Basteln mit RaspberryPi und Stokys

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Wann und woher wir auf die Idee kamen, wissen wir gar nicht mehr so genau, auf jeden Fall wollten wir irgendwann mal ein Schaufenster realisieren, welches über eine Interaktion ein sinnliches Erlebnis erzeugt. Wir haben den Sprung in die vielen Unbekannten, welche ein solches Projekt meistens nach sich zieht, gewagt, und nun nach unzähligen Stunden Recherche, Entwicklungs- und Bastelarbeiten sitzen die beiden Schwyzer Fasnachts-Figuren «Blätz» und «Domino» in unserm Schaufenster. Sie warten darauf, bis jemand ans Fenster klopft und beginnen sich dann zu bewegen.

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Chaos-Phase im Bastel-Atelier: Hinten die Tonform für den Gipstorso, auf dem Tisch die Styroporköpfe

Die Konstruktion der Figuren

Unsere ersten Versuche, eine bewegliche Figur mit Holz zu konstruieren, scheiterten kläglich. Einerseits lag dies an unserem handwerklichen Können, sicher aber auch am vorhandenen, aber eher bescheidenen Maschinenpark. Die Toleranzen der Bewegungen waren einfach zu gross und die Änderungen an der Konstruktion zu zeitaufwändig. Oberhalb der Hüfte sind die beiden Protagonisten nun aus Stokys gefertigt, die Beine sind eine einfache Holzkonstruktion. Um die Puppen etwas menschlicher zu formen, haben wir einzelne Partien mit Gips nachgeformt, so zum Beispiel der Rumpf oder die Fussfesseln.

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Konstruktion Torso, anfänglich noch mit Schrittmotoren und Übersetzung

Das Aufrichten des Torsos

Die Mechanik für das Aufrichten des Torsos war eine Herausforderung. Neben dem Torso kommen nicht nur die beiden Armen und der Kopf gewichtsmässig hinzu, die Blätz-Figur trägt nämlich einen Rollengurt quer über den Oberkörper, welcher einige Kilo wiegt. Damit wir wenigstens ein bisschen Hebelwirkung hatten und um die Leistung der Motoren in Grenzen zu halten, haben wir die Drehachse etwas gegen die Mitte verlegt. Damit die Aluminium-Konstruktion nicht zu stark abgenutzt wird, erfolgt das Heben über drei Punkte mit synchron-ablaufenden Motoren.

Test der Mechanik und der Motoren, noch ohne den schweren Rollengurt

Auswahl der Motoren

Nach einigen Irrwegen über Schrittmotoren und selbstgebauter mechanischer Übersetzung bewegen nun 11 Servo-Motoren mit integriertem Getriebe die beiden Figuren. Im Gegensatz zu Schrittmotoren haben diese ein grösseres Drehmoment, sowie eine Speicherfunktion für die Winkel. Für die Bewegungen des Rumpf, Kopfs und die Hand haben wir je drei 15kg/cm Servo-Motoren verbaut, welche synchron angesteuert werden. Für das Heben der Arme mussten wir dann doch noch etwas stärkere Motoren hervorkramen, diese leisten nun 50kg/cm.

Synchronisierte Servos für das Aufrichten des Oberkörpers

Raspberry Pi

Zum Ansteuern der Motoren steht ein Raspberry Pi im Einsatz, der zum Ansteuern für die Servos ein 16-Kanal Servo HAT aufgesetzt bekam. Wir haben den kleinen Alleskönner zuerst für I2C konfiguriert, und ihm die benötigten Bibliotheken für die Servo-, Relaissteuerung, Sound und Sensoren hinzugefügt.

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Raspberry Pi mit gestapelten Hats

Sensor und Relais

Da sich zwischen der Klopf-Interaktion und dem Sensor eine Doppelscheibe befindet, mindert dies die Vibration recht stark. Wir mussten also einen Vibrations-Sensor finden, der eine grosse Empfindlichkeit besitzt, damit das Fenster auch keinen Schaden nimmt. An der Scheibe klebt nun ein SW-420, dessen Empfindlichkeit man über einen Potentiometer einstellen kann. Die Lichtsteuerung im Maschgraden-Fenster realisierten wir über eine Relais-Schaltung. Wird das Signal des Vibrations-Sensors unterbrochen, zieht das Relais an und fällt nach Programmende wieder ab.

Das Relais zieht an, die Motoren schalten ein

Programmierung

Für Programmierung und Ansteuerung verwendeten wir Python in der Version 3. Hier ist der Code für unsere Maschgraden abgelegt, hier das technische Setup.

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Die Programmierung der Maschgraden erfolgt über Python

Fazit

«So geht es nicht» merkten wir oft während der Umsetzungs-Phase, machmal mit etwas Ärger im Bauch, manchmal mit einem Lachen auf den Lippen. So brachte mal eine unsaubere Lötstelle den Servo-HAT zum Schwitzen, ein zu schwaches Netzteil die Maschgraden zum Zappeln.

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Verkabelung der Motoren: Rumpf, Kopf, Arm und Hand

Nun funktionieren die beiden Protagonisten zuverlässig. Die vielen Klopfgeräusche an unserem Schaufenster, das Lachen der Passanten und die vielen Rückmeldungen freuen uns täglich.

Danke

Ein grosses Dankeschön geht an:

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