image1.png

Leerlingen: Diede van Rhijn en Bob van de Vijver
Docent: Jarko Meijer
School: Christelijk College Nassau-Veluwe, Harderwijk

Inleiding

Het idee voor ons profielwerkstuk ontstond in de vijfde klas waar we een practische opdracht voor natuurkunde hadden gemaakt die ging over een elektronisch systeem. Na wat brainstormen en overleg besloten we een voetbalrobot te maken. De robot moest op afstand bestuurbaar zijn en balletjes kunnen oppakken en weer wegschieten.

Vraagstelling

De hoofdvraag voor ons profielwerkstuk hebben we vrij vaag gehouden: 'hoe kunnen we een Robot maken die draadloos bestuurbaar is?'. Door het vaag houden van de hoofdvraag hebben we de ruimte vrij gehouden om later nog componenten te kunnen aanpassen zoals het maken van het rijsysteem met indicatieleds. Om onze hoofdvraag te beantwoorden hebben we de volgende deelvragen bedacht:
  1. Wat voor draadloze besturing krijgt de robot en hoe realiseren we deze besturing?
  2. Hoe realiseren we de stroomvoorziening van de auto?
  3. Wat voor vorm krijgt de robot en hoe verwerken we de verschillende onderdelen?
    1. Wat voor aandrijving krijgt de robot en hoe verwerken we deze?
  4. Hoe verwerken we het signaal vanaf de afstandsbediening tot aan de aansturing van de poorten?
  5. Hoe verwerken we het signaal vanaf de parallelle poort verder?
    1. Hoe gaan de motoren hun werk doen?
    2. Hoe gaat het schietsysteem zijn werk doen?

Hypothese

Wij zijn in staat een robot te maken die op afstand bestuurbaar is.

Theorie

De WIFI Bot is een robot die werkt door toetsaanslagen die draadloos worden verstuurd en om worden gezet naar signalen uit de parallelle poort van de robot. Deze signalen sturen de motor en het schietsysteem aan.

Draadloze communicatie

De techniek die gebruikt wordt voor het versturen van het draadloze signaal is WIFI. De WIFI techniek is tegenwoordig veel gebruikt vanwege zijn veelzijdigheid en uitbreidbaarheid. Het wordt veel gebruikt voor het draadloos internetten thuis of draadloze kantoornetwerken. Iedere laptop is daarom uitgevoerd met een WIFI-kaart, maar ook desktopcomputers kunnen er mee uitgerust zijn. Met de programmeertaal Dephi is het gemakkelijk toetsaanslagen te verwerken en via het draadloze netwerk te communiceren tussen meerdere systemen.

Stroomvoorziening

In de robot zijn verschillende voltages benodigd. Waar dit in een computer wordt opgelost door een voeding moet deze in de robot zelf gemaakt worden. De basis hiervoor is een 12 volts accu die door middel van voltageregulators aangepast kan worden voor de verschillende onderdelen die een aangepast voltage nodig hebben.

Materiaal en methode

Draadloze besturing

Al vanaf het begin is het ons idee geweest om de robot draadloos bestuurbaar te maken. We wilden dit doen door middel van radio signalen, die onder andere gebruikt worden door afstandbedieningen of radiografisch bestuurbare auto's. Een aantal van deze apparaten hebben we uit elkaar geschroefd en gekeken of we daar iets mee konden. Na overleg onderling hebben we besloten geen radiobesturing te gebruiken omdat dit al 'oud' is, niet meer geschikt voor een vernieuwend onderzoek, radiobesturing relatief eenvoudig was en er weinig uitbreidingen te bedenken zijn via radiobesturing. Bij het verder onderzoeken van de draadloze mogelijkheden kwamen we tot twee mogelijkheden: bluetooth of WIFI. Beide vormen hadden voor- en nadelen. Bluetooth leek ons leuk omdat dit ook op mobiele telefoons standaard is. Nadeel van bluetooth waren de beperkte afstand, de hoge prijs voor zenders en ontvangers en het moeilijke programmeren. WIFI is uiteindelijk de techniek geworden waar we voor gekozen hebben. De ten opzichte van de andere twee technieken zijn de veelzijdigheid en de uitbreidbaarheid, zo konden we onze openstaande ideeën misschien nog toevoegen tijdens de bouw.

Stroomvoorziening

Omdat de robot gebruik maakt van een computermoederbord is een voeding van 230 volt wisselspanning nodig, maar dit konden wij draadloos moeilijk leveren. Een oplossing leek ons om een laptopaccu te gebruiken, maar accu's voor laptops bleken heel specifiek gemaakt te worden voor die ene laptop. We besloten een eigen voeding te maken. Om erachter te komen waar deze aan moest voldoen hebben we een computervoeding opengeschroefd en de spanningen gemeten. Het bleek dat de 230 volt wisselspanning wordt omgezet naar 3,3 volt, 5 volt en 12 volt gelijkstroom. Met een 12 volts accu en behulp van regulators en voltageregulatoren kregen we de juiste spanning en ampère. Omdat bij het verlies van stroom veel warmte vrij kwam hebben we meerdere regulators, koelblokken en ventilatoren gebruikt.

De vorm en materiaal van de robot

Bij de vorm van de robot waren er een aantal factoren waar we rekening mee moesten houden:
  • Het moederbord moest erin passen
  • Er moesten accu's in passen
  • De aandrijving moest erin of eronder passen
Als materiaal hebben we gekozen voor hout omdat dit niet geleidend is, erg warmtevasthoudend is, goed bewerkbaar is en op school aanwezig is. In het hout hebben we meerdere gaten gemaakt voor het koelen en voor het gemakkelijk vervangen van de accu's. Als laatste hebben we een aan/uit-schakelaar, een stroomschakelaar en een stroomaansluiting aan de buitenkant bevestigt. Voorin hebben we een gat gemaakt waar we een webcam achter hebben geplaatst.

Aandrijving

Voor de aandrijving hebben we gekozen voor 2 elektromotoren die we, vanwege de grote onder de bestaande kast hebben gebouwd. De motoren hebben we door middel van assen en tandwielen verbonden met de wielen. De montage had extra aandacht nodig omdat de motoren veel kracht zetten op de plek waar zij gemonteerd zijn.

Toetsaanslag tot signaal

Om van het indrukken van een knop te komen tot het besturen van de auto hebben we gebruik gemaakt van de programmeertaal Delphi omdat deze taal relatief gemakkelijk kan communiceren met de parallelle poort en door middel van de extra componenten TserverSocket en TclientSocket ook draadloos kan communiceren. Voor alle knoppen hebben we een conversietabel gemaakt waarin de toetsaanslag geconverteerd wordt naar een waarde op de parallelle poort:

Toetsaanslag Toets code Verzonden code Commando Parallelle poort waarde
Pijltje omhoog indrukken 38 5 Naar voren +1 +4
Pijltje omhoog loslaten 38 6 Niet meer naar voren -1 -4
Tabel 1 - Voorbeeld van de conversietabel Nu moesten we alleen nog de programmacode schrijven voor de bestuurder op de laptop en de robot met het schietmechanisme. Veel van de dingen die we moesten programmeren waren standaard functies voor, bijvoorbeeld voor het registreren van toetsen en de communicatie tussen de laptop en de robot.

If Ontvangen = "3" then (Het pijltje links is binnengekomen en wordt hier herkend)
begin
  IndLinks.Color := clRed; (Het pijltje links in het programma wordt rood)
  NaarLinks := true; (De auto moet naar links)
  if Rijdt = true then (Als hij al rijdt, moet het rechterwiel harder gaan draaien)
   begin
     WaardeOutput := WaardeOutput - 4 + 8; (De parallelle poort waarde wordt   aangepast)
      Out32($378,WaardeOutput); (De nieuwe waarde wordt weggeschreven naar de parallelle poort)
   end;
  if Rijdt = false then (Als de auto stilstond)
   begin
     WaardeOutput := WaardeOutput + 4; (De parallelle poort waarde wordt aangepast)
      Out32($378,WaardeOutput); (En wordt hier weggeschreven)
   end;
end;
Tabel 2 - Voorbeeld programmacode om de robot te laten rijden

De parallelle poort en verder

Om de werking van de motor te koppelen aan de parallelle poort hebben we weer de conversietabel gebruikt en daar een schema van gemaakt. De twee motoren zijn apart aan te sturen omdat de robot hiermee kan draaien.

image2.png
Figuur 1 - Schema voor het aansluiten van de parallelle poort naar de motoren

We kwamen erachter dat het signaal van de parallelle poort te zwak was om het relais te kunnen schakelen, hier hebben we dus een versterker in de vorm van een transistor aangesloten. Omdat het schietsysteem alleen werkt als het balletje op de juiste plek ligt hebben we een sensor gemaakt die, doormiddel van een lichtsensor met weerstand en een ledlampje dat hier op schijnt, aangeeft of het balletje op zijn plaats ligt. Een schietsysteem door middel van een ventilator bleek niet goed te werken, dus hebben we een systeem gemaakt met een servo, dat eigenlijk niets anders is dan een elektromotor met een vast stoppunt in beide richtingen. Door middel van twee spoelen die als magneten werken hebben we een mechanisme gemaakt waarmee we de robot kunnen laden en de bal kunnen wegschieten. In het balletje zit daarom een ijzeren kern.

Resultaten

Het resultaat van ons profielwerkstuk is een robot die via ons draadloos netwerk bestuurd kan worden, door het beveiligen van het netwerk kan alleen onze eigen laptop de robot besturen. Bij het opstarten van de robot wordt automatisch verbinding gemaakt met de router en wordt de webcam- en de robotapplicatie in Windows gestart. De laptop kan nu via de internetbrowser de webcam beelden bekijken en het besturingsprogramma voor de robot starten.

image3.png
Figuur 2 - De besturing op de laptop met webcambeelden uit de robot

image4.png
Figuur 3 - De bot in zijn geheel met onderop het schietsysteem

Conclusie

De hoofdvraag 'hoe kunnen we een robot maken die draadloos bestuurbaar is' hebben we simpel kunnen beantwoorden met: WIFI. Door middel van deze techniek is het gemakkelijk een verbinding op te zetten tussen de bestuurder en de robot. Om de robot ook echt kunnen besturen hebben we de draadloze signalen weten te converteren naar een parallelle poort. De signalen van de parallelle poort hebben we kunnen converteren naar de motoren en het schietsysteem.

Discussie

Dankzij het op tijd beginnen hebben we een robot kunnen maken en netjes af kunnen werken door preciezere metingen en voltages te realiseren. Ondanks dat de programmacode goed in elkaar zat en werkte op het intranet hebben we nog wel veel problemen gehad met het draadloos communiceren. De router die we hiervoor gebruikte moest meerdere keren gereset worden om goed te kunnen communiceren.