Das Projekt
“RAP THE SCRAP” – Roboter reduzieren, verwalten und recyceln Müll. So lautet das Thema der WRO 2016 Open Category.
Unserer Meinung nach ist Müll generell ein Problem, das bereits heute mehr oder weniger auf allen Erdteilen schon akut ist und für das in naher Zukunft aus unterschiedlichsten Gründen (Fehlende Entsorungsmöglichkeiten, Umweltrisiken, Rohstoffknappheit, Energieverbrauch usw.) Lösungen gefunden werden müssen. Das Thema geht uns alle an und dies auch schon im täglichen Leben.
Unser Teamcoach und Lehrer Herr Dreier hatte eine Bewerbung der EGN-Robots für das Kooperationsprojekt mit SAP, dem größten europäischen Softwarehersteller mit Sitz in Walldorf, eingereicht und wir wurden tatsächlich als eines der 10 Teams aus Deutschland ausgewählt.
Für den 19. Februar wurden wir zu einem ARDUINO-Workshop bei SAP in Walldorf eingeladen. Aufgrund der Entfernung von über 450 km nahmen wir mit einer Hotelübernachtung teil und es war ein tolles Erlebnis mit den anderen Teams zusammen. Wir lernten viel Neues über den ARDUINO und die Möglichkeiten der unterschiedlichsten Sensoren. Unser SAP-Mentor Hao Hu konnte leider nicht teilnehmen, aber wir nahmen ersten Kontakt auf. Während des Workshops und der Autofahrten wurde viel über ein mögliches Projekt nachgedacht. Es kamen, wie auch bei den anderen Teams, Ideen in Richtung Reinigung der Weltmeere oder unserer Umwelt durch Roboter, effektivere Sortierung von anfallendem Müll oder der Reduzierung von Coffee To Go – Bechern auf. Die Überlegungen führten aber meistens zu dem Ergebnis, dass eine tatsächliche Umsetzung einer solchen Idee bzw. der Bau eines größeren Roboter durch unser kleines Team nicht umzusetzen wäre. Und gerade eine wirkliche Funktion des Roboters war uns sehr wichtig.
Beim Stöbern im Internet unter dem Suchbegriff “Recycling” stießen wir eher zufällig auf das Recyceln von Deponien, dem Deponiebergbau (Landfill Mining). Sehr schnell war dann unser Projekt geboren. Wir wollten einen über EV3 gesteuerten Roboter bauen, der echte Bohrproben nimmt und diese zu einer Sortierstation aus LEGO mit unterschiedlichsten ARDUINO-Sensoren bringt.
Der Bau eines fahrenden Roboters war aufgrund unserer WRO-Erfahrungen in der Regular Category schnell gemacht und uns war klar und sehr wichtig, dass der Roboter auch tatsächlich Bohrgut fördern und transportieren sollte. Es wurde unsere “Kiste” in 1 x 1 m Größe gebaut, die später mit Deponieersatzmaterial gefüllt werden sollte. Außerdem entstand die Idee, den Roboter über den IR-Empfänger und drei IR-Sender (Fernsteuerungen) des Mindstorms EV3 unter Ausnutzung der Trilateration (siehe Seite 6) zur frei definierbaren Bohrpunkten fahren zu lassen.
Zwischenzeitlich wurden wir für den 7. Mai zu einem zweiten Event bei SAP in St. Leon-Rot eingeladen, bei dem eine erste Präsentation unseres Roboters zusammen mit den anderen 9 Teams aus Deutschland erfolgen sollte.
Diese Aufgabe vor Augen intensivierten wir unser Arbeiten und mussten leider feststellen, dass das realen Fördern von Material wie z. Bsp. Sand mit LEGO-Bauteilen nicht funktionierte.
Durch unseren zweiten Teamcoach der im Baubereich arbeitet, bekamen wir die Anregung, uns bei der Fa Jacbo Pfahlgründungen zu informieren. Auf unsere Fragen hin bekamen wir die Antwort, dass es sicherlich möglich sein dürfte, mit einem Schneckenbohrer entsprechendes Deponiematerial zu fördern. Die Fa. Jacbo erstellt Schneckenbohrpfähle für Bauwerksgründungen mit einem Durchmesser von bis zu 1,20 m und kann dabei sogar Felsböden durchdringen. Abhängig vom Bohrdurchmesser sind Tiefen von bis zu 25 m möglich, so dass uns eine tatsächliche Umsetzung unseres Scrapminers 1.0 sehr realistisch erscheint.
In Anlehnung an die Fotos der Schneckenbohrer kauften wir schließlich einen Schlangenbohrer mit 18 mm Durchmesser mit dem sonst Holz gebohrt wird und PVC-Kabelschutzrohr als Mantel für die Materialförderung. Das notwendige Einkürzen des Bohrers und Einbohren eine Loches in der Achse für die Verbindung mit einem LEGO-Motor funktionierten erstaunlich gut. Aufgrund des doch sehr schweren Bohrers wurden einige Verstrebungen am Roboter ergänzt und es wurde ein Bohrgerüst angebaut. An diesem Gerüst fuhr der an einer LEGO-Fahrzeugkette befestigte Motor dann Ende April das erste Mal mit drehendem Motor durch den EV3 gesteuert auf und ab. Sogar erste Bohrversuche im Sandkasten gelangen.
In Vorbereitung auf die Präsentation bei SAP sollte dann noch die schon fertig programmierte Navigation des Roboters in seiner “Kiste” installiert werden. Dabei kam es zu erheblichen Problemen, da sich anscheinend die IR-Sender trotz unterschiedlich eingestellter Frequenzen gegenseitig beeinflussten oder es Spiegelungen/Reflexionen an den Kistenwänden oder anderen Bauteilen gab. Immer wieder kam es zu wirren und nicht nachvollziehbaren Roboterbewegungen. Auch ein Anstrich der Kistenwände, unterschiedliche Wandmaterialien und eine Anfrage bei LEGO brachten keinen wirklichen Lösungsansatz. Schließlich machten wir uns eher unzufrieden mit unserer leeren “Kiste” und einer kleinen sandgefüllten Box auf den Weg zu SAP, um wenigstens das Bohren zeigen zu können.
Die Fahrtkosten zum zweiten Event wurden wie auch die Übernachtung in der schönen Jugendherberge Heidelberg durch SAP übernommen. In der Nacht vor der Präsentation wurde lange auf dem Zimmer getüftelt und wir bekamen es zumindest hin, den Roboter zu einem Punkt fahren zu lassen, indem wir die IR-Sender nacheinander von Hand ein- und ausschalteten. An diesem Abend kam der Roboter außerdem zu seinen Namen SCRAPMINER 1.0.
Die Präsentation fand vor sehr vielen Besuchern statt. Es gab viel Staunen bei den Kindern für das Bohren im Sand und viele Fragen der SAP-Mitarbeiter zu unser Navigation, die wir über die Farbkreise in unserer “Kiste” beantworten konnten. Wir hatten den ganzen Tag über Kontakt mit unserem SAP-Mentor Hao Hu und arbeiteten sofort gemeinsam an unseren Problemen. Für das Problem der IR-Sender kam uns die Idee eines ARDUINOS, der die Sender nacheinander ein- und ausschaltet. Außerdem wurde entschieden, auf die aufwendige Sortierstation zu verzichten und stattdessen einen zweiten ARDUINO am Roboter anzubauen, um direkt bei der Bohrung Sensorwerten erfassen zu können. Diese sollten dann ich Echtzeit über eine Bluetooth-Verbindung präsentiert werden. Nach zwei langen Tagen fuhren wir geschafft, aber mit neuen Ideen, wieder nach Hause.
Bis zur heutigen Präsentation hatten wir noch sehr vielen engen Kontakt mit Hao Hu und er hat uns zu Hause und unsere Schule in Nordhorn besucht. Wir haben den ARDUINO mit dem notwendigen Akkupack und unterschiedlichsten Sensoren am Bohrroboter montiert und sehr viele Testfahrten gemacht. Zuerst auf einer Styrodurplatte als Höhenausgleich in unserer “Kiste” und später auch auf der jetzigen Sandfüllung, in der wir nun an zwei Bohrstellen unterschiedliches “Deponiematerial” eingebaut haben. Das geeignete Bohrmaterial musste in vielen Versuchen ausprobiert und optimiert werden, da es immer wieder zu kleinen Problemen kam. Beispielsweise zeigten auch erst die Fahrten auf Sand, dass ein “Unterboden” zwingend notwendig ist, um die LEGO-Motoren vor Sandeintritt zu schützen. Parallel wurden die IR-Sender fest angebracht, die “Kiste” mit Namenszügen verkleidet, die Plakate für die Rollups gestaltet und Ideen für die Projektpräsentation entwickelt.
In den letzten Tagen wurde noch die Datensammlung und -übertragung der Sensorwerte vom ARDUINO auf eine extra von Hao Hu programmierte APP optimiert. Diese APP ist unser Highlight und steht für eine absolut gelungene Kooperation mit SAP. Wir haben sehr viel von Hao gelernt bzw. bei SAP erlebt und Hao hatte sehr viel Spaß daran, uns mit seinen Fähigkeiten und Möglichkeiten zu helfen.
