J.A.M.M.M.

Team Name: Die J.A.M.M.M.E.R. @ Institut: TI

Die J.A.M.M.M.E.R. konstruierten insgesamt 3 Projekte. Das Hauptprojekt ist die 3D-Fräse. Nebenprojekte sind eine elektrische Ultraschall-Gitarre und ein Racing Car. {readmorelink}Weiter zum Beitrag.{/readmorelink}

Hauptprojekt Der J.A.M.M.M.
(= Just Another Multifunctional Milling Machine)


Inspiration/Idee: Eventuell die Minecraft-Idee ansprechen

Unser 3D-Drucker ist streng genommen kein Drucker und auch keine Fräse, dafür aber eine Stampfe.
Das "Druck"-Prinzip basiert auf die Flexibilität und Modifizierbarkeit unseres Werkstoffes: Blumenschaum (Steckmasse).
Sobald die Steckmasse in gewisser Weise verformt wurde, verbleibt sie in dem verformten Zustand.
Daraus leiteten wir ab, dass das Stampfen eines 3D-Höhenprofils grade noch im Bereich des Machbaren mit dem für uns zur Verfügung gestelltem Lego Mindstorms Packetes liegt.
Als Stampfwerkzeug verwendeten wir einfachhaltshalber die quadratische Fläche der Rückseite eines Streichholzes, damit die Ansteuerung and Kalibrierung der Pixel des Höhenbilds leicht überprüft werden kann.
Wobei angemerkt sei, dass man an der Stelle auch einen belieblig kleinen Bohrkopf einbauen und einstellen könnte, da die Quantisierung, Skalierung und Ansteuerung autonom vom Programm durchgeführt wird.

Die Heightmap:

Um ein 3D-Höhenprofil zu drucken, braucht der Drucker eine Vorlage.
Unsere Lösung besteht darin, ein Graustufen-Höhenbild einzuladen und die Graustufen einzelner Pixel der Höhe zuordnend quantisieren.
Es wird über die GUI ein beliebiges .jpeg Bild ins Programm geladen.
Als Vorraussetzung an den Verwender setzen wir, dass das Bild ein Graustufenbild ist. Die Bild-Matrix mit der wir arbeiten, ist 3-Dimensional:
Die 1. und 2. Dimension beschreiben die Farb-Werte in der 8-bit-jpeg-File, während die 3 Dimension, von der es 3 Zuordnungen gibt,
die Rot-Grün-Blau-Werte beschreiben. Da das Bild ein Graustufenbild ist, wird eine beliebige "Schicht" eingelesen, sodass die dritte Dimension wegfällt.
Man hat nun eine zwei-dimensionale Matrix, die die Höhenwerte der einzelnen Bildpixel beschreibt, wenn man Schwart als tiefster Punkt und weiß als höchsten Punkt definiert.


Das Druck-Prinzip:

Zuerst muss der Druckkopf kalibiert werden: Dazu werden alle Motoren bis zum Anschlag an Drucksensoren angefahren,
wodurch sich ein Nullpunkt für weitere Berechnungen ergibt.
Dann fährt der J.A.M.M.M. zum Nullpunkt des Arbeitsbereiches, welches einen bautechnischen Sicherheitsabstand zum kalibrierten absoluten Nullpunkt besitzt.

Von diesem Punkt aus beginnt der eigentliche Druck:
Reihe für Reihe und Spalte für Spalte fahren die X- und Y-Motoren jeden Pixel an.
Praktisch wäre eine Auflösung von bis zu 26 Megapixel möglich, wenn ein idealer und möglichst kleiner Bohrkopf vorhanden wäre. Der Z-Motor sorgt für den Stampf-/Druckvorgang.
Die quadratische Fläche der Rückseite des Steichholzes wird bis zum passenden z-Wert, welches sich aus dem Graustufenbild ergibt, herunter- und wieder hochgefahren.

Nachdem alle Pixel "gedruckt" wurden, kehrt der J.A.M.M.M. in den Ausgangszustand zurück.


Die GUI:

Unser Graphical User Interface besitzt einfache, aber dennoch wichtige Elemente:
- Diverse Buttons zum Laden des Bildes und zum Starten/Stoppen des Druckvorgangs
- Ein Preview-Fenster, in dem das eigeladene Graustufen-Bild gezeigt wird
- Eine Konsole, die alle Statusmeldungen des Druckers ausgibt



Video:



Nebenprojekt 1: Die Ultraschall-Gitarre



Eine elektronische Gitarre auf der man gut "J.A.M.M.E.N." kann? Die gibt's nur bei uns! Sie besteht wie eine echte Gitarre aus einem Korpus und einem Hals. Als "Tonabnehmer" dient ein Ultraschallsensor, der die Entfernung bis zu einer auf dem Hals frei bewegbaren Platte misst. Unterschiedliche Abstandsintervalle bedeuten unterschiedliche Noten. Um den Ton auszugeben, musste ein Drucksensor betätigt werden. Diese Kombination gab uns die Möglichkeit sowohl in der Länge der Noten und in den Tonhöhen zu variieren, wodurch man ganze Lieder spielen konnte. Wir teilten die Gitarren in folgende Noten ein: A, H, C, D, E, F, G, A, B Somit war es uns möglich, die Melodien von "Tetris" (A-Theme) und "He's A Pirate" (Fluch der Karibik) zu spielen!



Nebenprojekt 2: Der Dragster



Unser Dragster ist kein normales Rennauto! Mit dem aerodynamischen und besonders leichtem Design lässt er die Konkurrenz wie Schnecken aussehen. Er besitzt 2 Motoren, die mit einer optimalen Übersetzung große Räder ansprechen, wodurch sich der Dragster besonders schnell fahren lässt. Ein integrierter Lichtsensor kann vor Gefahren, wie z.B. einer sich näherndern Wand, warnen. Um jedoch die maximale Leistung aus den Motorren nutzen zu können, haben wir größtenteils auf Design und Flexibilität verzichtet, denn beim Dragster geht es nur um die Geschwindigkeit! Geschätze 15 km/h, welche für Lego-Roboter unüblich sind, konnten erreicht werden.

Roboter Wintersemester 2013/14

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Bei weiteren Fragen bzgl. des Projekts - MATLAB meets LEGO Mindstorms - wenden sich Externe bitte an Marcin Kpaczka.

Fragen von Projektteilnehmern werden dagegen im Diskussionsforum des projektspezifischen L²P Lern- und Lehrportals unter
www.elearning.rwth-aachen.de beantwortet.

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