BAU BEISPIELE
WEITERE BEISPIELE FÜR SENSOREN MIT BILD
SCHWARM-ROBOTER
Musikroboter aus dem Projekt Wir und die Roboter 1.0
Roboterprojekt mit der Klasse 3g der Schule an der Tumblinger Straße, München
Ein Grundgedanke bei diesem Projekt war es, dass jedes Kind einen kleinen Roboter bauen sollte und diese dann als Roboterschwarm Musik machen.
Bürstenroboter
Eine einfache Möglichkeit bot sich auf Grundlage sogenannter Bürstenroboter. Diese funktionieren nach dem Prinzip, dass ein Objekt mit wenig Reibungswiderstand zum Untergrund – die Bürste – durch Schwingung in Bewegung versetzt wird. Die Schwingung wird durch einen kleinen Motor erzeugt, an dessen Welle ein unsymmetrisches Gewicht befestigt ist und der dadurch mit einer Unwucht läuft.
Als Bürsten eignen sich haushaltsübliche Bürsten, in unserem Fall wurde ein Fußabstreifer zersägt. Wichtig ist wenig Kontakt zum Boden und die Möglichkeit an der Bürste Motor, Batterie und weitere Elektronik zu befestigen.
Lichtsensoren
Diese simplen Bürstenroboter könnte man an und ausschalten, viel interessanter ist es aber natürlich, eine Steuerung über Sensoren einzubauen. Dafür bieten sich Lichtsensoren an, die in Form von Fotowiderständen den Stromfluss steuern.
Da ein einfaches Dazwischenschalten der Widerstände den Stromfluss nur in einer sehr geringen Bandbreite steuern würde (entweder zu wenig oder zu viel), kommt hier eine einfache Transistorschaltung zum Einsatz. Die Fotowiderstände regulieren den Durchfluss des Motorstroms durch den Transistor. Das ist das Grundprinzip dieses Bauteils und es lässt sich anhand dieses Beispiels sehr schön darstellen und funktioniert wunderbar.
Der Strom kann jetzt durch die Lichtstärke, zum Beispiel, indem man sich mit einer Taschenlampe nähert, kontinuierlich verändert werden. Dadurch wird der Motor eingeschaltet und in seiner Geschwindigkeit reguliert.
Klänge durch akustisch erzeugte Geräusche
Die oben erwähnte Unwucht wird im einfachsten Fall durch eine aufgeschraubte Lüsterklemme erzeugt. An diese Lüsterklemme kann ein (leichter) Aludraht befestigt werden, der bei jeder Umdrehung einmal leicht den Boden berührt. Dadurch entstehen unterschiedliche Rhythmen.
Klänge durch mikrofonierten Untergrund
Die Klänge auf dem Untergrund wiederum kommen am besten zur Geltung, indem sie mikrofoniert werden. Dazu haben wir Kontaktmikrofone verwendet. Es sind einfache Piezokeramische Elemente, die über einen Mikrofonvorverstärker (z. B. in einem Mischpult) und einen Aktivlautsprecher verstärkt werden.
Klänge durch getriggerte Audiosamples
Ein Zusatz, der nicht unbedingt notwendig ist, ist der Einsatz von Audiosamples, die entsprechend der Position und Bewegung der Bürsten abgespielt werden. Das automatische Abspielen dieser Samples fordert einiges Wissen über digitale Audiotechnik: die Lautstärke der Kontaktmikrofone, die an verschiedenen Aluminiumplatten angebracht sind, wird analysiert und regelt wiederum die Lautstärke der Audiosamples, die als Loops, also in Schleife laufen.
In der Praxis haben wir aber auch ganz analog gearbeitet und die Samples als eigene Ebene manuell eingespielt. Künstlerisch sicher genauso legitim.
Bauanleitung
Bauteile
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Bürste Elektromotor (klein – z. B. aus Modellbau)
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Batteriehalter mit 2 X AA-Batterien
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Batterieclip
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2 Fotowiderstände
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1 kleine Platine als Halterung
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20 cm isolierte Kupferlitze
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1 Stück dicker Draht
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2 kleine Holzschrauben Karton, Farben, Kleber, Material zum Verziereren
Kosten pro Maschine < 10 Euro (2019)
Bau in 4 Schritten (Allgemeines)
1. Bau eines Klangerzeugers: z. B. Gitarre
2. Auswahl und Montage Sensor
3. Mikroprozessor (hier Arduino)
a) Verknüpfung mit Arduino
i. Servo
ii. Sensor
b) Stromversorgung
4. Programmierung
PROGRAMMIERBARE KLANGERZEUGER
GITARRE
Musikroboter aus dem Projekt Wir und die Roboter 2.0
Roboterprojekt mit der Klasse 8lila der Wilhelm-Busch-Realschule München
Saiteninstrument mit Servo-Anschlag (Tonerzeugung). Steuerung durch (z.B.) Abstandssensor mit Arduino-Steuerung. Es lassen sich, je nach Abstandmessung des Sensors, einzelne oder mehrere (zeitlich programmierbare) Zupfbewegungen des Servos programmieren. Es sind pro Arduino mehrere Saiten (max. 6 getrennte Anschläge) möglich.
Material:
• Holzbrett: ca. 50 cm x 30 cm (je nach Saiten Anzahl z.B. auch 50 cm x 50 cm)
• Dünne Leiste als Steg ca. 30 mm x 3 mm, Länge 5 cm und
• Zwei dünne Leisten als Unterlage
• Ausgemusterte Gitarrensaiten oder dünner Draht (möglichst mit 2 Ersatz-Saiten)
• 2 lange Schrauben (pro Saite) mit je 4 Muttern und je 4 Beilag Scheiben.
Servomotor (mit Filzgleiter darunter als Dämpfung) mit Kabelbinder montiert (von den abgebildeten Hebeln der einseitige Hebel)
Sensor (hier Abstands-Sensor)
Mikroprozessor (hier Arduino UNO)
Tonabnehmer Piezo mit Kabel (Klinke) mit Box (oder über Mini-Mischpult) verbunden oder Contact Mikrophon s.u. am Steg anklippsen:
1. BAU
a. Unter das Brett zwei Leisten kleben (damit die Schraubenköpfe nicht aufliegen)
b. (Fast) an den Enden jeweils ein Loch bohren für die 2 Schrauben
c. Schrauben mit zwei Muttern + Beilag Scheibe unter und auf dem Brett befestigen
d. Auf den Schrauben 2 Muttern mit 2 Beilag Scheiben dazwischen aufschrauben.
e. Saite gespannt zwischen den beiden Beilag Scheiben um die beiden Schrauben wickeln und festknoten.
f. Für den Servo zwei Löcher bohren im vorderen Drittel. s Bild
g. Saitenabstand zum Brett mittels der Muttern für die Servo-Hebel-Höhe einstellen (ca. 3 cm Abstand zum Brett)
h. Filz unterlegen und Servo mit Kabelbinder befestigen (fest), so dass der Hebel quer zur Saite steht.
i. Steg einbauen/drunter schieben
j. Mit den oberen Muttern der Spannschrauben lassen sich die Saiten stimmen (spannen oder lockern)
k. Montage Piezo am Steg: mit Gaffer oder anderem Klebeband dicht befestigen
2. MONTAGE SENSOR
(hier Abstandssensor) z.B. an der Seite des Gitarren Bretts
3. MIKROPROZESSOR (hier Arduino) befestigen
a. Verknüpfungen mit Arduino:
i. Servo (Klangerzeuger Gitarre)
ii. Sensor
b. Stromversorgung Arduino durch normales Netzteil 6V/12V. (Oder Batterie)
Stromversorgung des Servo durch Arduino Ausgang
PROGRAMMIERUNG
a. Einführung/Erläuterung
b. Links
c. Fertigbausteine
a. Einführung
Die Aktionen der Roboter können über Mikroprozessoren programmiert werden. Steuerung erfolgt über die Sensoren, deren Signale eine oder mehrere Aktionen der Musikroboter zugeordnet werden.
Die Programmierung ist zwar einfach, erfordert aber einen längeren Vorlauf, um sich mit dem Programm, seiner Installation und Versorgung mit Daten vertraut zu machen.
Für Schulklassen ist ein Vorlauf von etwa 3 Monaten IT-Unterricht sinnvoll.
Im konkreten Fall des Projekts wurden die Schüler*innen nur in die Funktion der Mikroprozessoren eingewiesen, die Programme selbst waren vorgefertigt.
In der Arduino Library finden sich Beispielprogramme z.B. für Servo, die direkt übernommen werden können. Bei Einsatz von Sensoren ist die Programmierung aufwendiger. Hier ist ein mögliches Programm zum direkten Herunterladen angehängt.
b. Links
Es gibt zahlreiche Webseiten, die sich mit der Einführung in die Arduino-Programmierung befassen. Hier ein Auszug:
https://www.sivakids.de/arduino-download-installation/
https://www.sivakids.de/arduino-programmieren/
Vereinfachte Programmierung mit ArduBlock
https://arduino-basics.com/ardublock/
c. Fertigbausteine
Kommentierte Programmbausteine aus der Library (funktionieren, wenn der Arduino und das Programm Arduino IDE installiert ist).
Hier der Anhang mit Endung .txt zum Runterladen dabei. Bitte vor dem Installieren die Endung der folgenden Dateien auf .ino umschreiben: blink.txt, analoginput.txt, swepp.txt, servosteuerung_abstandssensor.txt
WEITERE BEISPIELE FÜR KLANGERZEUGER
Roboterprojekt mit der Klasse 8lila der Wilhelm-Busch-Realschule München
