Abb. 1: Der beste Linefollower der Fakultät Elektrotechnik.

Ein Linefollower ist ein Fahrzeug, das einer Linie auf dem Boden folgen kann (siehe Abbildung 1). Ähnlich ist ein Fahrzeug, das einen Weg durch ein Labyrinth (engl.: Maze) finden muss. Für beides werden nationale und internationale Wettbewerbe veranstaltet. Die Fahrzeuge sind ähnlich. Ein gute Übersicht gibt es hier:

• UKMARS: Line Follower
• UKMARS: Micromouse (Labyrinth)
• Kerry Scharfglas: Kerise Micromouse

In diesem Kurs werden wir ein Fahrzeug für das Linefollowerproblem bauen. Dabei haben wir schon einige Komponenten ausgewählt bzw. entworfen und gefertigt. Anhand des Linefollowers werden wir die Aspekte

• Mechanik / Physik
• Elektronik / Elektrische Schaltungen / Elektrischer Motor
• Programmierung / Mikrocomputer
• Mathematik für die Modellierung

immer im Hinblick auf den Linefollower betrachten. Im Moodlekurs Interdisziplinäres Arbeiten für EIT finden sie weitere Informationen.

Abb. 2: Bildschirmfoto vom Ialf Linefollower in der Onshape CAD Software

In Abbildung 2 ist ein Bildschirmfoto vom Linefollower in der Onshape CAD Software dargestellt. Man kann dort die verschiedenen Komponenten erkennen.

• Getriebemotor links/rechts mit Motor, Getriebe, Felge und Reifen
• Racershieldplatine mit Raspberry Pi Pico, Seeed Grove Steckern und Motortreiber
• Batteriesystem mit vier AAA Zellen
• ialightsens optischer Sensor, ialed weiße LED
• iagabel Gabellichtschranken für Encoderräder (hinten, nicht zu sehen…)
• Bodenplatte für die Aufnahme der Motoren, der Batterien und der Sensorik
• Dachplatte und Staenderplatten für die Aufnahme des Racershields
• Motorhalterungen für die Befestigung der Motoren an der Bodenplatte
• Fussplatte und Fussfrontplatte als Stütze

Auf OnShape kann man das IA-Linefollower Design in 3D anschauen. Die meisten Komponenten bis auf die Akkus und die Platten sind als Bausatz zusammengestellt.

Das mechanische Design vom IA-Linefollower wird mit OnShape auf Basis von 3mm Finnpappe gemacht. Die Finnpappe wird nach ihren Entwürfen mit einem Lasercutter geschnitten. Sie können die Teile dann zusammenstecken und die Platinen aufschrauben. Im IA-Linefollower Onshape Projekt sind auch die mechanischen Modelle von den Motoren und den Platinen. Damit kann man in der CAD Software überprüfen ob die Teile zusammenpassen.

OnShape ist ein CAD Werkzeug für mechanisches Design, das direkt im Browser läuft. Man muss keine Software auf dem eigenen Rechner installieren. Dazu gibt es die

• Einführung Onshape mit Mechanikhinweisen.

Mit dem OnShapetool werden die Fertigungsdaten für den Lasercutter generiert.

Die meisten Teile sind in einem Bausatz zusammengestellt. Sie benötigen noch vier AAA Akkus, die sie optional bei uns kaufen können. Die Finnpappe für die Platten wird von uns gestellt.

Für den Zusammenbau des Bausatzes werden einige Werkzeuge benötigt. Dafür haben wir den IA-Werkzeugkasten. Jede Gruppe bekommt am Anfang des Semesters einen Werkzeugkasten. Sie müssen den Werkzeugkasten am Ende des Semesters wieder abgeben.

Wir haben für den Linefollower vier Platinen entworfen. Alle Platinen sind kompatibel zum Steckersystem Seeed Grove. Dazu wird noch ein Raspberry Pi Pico verwendet, der auf die Racershield Platine aufgesteckt wird. Alle Platinen wurden mit KiCad entworfen und bei JLCPCB gefertigt. Die Designdaten sind auf github im ialf Projekt. Die Platinen sind

• IA - Racershield: Steckplatz für Raspberry Pi Pico, zehn Seeed Grove Stecker, Motorcontroller
• ialed Weiße LED: Eine weiße LED mit Seeed Grove Stecker
• ialightsens Lichtsensor: Ein Phototransistor als Lichtsensor
• iagabel Infrarot Gabellichtschranke: Eine Gabellichtschranke zum Lesen des Encoderrads

Die Firma Seeed Technology stellt eine Vielzahl von Sensoren und anderen Komponenten her, die alle mit dem gleichen Steckersystem Seeed Grove ausgestattet sind. Diese Sensoren kann man so mit verschiedenen Mikrocontrollertypen verbinden. Wir verwenden das System hier auch.

Der Linefollower wird mit einem Raspberry Pi Pico Mikrocontrollerboard gesteuert. Wir programmieren den Mikrocontroller mit der Programmiersprache Mikropython. Es gibt dazu eine

• Einführung in Raspberry Pi Programmierung.

Wenn der Motor läuft kann man die Geschwindigkeit mit einer Videoanalyse vermessen. Dazu:

• Geschwindigkeitsanalyse mit Tracker

• Ergebnisse