Projekte
Mindstorm meets Rubiks Cube
09. April 2009
Lego-Mindstorms-Projekt von Schülern der 10A im Schuljahr 2008/09.
Im Rahmen eines Projekts im Fach Informationstechnologie konstruierte eine Schülergruppe der 10a einen Roboter, der den Rubiks Cube (aka Zauberwürfel) aus definierten Ausgangsstellungen heraus lösen bzw. Muster erzeugen kann.
Eine Lösung aus einer beliebigen Stellung war mangels Farbsensor noch nicht möglich. Die Konstruktion und Programmierung, in die die Schüler viele Stunden investiert hatten, überzeugt jedoch durch ihre Robustheit und den Einfallsreichtum, mit dem die Schüler die vielen kleinen und größeren Probleme (z.B. das Verkanten des Würfels) gelöst haben.
{youtube}oLuHg8al1Gk{/youtube}
Im Projekttagebuch sind die einzelnen Arbeitsschritte kurz zusammengefasst:
Vorbemerkung
Die Grundidee bestand darin, einen Drehmechanismus für alle sechs Seiten des Würfels zu haben. Darum muss der Würfel auf alle seine Seiten kippbar sein. Also haben wir beschlossen, den Roboter aus drei Grundelementen zusammenzusetzen.
Element 1 ist der motorisierte Drehteller, auf dem der Würfel liegt. Da die Legostandardlängen nicht kompatibel mir den Kantenlängen des Würfels sind, haben wir eine Halterung aus Holz angefertigt, die wir mit einem doppelseitigen Klebeband an dem Drehteller befestigt haben. Damit nur die untere Ebene gedreht wird, und nicht der ganze Würfel, müssen die oberen beiden Ebenen fixiert werden. Dazu dient Element 2, eine Klammer, die von oben auf den Würfel hinabgeschwenkt wird.
Um den Würfel auch Kippen zu können, besteht Element 3 aus zwei sich gegenläufig eiernden Rädern, die eine Würfelseite packen und nach oben ziehen, was dazu führt, dass der Würfel um 90° kippt. Somit kann jede der sechs Seiten gedreht werden.
Umsetzung
| 19.01 | Wir haben eine Halterung aus Lego für den Zauberwürfel gebaut, sie ist aber leider unsymmetrisch. Da muss eine bessere Lösung her … Außerdem haben wir getestet, ob der Motor mit dem verwendeten Getriebe genug Kraft aufbringen kann, um die untere Würfelebene zu drehen: Er ist stark genug. |
| 26.01 | Wir haben die Halterung verbessert. Trotzdem fällt der Würfel, wegen des schlechten Kippmechanismus, aus ihr heraus. Es bedarf wohl noch Arbeit. |
| 29.01 | Unser Modell hat Füße bekommen und fällt nicht mehr um. Und wir haben einen Prototyp der Würfelklammer erstellt. |
| 05.02 | Heute klappt es endlich mit der Halterung denn wir haben sie durch eine selbst gebaute Holzfassung ersetzt. |
| 09.02 | Würfelklammer wurde von uns befestigt, dadurch kann der Roboter die untere Würfelebene drehen. Wir haben auch den Kippmechanismus durch die Verwendung nachgiebiger Reifen verbessert. |
| 12.02 | Der Kippmechanismus wurde am Modell befestigt. Der Roboter ist für die Programmierung bereit. |
| 16.02 | Wir haben ein Problem: Der Roboter dreht den Winkel nicht richtig im 90°-Winkel, deshalb verkantet sich die Klammer. |
| 19.02 | Um das Problem zu lösen, haben wir den Roboter auseinandergenommen und dass Übersetzungsverhältnis des Motors zum Drehteller zu ändern. Hoffentlich löst das unser Problem. |
| 02.02 | Die Zeit wird knapp, eine neue Holzfassung soll das Problem verringern. |
| 03.03 | Wir programmieren das Karomuster aus zusammengestellten Funktionsblöcken, jedoch macht das Drehproblem komplexere Muster vorerst unmöglich. |
| 04.03 | Durch die Markierung der Ecken des Drehtellers kann nun ein Lichtsensor die richtige Position gewährleisten. Ab jetzt laufen beliebig lange Programme ohne größer werdende Fehler. Das Punkte-Muster läuft jetzt auch ohne Probleme. |
| 05.03 | Der Speicher des Roboters reicht jetzt nur noch für ein Programm: das Ying-Yangmuster. Heute ist Tag der offenen Tür. |
Julian, Jan und Patrick