TeaBotDuo

TeaBotDuo

Der TeaBotDuo ist ein kleiner, niedlicher Tee-Roboter. Er wird als Bausatz geliefert und kann in etwa einem Tag zusammengebaut, verlötet und programmiert werden.

Für wen ist dieses Projekt geeignet?

Der TeaBotDuo ist kein Einsteiger-Projekt, aber setzt auch KEIN Elektronikstudium voraus. Wer schon ein halbes Dutzend kleine Elektronik-/Mechanik-Projekte erfolgreich abgeschlossen hat, der wird mit dem TeaBotDuo gut klarkommen. Man sollte sicher sein im Umgang mit einem Lötkolben und auch mit Senkbohrer und Flachfeile hantieren können. Zum Programmieren ist natürlich auch der Umgang mit einem PC/Mac und der Arduino-IDE nötig.

Welche Werkzeuge brauche ich?

  • Lötkolben
  • Seitenschneider
  • Senkbohrer und Bohrmaschine (man muss damit senkrecht bohren können)
  • Imbus-Schlüsselsatz
  • feine Flachfeile
  • ggf. Dreikantschaber (nur für Profis!)
  • PC oder Mac mit aktueller Arduino IDE und Internet-Zugang
  • Micro-USB-Kabel
  • Klebstoff
  • Heißluftpistole (oder auch ein Fön)

Was ist im Bausatz enthalten?

  • 2x NeoPixel-Ring mit 12 LEDs WS2812
  • 2x Modellbau-Servo
  • 1x Brille (milchiges Plexiglas lasercut mit Gravur)
  • 1x Fußplatte (nicht auf dem Foto)
  • 4x M4 Imbusschraube lang
  • 2x M4 Imbusschraube kurz
  • 1x M4 Imbus-Linsenkopfschraube kurz
  • 1x M5 Senkkopfschraube
  • 1x 20×20 Holm mit M5 Gewinde auf einer Seite
  • 7x M4 Keystone für Holm
  • 1x Endkappe für 20×20 Holm
  • 3x Kabel 150mm (rt,ge,sw)
  • teabotduo_teile

      Ablauf der Montage

      Die hier vorgestellte Reihenfolge der Arbeitsschritte ist ein Vorschlag. Andere Reihenfolgen sind möglich.

      Plexiglasteile entgraten

      Die Fußplatte, die vier Arm-Hälften und die Brille sind mit dem LaserCutter geschnitten. Diese Teile haben noch einen Grat, den es zu entfernen gilt. Dazu eignen sich sowohl eine feine Feile, als auch ein Dreikantschaber. Wer sich nicht sehr sicher ist, sollte lieber auf den Dreikantschaber verzichten.

      Achtung: Man rutscht leicht einmal ab und beschädigt dabei die „gute“ Oberfläche. Deshalb bitte unbedingt langsam und umsichtig arbeiten.

      Mit einem Dreikantschaber lassen sich Kanten gut „abziehen“ und man erhält (wenn man es richtig macht) eine bessere Oberfläche. Aber die Arbeit mit den Dreikantschaber ist ungleich gefährlicher! Im Zweifel sollte man also lieber bei einer feinen Flachfeile bleiben.

      Arme vorbereiten

      Die beiden Arme bestehen aus jeweils zwei Hälften: eine innere und eine äußere. Die Hälfte mit dem „Stern in der Bohrung“ ist die innere. Sie wird später auf den Zahnkranz des Servos greifen.

      Wenn alle Hälften entgratet sind, sollten die Hände noch jeweils von einer Seite angeschrägt werden. So dass sie ein V bilden. Das V ist später hilfreich, wenn man zwischen den beiden Hälften den Faden eines Tee-Beutels einfädeln/einklemmen will.

      teabotduo_arm_von_oben

      Bohrung für Holm senken

      Die Bohrung zum Befestigen des Holmes muss auf der Unterseite mit einem Senkbohrer so gesenkt werden, dass der Kopf der M5-Senkkopfschraube gerade so im Material der Fußplatte verschwindet. Die Fussplatte wird dazu mit der Guten Seite auf eine saubere Oberfläche gelegt und gut festgehalten. Dann langsam und mit wenig Druck den Senkbohrer ansetzen. Es muss unbedingt vermieden werden, dass der Bohrer „einrastet“ und die Fußplatte mitdreht. Das würde die gute Oberseite verkratzen.

      teabotduo_fuesse

      Montage des Holm an den Fuß

      Die M5 Senkkopfschraube wird von unten durch die Bohrung in der Fußplatte geführt im M5-Gewinde ses Holmes berschraubt. Achte darauf, dass der Holm nicht nur gerade sitzt, sondern sich auch während der Montage möglichst nicht verdreht. Das könnte die Fußplatte verkratzen.

      Aufkleben der Gummifüßchen

      Klebe an den äußersten Punkten der Bodenplatte (von unten ;-)) die Gummifüßchen an. Natürlich so, dass sie gerade nicht über die Fußplatte hinausragen. (siehe Bild weiter oben)

      Die Gummifüßchen geben dem TeaBotDuo später den sicheren Stand.

      Montage der Servos

      Die Servos werden mit jeweils zwei langen Schrauben befestigt und durch einen Abstandsbolzen und eine Unterlegscheibe auf Position gehalten. Sie Schrauben greifen in Keystones, die von oben in den Holm eingefädelt werden, je zwei links und rechts.

      teabotduo_unterlegscheiben

      Die Servos werden so ausgerichtet, daß die Achse unten ist. Die obere Unterlegscheibe sollte oben mit dem Holm abschließen.

      Sobald ein Servo montiert ist, wird er in Mittelstellung gebracht. Das Einfachste ist, ein Horn aus dem Servopäckchen aufzustecken und durch vorsichtiges Drehen bis zu den Anschlägen die Mitte zu finden.

      Bestücken der Leiterplatte

      Die Leiterplatte enthält nicht viele Bauelemente, aber es ist wichtig, dass man sie von der richtigen Seite bestückt. Beginne am Besten mit der Strom-Buchse. Sie muss unten links sein.

      teabotduo_stromversorgung

      Anschliessend der Elko, der Spannungsregler, die Diode, den Piezosummer und die vier Taster.

      teabotduo_kabelführung

      Erst zum Schluß wird der Arduino Micro verlötet. Die Anschlüsse sollten beim Durchstecken etwa einen Millimeter auf der anderen Seite herausragen. Man kann ihn auch auf eine Fassung (die aber kein Bestandteil des Bausatzes ist) setzen, aber dann ragt er noch weiter raus. Löten sichert eine saubere elektrische Verbindung. Für ein Gerät, dass in die Nähe von Wasser kommt, sicher nicht unwichtig.

      Ggf. sollte die Leiterplatte jetzt noch gesäubert werden. Der Schutzaufkleber auf dem Piezo-Summer kann dann auch endlich entfernt werden.

      Das Montieren der bestückten Leiterplatte ist kein Hexenwerk. Je zwei kurze Imbusschrauben, kurze Distanzrollen, Unterlegscheiben und Keystones … und schon ist die Leiterplatte am Holm.

      Verdrahten der LED-Ringe

      Dieser Schritt ist anspruchsvolles Löten. Auf der Oberseite der LED-Ringe sind insgesamt sieben Lötstellen zu erstellen.

      Beginnen wir mit einem LED-Ring. Wir isolieren etwa 5 mm von je einer schwarzen, roten und gelben Litze ab, verdrillen und verzinnen sie. Anschliessend kürzen wir das verzinnte Ende auf 1,5 bis 2 mm. (Auf diese Weise erhalten wir ein kurzes Ende ohne hervorstechende einzelne Drähte.) Die rote Leitung wird an +5V (auf der Oberseite!) angelötet, die schwarze Leitung kommt an GND und gelb an Data In.

      Wir legen die beiden LED-Ringe so nebeneinander auf die Brille. Die Anschlüsse für +5V und GND zeigen jeweils nach oben. Jetzt können wir ermitteln, wo wir die rote (+5V) und schwarze Leitung aufschneiden müssen: nämlich 6cm mehr als dieser Abstand. (Die 6 cm dienen dazu, die Leitungen hinten herum führen zu können und als Manövrierlänge.) Aufschneiden, alle vier Enden (2x rt, 2x sw) abisolieren und dann die gleichfarbigen Enden straff GEMEINSAM verdrillen. Wieder verzinnen und abschneiden und vorsichtig den zweiten LED-Ring mit Strom versorgen. Nun bleibt noch die gelbe Datenleitung. Wir ermitteln den Abstand zu Data Out und geben 6cm zu. Schneiden, abisolieren anlöten, aber nur die das eine Ende (vom ersten LED-Ring kommend). Das andere Ende wird an Data In gelötet.

      Kleben der LED-Ringe

      Die LED-Ringe werden auf die Servos geklebt. Ihre Positionierung ist für das spätere Erscheinungsbild sehr wichtig, deshalb wird vorbereitend schon einmal die Brille montiert. Keystone, Linsenkopf-Schraube und Brille, es ist offensichtlich, wie das an den Holm kommt. Trotzdem drehen wir die Brill erst einmal senkrecht und bringen die LED-Ringe in Position. Vermutlich musst Du dafür noch einmal die Schrauben der Servos lösen.

      Trage sehr vorsichtig Klebstoff auf der Rückseite der LED-Ringe auf. Achtung: Es darf NICHTS an die Brille gelangen! Drehe die Brille wieder waagerecht und positioniere die LED-Ringe nun so, dass LEDs genau hinter den Ziffern liegen, die auf der Brille eingraviert sind. Und nochmal: Kein Klebstoff auf die Brille!

      teabotduo_brille_20x20-blende

      Sensoren verlöten

      Die Themperatursensoren DZ35 (Datenblatt) werden mit 5V betrieben und liefern eine analogspannung proportional zur Temperatur. Wenn man auf die Anschlüsse schaut und die flache Seite nach oben zeigt, ist links +5V, in der Mitte der Ausgang und rechts GND. An diese Anschlüsse wollen wir wieder rote (+5V), gelbe (Ausgang) und schwarze Leitungen (GND) anlöten. Wir schneiden die Pins auf etwa 5mm zurück und biegen die äußeren etwa 10 Grad nach aussen (um leichter löten zu können). Je ein Ende der Leitungen wird abisoliert, verdrillt und verzinnt. Hier können wir die verzinnten Enden auf etwa drei Millimeter zurechtstutzen. Es ist wichtig, dass wir die Farben richtig zuordnen, wenn wir die Leitungen anlöten.

      Isolier-Tüllen werden aufgefädelt und mit der Heisluftpistole / einem Fön aufgeschrumpft. Anschliessend werden die Pins wieder etwa parallel ausgerichtet.

      Damit die drei Leitungen nicht „wild in der Gegend rumhängen“, gleichzeitig aber die Flexibilität behalten, empfiehlt sich Flechten der Leitungen. Das ist einfach und sieht gut aus.
      tebotduo_arm_seitenansicht

      Wir können nun die Sensoren an die Arme bringen.

      Arme montieren

      Schraube die Arme waagerecht an die Servos. Achte darauf, dass der gefeilte V-Ausschnitt an „den Händen“ richtig montiert ist. Halte einen Sensor mit seinen geflochtenen Leitungen an den Arm und stülpe den großen, transparenten Isolierschlauch darüber. Dann kommt wieder die Heißluftpistole zum Einsatz, aber Achtung: Die „Handgelenke“ sind sehr feine Strukturen, die auch gern einmal wegschmelzen, wenn zuviel Hitze dort ankommt. Die Sensoren sollten gerade so nicht diese feinen Strukturen verdecken und sie sollten auch nicht vom Isolierschlauch bedeckt sein.

      Das Ganze für beide Arme und es bleibt noch, die Sensoren und Aktoren (Servos und LEDs) anzuschliessen.

      Endmontage

      Die Leiterplatte wird noch einmal abgenommen. Auf der Rückseite sind beschriftete Anschlussfelder für alle Sensoren und Aktoren. Jetzt zahlt sich aus, daß wir immer die gleiche Farbe für +5V, Signal und GND verwendet haben. Bei den Servos wir manchmal braun statt schwarz und orange oder weiß statt gelb verwendet. Rot ist immer rot.

      Jetzt muss nur nch entschieden werden, an welcher Stelle die Anschlussleitungen gekappt werden sollen. Das hängt sehr wesentlich vom Geschick ab und weil man keine Leitungen „dranschneiden“ kann, sollte man lieber etwas mehr Länge lassen. Noch einmal kürzen kann man später immer noch. Wichtig ist auch, den Sensoren an den Armen reichlich Raum zu lassen. In keiner Position sollten die Leitungen auch nur annähernd straff sein.

      teabotduo_kabelführung

      Wenn die Längen feststehen: 15 mal zuschneiden, abisolieren, verzinnen und schliesslich anlöten.

      So das war jetzt der schwierigste Tiel der Montage. Es ist Zeit, die Leiterplatte wieder anzuschrauben. zu lange Leitungen lassen sich vorsichtig zwischen Leiterplatte und Holm schieben. Es soll ja gut aussehen.

      Final Touches

      Abschliessend wir der Holm oben mit einer Kappe verschlossen. Dazu muß deutlich Kraft aufgewandt werden. Es wird empfohlen, den TeaBotDuo dafür kopfüber auf die Kappe zu drücken, die ihrerseits auf einer stabilen Unterlage liegt.

      Noch alles ausrichten, alle Schrauben nachziehen und es bleibt „nur noch“ das Programmieren.

      Programmieren und Anpassen

      Den Quellcode bekommst Du erwartungsgemäß hier: https://github.com/AgileHardware/TeaBotDuo

      Je nachdem, wie Du Deinen TeaBotDuo montiert hast, musst Du folgende Konstanten aus config.h noch anpassen:


      #define LEFT_ARM_LOWER 137 // depending on how you
      #define LEFT_ARM_UPPER 50 // mounted the arms, their
      #define RIGHT_ARM_LOWER 60 // values for lower and upper
      #define RIGHT_ARM_UPPER 148 // position need adjustment

      #define OFFSET_LEFT LEDS_PER_RING // depending on how
      #define OFFSET_RIGHT 0 // you wired and
      #define ROTATION_LEFT 6 // glued the LED rings
      #define ROTATION_RIGHT 5 // these 4 values need to be adjusted

      Also einfach ein Stromzufuhr an den TeaBotDuo anschliessen und über das Micro-USB-Kabel eine Verbindung vom PC/Mac zum Arduino herstellen.

      Wenn man in der Arduino-IDE die Kommentarzeichen vor

      #define COMISSIONING
      

      (Zeile 2 in TeaBotDuo.ino) entfernt, geht die Software in einen speziellen Modus, der das Finden der richtigen Werte für obige Konstanten sehr viel leichter macht.
      Anpassen, Hochladen, wiederholen bis es passt. Natürlich für linke und rechte Seite.

      Abschliessend wieder in den normalen Modus gehen (Zeile 2 auskommentieren) und in den Arduino laden.

      Es ist Zeit für einen gaaaanz leckeren Tee. 🙂

      Fazit

      Tee-Trinken hat noch nie so so viel Spass gemacht. Und es soll ja viel gesünder sein, als der viele Kaffee, den man sonst trinken würde. TeaBotDuo ist also ein Arduino-Projekt für mehr Spass und einen gesünderen Alltag. 🙂 Und das alles mal zwei.