29.03. Interessanter Nachmittag

Die Mathematik eines Wallplotters

Am 27. März trafen sich sieben interessierte Schüler im Informatikkabinett, um Herrn Professor Zug zu lauschen. Dieser erklärte ausgehend vom Begriff eines Wallplotters die Bestandteile der mitgebrachten „Gondel“. Dabei soll über das gezielte Auf- und Abwickeln von zwei Seilen ein Stift an jede beliebige Stelle der Wand bewegt werden. Im Anschluss diskutierten die Teilnehmer mögliche Probleme beim Einsatz eines Zeichenroboters.

Nach der Festlegung eines Koordinatensystems wurden Gleichungen zur Berechnung einer konkreten Position (x | y) aus den Seillängen hergeleitet. Mit Hilfe der inversen Kinematik wurden die Seillängen aus den Koordinaten bestimmt. Jetzt war technischer Sachverstand gefragt: Muss die Spule zum Aufwickeln einen großen oder kleinen Durchmesser haben? Ein weiteres Problem – die Synchronisierung der Motoren - beim Zeichnen einer geraden Linie wurde aufgeworfen und diskutiert. Der nächste Abschnitt beschäftigte sich mit der Genauigkeit des Bildes und Korrekturmöglichkeiten. Die Vorschläge der Schüler zur Auswahl des Seiles wurden betrachtet, um Schwingungen des Stifts zu verhindern.

Aus informatorischer Sicht wählt man für die Umsetzung eine Auszeichnungssprache wie G-Code, eine standardisierte Programmiersprache für CNC-Maschinen und 3D-Drucker, um Werkzeugwege, Geschwindigkeiten und Aktionen zu steuern. Danach muss ein Interpreter beispielsweise in C programmiert werden, der für die Ausführung verantwortlich ist.

Im zweiten Teil wurde wieder der Alvik programmiert. Im ersten Programm sollten die Fehler gefunden und korrigiert werden. Danach fuhr der Alvik geradeaus und kehrte bei einem Hindernis um. Jetzt sollte die Linienverfolgung realisiert werden, die beispielsweise bei Industrierobotern in Lagerhallen, Transportrobotern in Krankenhäusern oder autonomen Fahrzeugen verwendet wird. Genutzt werden dabei die drei Liniensensoren auf der Unterseite. Dabei senden Infrarot-LEDs Licht auf den Boden und Fototransistoren messen das reflektierte Licht.

Nach einigen Versuchen folgten die kleinen Roboter den Linien, aber je nach Sonneneinstrahlung war eine Anpassung des Schwellenwertes zur Unterscheidung zwischen hell und dunkel erforderlich. Mit dem Ausblick auf die Nutzung des kontinuierlichen Werteverlaufes mit Hilfe eines P-Reglers im nächsten Workshop endete der informative und interessante Nachmittag gegen 17:00 Uhr. Wir bedanken uns bei Professor Zug recht herzlich.

Sylvia Risse