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Der Raupenroboter

Worum geht’s?

Mit dem Calliope Mini und einem Servo-Motor kannst du einen Roboter bauen, der sich so bewegt wie eine Raupe. Probier es aus, das klappt tatsächlich. 

Material

  • Calliope mini mit Batteriebox 
  • 1 Servo mit Servohorn 
  • Krokodil-Servo-Kabel (Wenn du kein solches Kabel hast, dann lerne in der Krokodil-Servo-Kabel-Challenge, wie du eines machen kannst) 
  • Zweite Batteriebox mit 4 Batterien (1.5 V), Akkus 1.2 V oder eine 4.5 Volt Blockbatterie 
  • Karton, Eisendraht, normales und doppelseitiges Klebeband 
  • Fell und Gewichte (z.B. Muttern oder Schrauben) 
  • Anleitung Calliope für Mac oder PC 
  • Anleitung: Servo mit dem Calliope verbinden und steuern 
  • Computer zum Programmieren 
  • Zwei Calliopes, wenn du deinen Roboter fernsteuern willst 

Diese Programmierbausteine kannst du für den Raupenroboter gut gebrauchen.

Weitertüfteln

  • Programmiere das Calliope so, dass der Roboter mit einer Taste startet und mit der anderen stoppt. Du kannst auch das Display des Calliope so programmieren, dass ein Start- oder Stopp-Symbol angezeigt wird.
  • Verwende ein zweites Calliope, um den Roboter fernzusteuern.
  • Baue einen Vibrationsmotor so ein, dass damit die Richtung des Roboters gesteuert werden kann. Programmiere dann zwei Calliope so, dass du auch die Richtung fernsteuern kannst.

Tipps und Tricks

Hilfe beim Aufbau

Wenn sich der Roboter zwar bewegt, aber nur an einer Stelle bleibt, dann kann das folgende Gründe haben:

  • Es hat kein Fell an den «Füssen»: Klebe unten an die Füsse je ein Stück Fell auf.
  • Das Fell an den Füssen ist nicht richtig angebracht: Die Haare beider Felle müssen in die gleiche Richtung zeigen.
  • Die Füsse berühren den Untergrund nicht richtig: Kontrolliere, ob sich die Füsse einfach nach oben und unten bewegen lassen. Oft helfen auch kleine Gewichte, die auf die Füsse geklebt werden können
  • Der Untergrund ist zu glatt: Probiere, ob es auf einem grossen Papier oder auch einem anderen Untergrund geht.
Hilfe beim Programmieren

Damit sich das Servohorn am Servo bewegt, kannst du Werte zwischen 0° und 180° eingeben. Damit sich das Servohorn hin und her bewegt, brauchst du zwei Bausteine für das Servo und damit die Hin- und Herbewegung möglichst gross ist, musst du beim einen Baustein 0° und beim anderen 180° eingeben.

Das Servohorn braucht etwa eine Sekunde, um von der einen Position in die andere zu gelangen. Darum brauchst du den Baustein «pausiere (ms)» und den Wert 1000. Und weil das Servohorn ja hin und zurück muss, brauchst du den Baustein zweimal.

Damit der Roboter nicht nach einem Schritt aufhört, musst du die vier Bausteine noch in der richtigen Reihenfolge in die Schleife «Dauerhaft» einfügen.

Falls du noch mehr Tipps zum Programmieren oder zum Anschliessen eines Servomotors brauchst, kannst du die Calliope 7 – Servochallenge bearbeiten.

Hinweise für Lehrpersonen

Der gesamte Content von makestars.pingag.ch/ ist creative commons lizenziert.

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Didaktische Hintergrundinformationen zu dieser Challenge können Sie einsehen und downloaden, wenn Sie sich hier kostenlos anmelden.

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Didaktische Hinweise

Die Challenge im Überblick
ChallengeZeitAufgabentypSchwierigkeitsgradKreativität und Tüfteln
Mit Computer90+ Minuten; es handelt sich hierbei um eine Mindestzeitangabe!Auftragsorientierte Umsetzungmitteltechnisches Problemlösen;

Making-Aktivität: Entwickeln und Erforschen

Das Entwickeln (technisches Problemlösen) steht hier im Vordergrund. Der Bewegungsmechanismus des Roboters muss nicht neu erfunden werden, sondern ist vorgegeben. Es geht darum, mechanische Grundkonzepte anzuwenden und zu einem funktionierenden Prototypen zu verarbeiten (Kraftübertragung durch Hebel, Übersetzung einer Rotation in eine lineare Bewegung, unterschiedliche Reibungskräfte aufgrund unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit).

Challengecards – Download

Die Challengecard «Raupenroboter» kann hier als pdf-Vorlage heruntergeladen werden. Der QR-Code auf der Challengecard leitet die Schülerinnen und Schüler direkt auf das betreffende Onlineangebot.

Lehrplanbezug (Lehrplan 21)
FachKompetenzKompetenzzieleKonkret in der Challenge
Natur, Mensch, Gesellschaft (NMG)NMG.3.1hDie SuS können das Zusammenspiel von Grösse und Richtung von Kräften erkennen und an alltagsnahen Beispielen erläutern (z.B. Ziehen eines schweren Schlittens mit kurzer Schnur, Flugbahn beim Ballwurf).
NMG.5.1.fDie SuS können bei technischen Geräten, Bauten und Anlagen naturwissenschaftliche und technische Prinzipien erkennen, die Funktionsweisen beschreiben und erklären (z.B. Konstruktionsweisen bei Fahrrad, Kran, Ruderboot, Barriere). â€‹Hebel, Umlenkrolle, Keil, schiefe Ebene, Gleichgewicht, Stabilität, Bewegung
Medien und Informatik (MI)MI.2.2.eDie SuS verstehen, dass ein Computer nur vordefinierte Anweisungen ausführen kann und dass ein Programm eine Abfolge von solchen Anweisungen ist.
Technisches und textiles Gestalten (TTG)TTG.2.B.1.4bDie SuS können mit beweglichen Konstruktionen experimentieren (z.B. Kugelbahn, Floss, Fallschirm).
können Erfahrungen mit Hebel und Kraftübertragung sammeln (z.B. Wippe, Hammer, Zange).
Nötige Vorkenntnisse

Die Schülerinnen und Schüler müssen erste Erfahrungen mit Servomotoren (kurz: Servo) gemacht haben, insbesondere die richtige Verkabelung mit einer zusätzlichen Spannungsquelle sollte bekannt sein. Dazu bietet es sich an, dass sich die Lernenden die nötigen Kompetenzen mit der «Servo-Challenge» erarbeiten (im Auftrag wird darauf hingewiesen). Erfahrungen mit dem Microcontroller Calliope Mini sind von Vorteil – insbesondere auch mit der Programmierung auf der Onlineprogrammierplattform «MakeCode».

Idealerweise wurden im Vorfeld die beiden ersten Calliope Basis-Challenges und die Servo-Challenge durchgearbeitet.

Kreativität

Fell kann unterschiedliche Reibungskräfte erzeugen. Dieser Umstand wird z. B. bei Skitouren angewendet oder ist auch der Grund, warum Eisbären nicht so leicht auf Eis ausrutschen. Zudem kann beim Weitertüfteln das Drehmoment, welches ein Vibrationsmotor auf einen Gegenstand ausübt, zur Richtungssteuerung verwendet werden. Vorangehend können entsprechende Versuche zu den erwünschten Erkenntnissen führen.

Hinweise zur Problemlösung

Vor der Montage des Servo muss dieser in die Neutralstellung gebracht werden. Dies erreicht man, wenn beim Servo-Programmierbaustein der Wert 90° eingegeben, das Programm auf das Calliope übertragen und das Servo angeschlossen wird.

Roboter mit Tastensteuerung

Start bzw. Stopp mit den Tasten A bzw. B kann mit dem folgenden Programm erreicht werden:

Roboter mit Fernsteuerung

Dazu braucht es zwei Calliope, die beide mit dem folgenden Programm programmiert werden:

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