nie wirklich fertig – es gibt immer etwas zu verbessern, zu verändern oder neu auszuprobieren.
Morgen geht es jedenfalls zur Roboexotica 2019. Jetzt wird sich zeigen, ob unsere Konstruktion im Praxiseinsatz hält, was wir uns von ihr versprochen haben!
Hoffentlich übersteht unsere Maschine den Transport unbeschadet!
Wir haben vorsichtshalber jede Menge Schrauben und Klebeband eingepackt – und natürlich auch den Lötkolben. Schließlich wollen wir das Monster vor Ort notfalls reparieren und zum Laufen bringen. Man weiß ja nie, welche Überraschungen auf einen warten, wenn ein selbst gebautes Gerät zum ersten Mal unter Veranstaltungsbedingungen zum Einsatz kommt!