Ob auf der Maker Faire Vienna, der Science Fair oder auch beim open.day der FH St. Pölten, der TicTacToe Roboter von Christian Reichl, Raphael Lehner und Herwig Letofsky sorgt immer für große Begeisterung bei den BesucherInnen.
Wie ist der Roboter entstanden?
Der Roboter der Smart Engineering-Studenten entstand als Freizeitprojekt, auf Grundlage des im Studium erlernten Wissens. Nach der Entwicklung der Idee, wurde zu Beginn des Projektes damit begonnen, erste Designs und 3D Modelle in einer CAD-Software zu erstellen. Nach mehrmaliger Änderung und Adaptierung des Grunddesigns, erfolgte die Umsetzung der Pläne mittels 3D-Druck im Elektroniklabor an der Fachhochschule.
Die Bestandteile des Roboters
Der Roboter selbst besteht zum Großteil aus Einzelelementen, welche im 3D-Drucker angefertigt wurden. Der Antrieb läuft dabei über eine Spindel, der Arm des Roboters wird mit Hilfe von Riemen bewegt. Der Stift wird über eine Kabelverschraubung gehalten und die Bewegungen des Roboters werden über einen Algorithmus gesteuert, der durch Winkel berechnet wird. Der gesamte Roboter wird zudem über ein Multipinkabel mit einer separaten Steuereinheit verbunden.
Ebenso wie der Roboter selbst, setzt sich auch die Steuerung aus verschiedenen Komponenten zusammen. Das Gehäuse dafür wurde wieder im 3D Druck Verfahren umgesetzt. Die Elektronik wurde auf einer sogenannten Prototyping-Lochrasterplatine aufgebaut.
16×2 LCD-Display: Bei der Steuereinheit wurde ein spezielles 16×2 LCD-Display ausgewählt und verbaut. Dieses verfügt über die technische Eigenschaft, jeweils 16 Zeichen auf 2 Zeilen gleichzeitig anzeigen zu können. Aufgrund der I²C Bus Ansteuerung muss das Display ebenfalls nur mit 4 Kabeln verbunden werden, um vollwertig einsetzbar zu sein und dem Anwender des Roboters, Informationen zum jeweiligen Betriebszustand mitteilen zu können.
DC-DC Converter MP1584 EN: Ein weiteres wichtiges Bauteil in der Steuerung stellt der DC-DC Converter dar. Als Gleichspannungs-grundversorgung, also „DC“, wurde ein altes Laptop Netzteil verwendet, welches 19 Volt hat. Problematisch dabei war allerdings, dass die anderen verbauten, elektronischen Komponenten nur 5 Volt benötigen. Daher wurde ein sogenannter Gleichspannungswandler (DC-DC Converter) verwendet, um die Stromspannung auf die jeweiligen Komponenten anzupassen.
Mikrocontroller: Der in der „Maker-Szene“ weit verbreitete Mikrocontroller stellt das Herzstück des Roboters dar und wird für die Verbindung zum Tablet (per Wi-Fi), als auch zur Motorsteuerung verwendet. Auf dem Chip befindet sich ebenfalls die grafische Bedienoberfläche bzw. die Spieloberfläche, welche die AnwenderInnen per Touchscreen am Tablet oder Smartphone sehen. Umgesetzt ist die grafische Spieleoberfläche mittels HTML Code, dieser ist ebenfalls am ESP-32 Mikrocontroller gespeichert und wird per Wi-Fi auf den Endgeräten dargestellt.
Motortreiber:Um nun alle Motoren mit Strom zu versorgen, wurden 3 Motortreiber vom Typ A4988 verbaut. Diese enthalten Transistoren, welche verwendet werden, um den vom Motor benötigten Strom mittels Steuersignalen vom Mikrocontroller aus zu schalten. So ist es möglich, auch mit geringer Ausgansleistung vom Mikrocontroller, größere Schrittmotoren als jene des Roboters zu steuern.
Was kann der Roboter?
Der Roboter wird über einen WLAN Router mit einem Tablet verbunden, über das die Spielzüge gesetzt werden können. Anfangs konnte man mit dem TicTacToe Roboter nur gegen eine andere Person spielen und der Roboter hat die Spielzüge aufgezeichnet. Mittlerweile wurde eine KI, also Künstliche Intelligenz entwickelt, die es den SpielerInnen ermöglicht mit 3 Schwierigkeitsstufen gegen den Roboter zu spielen. Der Roboter kann aber auch gegen sich selbst spielen.
Was ist weiter geplant?
In Zukunft sind laut Christian Reichl, welcher ebenfalls in der Forschungsgruppe „Digital Technologies“ an der FH St. Pölten beschäftigt ist, weitere Entwicklungen geplant. Es soll eine Mustererkennung über eine Kamera integriert werden, die es den SpielerInnen ermöglicht eigene Spielzüge mit dem Stift auf das Feld zu zeichnen. Der Roboter erkennt diese, wertet sie mittels Raspberry PI aus und reagiert dementsprechend darauf.