Die smarte Schublade
Der Anfang
Erster Versuch des Projekts:
Um unser Projekt zu machen, haben wir eine große Anzahl von Ideen gesammelt.
Zuerst wollten wir etwas machen, um Energie zu produzieren. Das einzige an das wir dachten, was wir machen konnten ohne Wasser oder Wind zu benutzen, waren Magnete, um erneuerbare Energie zu produzieren.
Aber es war schnell klar, dass diese Idee nicht die beste war und unsere Lehrerin sagte uns, dass wir uns etwas originelles ausdenken sollten.
Dann hatten wir plötzlich die Idee, etwas mit Arduino zu probieren.
Anschließend hatten wir eine neue Idee, etwas zu bauen.
Wir hatten einige Tage gebraucht, um etwas zu finden, das wir vielleicht ausprobieren könnten. Wir hatten dann die Idee etwas wie eine “Sachen bewegende Maschine” zu bauen.
Wir hielten die Idee einen Versuch wert, also versammelten wir uns alle und begannen mit den Grundlagen der Bauteile.
Wir machten verschiedene Experimente, um herauszufinden, wie wir die Idee umsetzen konnten. Für das erste Experiment brauchten wir folgende Sachen:
- Karton
- Klebstoff, der schnell trocknet
- Kabeln
- ein Arduino
- Klipps
- elektrischer Motor
Über unser Projekt:
Die intelligente Schublade
Wir dachten, daß es interessant wäre, ein Projekt über etwas das wir zu Hause benutzen zu machen. Wir kamen zur selben Meinung. Wir haben alle das Problem, unsere Schubladen zu organisieren. Wir dachten ein bisschen darüber nach und kamen zum Ergebnis, das es herausfordernd wäre, eine sich selbst organisierende Schublade zu entwickeln. Es ist sehr nervend, immer wieder unsere Klamotten zu organisieren und so war die Idee der intelligenten Schublade geboren.
Wir haben mit einer sehr einfachen Idee begonnen. Ein Gerät, dass wenn man ein Kleidungsstück nähert, mit einem Licht zeigt, wohin man es legen muss.
Wir dachten zuerst, NFC (Near Field Communication) zu benutzen, die Technologie die in den meisten Bustickets benutzt wird.
Nach vielen Versuche haben wir das erste Model aus Karton gebaut. Dann haben wir ein Programm entwickelt, dass unsere Busfahrkarten und anderen NFC Schilde (Chips) erkennt und identifiziert. Das Programm zeigte in einem Bildschirm welches Schild es identifiziert hat. Die Information konnte man leider nicht gut sehen, weil sie auf dem Bildschirm nicht gut dargestellt wurden.
Unser nächstes Ziel war es, den Bildschirm zu reparieren und die Software zu verbessern. Wir wollten auch das System verbessern, damit es Daten von einer Webseite kopieren kann. Ebenso mussten wir das Gerät in ein Holzmodel einbauen, um den ersten funktionierenden Prototyp zu haben.
Um ein Förderband zu bauen, suchten wir auf verschiedenen Webseiten, wie Google und YouTube. Leider fanden wir nichts passendes mit dem wir arbeiten konnten. Daraufhin haben wir uns entschlossen, unser eigenes Design für unser Förderband zu entwickeln.
Wir bauen ein Förderband:
Was ist ein Förderband?:
Ein sich kontinuierlich bewegendes Band aus Stoff, Gummi oder Metall, das zum Transport von Gegenständen von einem Ort zum anderen verwendet wird.
Fördersysteme:
Eine typische Förderanwendung in der Industrie ist zum Beispiel die horizontale Bewegung auf einem Bandfördersystem von Behältern von einem Kommissionierbereich zur Verpackung für den Versand. Zum Übertragen einer Last von einer Ebene auf eine andere (vertikale Bewegung) gibt es vertikale Hubförderer oder auch Rolltreppen.
Design eines horizontalen Bandfördersystems:
Wir entschieden uns ein horizontales Bandfördersystem zu bauen, weil es technisch einfacher umzusetzen ist. Ebenso ist für eine horizontale Bewegung weniger Kraft erforderlich. Dies bedeutet, dass wir einen kleineren Motor benutzen konnten.
Nachdem wir uns für das Banddesign entschlossen hatten, machten wir uns daran die richtigen Materialien zum Bauen zu finden und zu versuchen, sie als Prototyp herzustellen.
Wir gingen zunächst zu einem Fachgeschäft in der Stadt, wo wir einige kleinen Röhren fanden, die wir für den drehenden Teil des Förderbands verwenden würden.
Das nächste, was wir brauchten, war das Material des Förderbands. Am folgenden Tag recherchiert wir über verschiedene Materialien, die wir verwenden konnten oder die normalerweise in Förderbändern verwendet werden. Wir entschieden, dass das beste Material für unsere Anwendung eine Art Gummimaterial für das Förderband ist, da das Gummi wahrscheinlich in die Rohre greift und sich leicht drehen lässt. Diese Idee wurde schnell verworfen, als wir keine Gummimaterial fanden. Also entschieden wir uns, stattdessen synthetisches Material für unser Förderband zu verwenden.
Aufbau:
Das erste Problem, dass wir lösen mussten, war zu entscheiden, welches die besten Materialien für den Bau unsere Schublade sein würden.
Für unser Projekt haben wir den besten Karton, das beste Holz, den besten Kleber, das beste Klebeband und die beste Strategie ausgewählt. Somit waren wir sicher, die Schublade und das Sortiersystem mit dem Förderband gut zu bauen und alles richtig zusammen setzen zu können.
Wir brauchten fünf verschiedene Versuche mit Pappe und zehn Papierdesigns, um einen gutes und solides Basismodell zu finden, mit dem wir arbeiten konnten.
Es bestand aus zwei beweglichen Hebeln, die sich um 90 Grad bewegen und damit das Objekt, das auf sie zukommt, verschieben. Wir fanden eine Woche später einen Fehler in diesem System, nachdem einer der beweglichen Hebeln stecken geblieben war.
Leider hing das Förderband durch, als wir schwere Dinge darauflegten. Wir beschlossen, ein Stück Holz zwischen die zwei Lagen des Förderbandmaterials zu legen, um sicherzustellen, dass es sich immer noch dreht, egal wie viel Gewicht auf das Förderband gelegt wurde.
Ebenso entschieden wir uns, das System auf einen Hebel zu reduzieren, weil der zweite Hebel permanent stecken blieb.
Der Hebel wurde auf einen sich bewegenden Motor gesetzt, der vom Arduino gesteuert werden konnte. Das Arduino ermöglichte es, den Motor 180 Grad nach unseren Wünschen zu drehen. Natürlich mussten wir diese Option reduzieren und beschlossen den Motor nur um 90 Grad zu drehen, da unser Modell klein war. Es würde sonst zu lange dauern, bis der Hebel an die, auf dem Förderband kommenden Objekt, kommt. Die Gefahr ein Objekt zu verpassen war zu groß.
Observationen:
Während des Projekts haben wir die folgenden Sachen beobachte. Wir hatten am Anfang verschiedene Modelle und haben gesehen, das die Modelle mit Hebeln und einem Förderband am besten funktioniert würden.
Wir haben bei dem Design des Systems mit einem Model mit zwei Hebeln angefangen. Wir fanden schnell heraus, dass unsere ursprüngliche Idee mit mehr als einem Hebel nicht funktionieren würde, weil zu viel Platz nötig war.
Mit dieser Erkenntnis konnten wir den ersten Prototypen entwickeln. In diesem ersten Prototypen fanden wir mehrere kleine Fehler, mit der Position des Hebels.
Am Anfang hatten wir die Idee unsern Hebel verschieben zu können, aber wir hatten dann Probleme mit dem Platz. Letztlich entschieden wir uns, ihn auf der Seite, wo mehr Platz war zu montieren.
Wir fanden auch heraus, welche Materien am besten waren und wie man sie benutzen sollten.
Mit dieser Erkenntnis bauten wir unseren ersten Prototypen mit einem Hebel. Anschließend entschieden wir uns, uns auf das Förderband zu konzentrieren.
Auch an diesem Model mussten wir vieles ändern. Zum Beispiel das Programm, daß wir für die Steuerung brauchten, benötigte viel Arbeit. Zuerst erkannte unser Lesegerät die NFC nicht korrekt. Ebenfalls hatten wir Probleme mit dem Display der Daten.
Nachdem unser Förderband funktionierte, gab es Probleme als wir es in die Schublade montieren wollten. Da es bei der Montage ständig klemmte, entschieden wir uns das Förderband zu verkleinern. Mit dieser Änderung passte es perfekt in die Schublade.
Noch etwas das bei diesen Model nicht funktionierte, war die Position der Nägel. Die Distanz zwischen den Nägeln war zu klein, wir mussten weniger Nägel benutzen.
Wir fanden auch heraus, dass wir das Förderband nicht mit Rohren drehen konnten, da das Band über die Rohre rutschte. Wir entschieden uns, anstelle von Rohren Bleistifte zu benutzen. Diese Alternative funktionierte viel besser.
Als wir die Prototypen des Förderbandes und des Hebels fertig hatten, mussten wir beide zusammenbauen. Wir stellten fest, dass der Hebel nicht passte. Nachdem wir die Position des Hebels ein wenig verändert hatten, war das Problem gelöst.
Als wir alle technischen Probleme des Förderbandes und der Hebel gelöst hatten, mussten wir uns um den Bau der Schublade kümmern. Wir wollten zuerst dickes Holz benutzen, um unsere Schublade stabiler zu machen. Leider war es sehr schwer, das dicke Holz zu bearbeiten. Wir probierten verschiedene Hölzer aus und entschieden uns, eine dünnes Sperrholz zu benutzen. Die dünnen Sperrholzplatten konnten wir viel einfacher bearbeiten.
Zum Kleben der verschiedenen Teile der Schublade haben wir Klebstoff benutzt. Wir mussten mit verschiedenen Klebstoffen probieren, um herauszufinden, welcher Klebstoff am schnellsten trocknet und am besten die Teile zusammenhält. Am Ende entschieden wir uns nicht für Klebstoff, sondern für Silikon.
Bei manchen Teilen konnten wir das Silikon nicht verwenden. Wir probierten dann zwei Arten von Tesafilm aus. Den normalen und einen speziellen Tesafilm für Holz. Es stellte sich heraus, dass der Tesafilm für Holz viel besser geeignet war für unser Projekt.
Vorbereitung:
Einen Tag im März vor der Quarantäne entschieden wir uns gemeinsam für den Bau eines Schublade-Modells, dafür brauchten wir Holz, ein Gummiband, ein Rohr, Zahnstocher, Nägel und Werkzeuge. Da wir nicht viel von Holz verstehen, kauften wir das Billigste in einem Laden.
Dann machten wir uns auf die Suche nach einem Rohr. Das erste Rohr, dass wir kauften, war zu dick und wir konnten es kaum schneiden.
Stoff für das Förderband, Zahnstocher, Nägel, fanden wir ohne große Probleme.
Mit der Hilfe eines Erwachsenen schnitten wir die Holzteile der Schublade mit einer Stichsäge aus.
Aber als wir anfingen, die Holzteile zusammenzunageln, stellten wir fest, dass das Holz zu dünn war. Die Nägel gingen durch das Hold und schauten auf der anderen Seite heraus. Das war zu gefährlich und jemand könnte sich verletzten. Also verwarfen wir die Idee mit den Nägeln und konzentrierten uns auf einen andere Möglichkeit, die Holzteile zu verbinden. Die Lösung war Kleben.
Wir hatten das Material bereits gekauft und beschlossen, die Schachtel mit Klebeband abzudecken, damit sie sich nicht so stark öffnet. Nach dieser Arbeit hatten wir eine mit Klebeband bedeckte Schublade.
Aufbau des Förderbands:
Das Design des Förderbandes dauert sehr lange.
Wir haben mit einfachen Modellen begonnen, die wir online gefunden haben, genau wie die Förderbänder, die man in einem Industrieunternehmen benutzt.
Als wir anfingen, das Förderband zu entwerfen, bemerkten wir, dass das größte Problem der Antrieb sein würde. Bei den ersten Versuchen rutschten die Rohre am Gummiband. Das Gummiband bewegte sich nicht.
Eine Möglichkeit war es den Druck zu erhöhen. Leider war diese Idee nicht ausreichend, denn das Gummiband rutschte immer noch über die Rohre.
Also überlegten wir uns, das Material der Rohre zu ändern. Unsere erste Idee war es, die Rohre aus einer Art widerstandsfähigem Kunststoff zu machen, aber das scheiterte und funktionierte nur 10 Sekunden lang.
Also haben wir uns entschlossen, unser eigenes Design zu machen.
Unser Design besteht aus zwei Bleistiften, die durch Löcher in der Schublade fixiert sind. Diese Löcher sind groß genug, damit der Bleistift eine Kreisbewegung ausführen kann, aber nicht zu groß, um herauszufallen.
Um das Problem des Rutschens des Gummibandes über die Bleistifte zu verhindern, klebten wir kleine Silikonkugeln auf die Stifte. Somit erreichten wir, dass sich die Reibung zwischen Gummiband und Bleistift erhöhte, damit sich das Band problemlos und ohne durchzurutschen, bewegen konnte.
Ein weitere Vorteil, warum wir Bleistifte verwendet haben, war, dass sie eine Bleistiftmine in der Mitte haben. Dort konnten wir sehr leicht ein Loch bohren, um den Motor zu montieren. Dieser Motor treibt das Förderband an.
Arduino:
Ein wichtiger Teil des Projekts war das Programmieren und die Elektronik.
Wir mussten uns überlegen, wie wir verschiedenen Objekte auf dem Förderband identifizieren können, um sie anschließend richtig in der Schublade zu sortieren.
Die beste Methode, die wir identifizierten, war die NFC (Near Field Comunication), ein internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten über kurze Strecken von wenigen Zentimetern.
Diese Technologie wird zum Beispiel in vielen Busfahrkarten benutzen. Man braucht einen Chip mit den Daten und ein Lesegerät, um die Daten des Chips zu lesen.
Dies ist die perfekte Technik für unser Projekt. In jeder Schublade wird es ein Lesegerät geben und jedes zu sortierende Teil muss einen Chip mit den notwendigen Data haben, um es identifizieren zu können.
Wir mussten uns zuerst intensiv mit der NFC Technologie auseinandersetzten. Nachdem wir uns mehrere Wochen im Internet informiert hatten, fingen wir an zu programmieren und die Komponenten zu kaufen.
Zuerst identifizierten wir die NFC Chips und anschließend beschäftigten wir uns mit dem Lesen der Daten auf den Chips
Anschließend mussten wir herausfinden, wie wir die Elektromotoren (Servo) steuern.
Die Information auf dem Chip wird zum ersten Mal auf dem Bildschirm dargestellt. Das NFC funktioniert.
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Das Verbinden der Komponenten (Löten).
Schlussfolgerung:
Nachdem wir schließlich das Förderband, die Hebeltechnik, das Holz und die Motoren fertig hatten, machten wir uns an die Montage aller Teile.
Zuerst klebten wir die Schublade mit dem Kleber unsere Wahl zusammen. Das Zusammenbauen dauerte einige Zeit, aber nach ein paar Versuchen, war die Schublade fertig.
Nun mussten wir den Motor mit dem Hebel verbinden. Dazu mussten wir ein Loch in ein Verbindungsstück bohren.
Dann haben wir die Halterung gebaut, um den Hebel zu halten.
Diese bestand aus zwei langen Seitenstützen und einem langen Mittelstück, an dem wir den Motor befestigten.
Als nächstes haben wir das Förderband zusammengebaut, dies besteht aus zwei kürzeren quadratischen Seitenteilen und zwei längeren Teilen. Wir haben die Löcher für die Bleistifte gebohrt, das Band hinzugefügt und sie mit dem Hebelmechanismus verbunden.
Um fortzufahren, montierten wir das NFC Lesegerät unter dem Förderband und verbanden den ersten Motor mit dem Bleistift, sowie den zweiten Motor mit dem Hebelmodell.
Im letzten Schritt haben wir alles mit dem Arduino verbunden, dem “Gehirn” der intelligenten Schublade. Ebenso stellten wir die Verbindung zu dem Bildschirm her.
Sollte das Objekt auf dem Förderband einen identifizierten Chip haben, bewegt sich der Hebel um 90 Grad und schiebt das Objekt in das erste Fach.
Kann das Arduino das Objekt auf dem Förderband nicht identifizieren, fällt es in das zweite Fach.
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