CARDMASTER-EXTREME

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CARDMASTER-EXTREME

Entwickler

Selin, Nils , Katharina

Projektdateien

[ https://gitlab.hs-ruhrwest.de/oxkastef/cardmasterextreme.git], [1]

Verwendete Programmiersprache

Dart

Verwendete externe Module

Flutter, Flutter Blue

Eingesetzte Software

Android Studio, Arduino IDE, Photoshop, Inkscape , Fuison 360 , Cura Up

Eingesetzte Hardware

ESP 32, ServoMotoren , Ultraschall Sensor, DC Motor, Button

Datenblätter

[2]

Der Cardmaster EXTREME ist ein Gerät, welches motorisch eingeschränkte Menschen beim eigenständigen Kartenspielen unterstützen soll. Dazu gibt es Karten einzeln aus, so dass diese leichter zu fassen sind – im Gegensatz zur Aufnahme von Spielstapel – und dreht sich zum jeweiligen Mitspieler. Die Kartenausgabe erfolgt auf ein Handsignal. Dabei wird ungefähr 3⁄4 der Karte ausgegeben, so dass sich die Karten leicht fassen lässt (Nach Absprache mit unserem Nutzer Sebastian). Das Drehen des Kartengebers erfolgt auf das Drücken eines Buttons hin. Ob sich der Kartengeber nun um 180°, um 120° oder um 90° dreht, hängt von der Anzahl der Mitspieler ab. Das kann zu Beginn des Spiels in der ebenfalls dazugehörigen App angegeben werden.


Projektidee[Bearbeiten]

Die Schwierigkeiten, die motorisch eingeschränkte Menschen dabeihaben, Karten von einem Stapel abzuheben, wurden Katharina durch die Erzählungen einer Sprachtherapeutin deutlich gemacht, die mit körperbehinderten Kindern arbeitet. Dadurch entstand die Idee, ein Gerät zu entwickeln, die Menschen dies erleichtert und so eine gleichberechtigte Teilnahme am Spiel ermöglicht.

Die Entwicklung[Bearbeiten]

Die Entwicklung lässt sich in mehrere Hauptaufgaben bzw. Arbeitsgebiete einteilen. Diese sind 3D-Druck Modellierung, Elektronik, Programmierung und App-Entwicklung. Während der Entwicklung wurden einzelne Arbeitsschritte mehrmals durchgeführt, da Fehler verbessert werden und neue Erkenntnisse umgesetzt werden konnten. Durch „Learning by Doing“ näherten wir uns unserem Endprodukt an.

Entwürfe[Bearbeiten]

Zunächst wurde eine Entwurfsskizze angefertigt, damit alle Gruppenmitglieder die gleiche Vorstellung von dem Produkt hatten, das entwickelt werden sollte.

Konstruktionsskizze kl.jpg

Der grundsätzliche Aufbau ist einfach: eine Hülle, die eine Schiene für Karten enthält, die mit einem darunterliegenden Rad heraus geschoben werden, und unter der Hülle eine sich drehende Fläche, so dass der Cardmaster immer in die Richtung des Spielers zeigt, der Karten braucht. Die Konstruktionsskizze enthält bereits die meisten Elemente, die später verwendet wurden. Anstatt eines Arduino wurde ein ESP32 Mikrocontroller genutzt. Die Anordnung der Elemente entspricht allerdings noch nicht dem späteren Aufbau.

Startmaterialien kl.jpg

Die Materialien, mit denen die Entwicklung anfing: ein ESP32, ein Ultraschallsensor, Kabel und ein Servomotor.

Erste Halterung kl.jpg

Die erste Version der Halterung der Kartenschiene. Die Halterung wurde im Lauf der Entwicklung in zwei Teile aufgeteilt, um zu einen den Druck zu beschleunigen, und zum anderen um die Winkel der Schiene variieren zu können.

Prototypen & Konstruktionsverlauf[Bearbeiten]

Die Entwicklung des Cardmasters umfasste den Druck und das Testen von mehreren, abgewandelten Prototypen. Das erste Teil, was gedruckt wurde, war die Schiene, auf der die Karten liegen sollen:

Schieber 1 kl.jpg Schieber 2 kl.jpg

Mit der Platzierung der Räder, die die Karten herausschieben sollten, wurde experimentiert. Einerseits mussten die Räder möglichst viel von der Karten "zu fassen kriegen", andererseits musste die Karte möglichst weit heraus geschoben werden, so dass man sie gut greifen konnte.

Da es zunächst sehr schwierig war, den richtigen Winkel zu finden, in dem die Schiene liegen sollte, sowie die Platzierung der Räder festzulegen, die zum einen ein Stück weit aus der Schiene ragen mussten, damit sie Haftung an der Karte erzeugen konnten, zum anderen aber nicht zu weit herausragen sollten, da sonst die Karte nach oben gedrückt wurde, wurde die Kartenhalterung mit Lego nachgebaut. So konnte die grundlegende Funktionalität getestet werden, ohne dass ständig Teile in den 3D-Druck gegeben werden mussten.

Um den Cardmaster sich drehen zu lassen, wurden zwei Platten ausgeschnitten. Auf einer davon wurde der Cardmaster platziert, die andere wurde mit 3 Kugellagern ausgestattet, auf die die andere Platte dann aufgelegt wurde. Durch die Mitte beider Platten verläuft eine Achse, die fix auf der unteren Platte angebracht wurde und um die sich die obere Platte drehen konnte. Es war geplant, dass auf dieser Achse, die ins Innere des Cardmasters ragt, ein Zahnrad befestigt werden sollte. Diese Zahnrad sollte mithilfe einer am Motor befestigten Schnecke angetrieben werden. Hier stießen wir allerdings an technische Grenzen: Durch den Druck, den der Motor ausübte, wurde die Schnecke immer wieder vom Zahnrad weggedrückt, so das keine Übersetzung der Bewegung stattfinden konnte. Schließlich kamen wir zu dem Schluss, dass ein einfacherer bzw. ein alternativer Plan besser wäre.

Jetzt treibt der Motor, der die obere Platte bewegen soll, ein Rad an, das außen um beide Platten herumläuft. So wird die obere Platte praktisch durch den Motor "gezogen".

Die 3D-Modellierung[Bearbeiten]

Der Cardmaster EXTREME besteht aus verschiedenen Komponenten, von denen die meisten 3D-gedruckt wurden. Dabei traten folgende Schwierigkeiten auf:

  • unpräzise Drucke (beispielsweise wurde ein und dasselbe Teil mehrfach gedruckt, und nur in einem Fall war ein perfekter Anschluss an den Servo-Motor möglich, obwohl die Abmessungen unverändert geblieben waren)
  • unvertrautes 3D-Konstruktionsprogramm: Zur Erstellung der STL-Dateien wurde das Programm Fusion 360° genutzt. Diese Anwendung hat den Vorteil, dass sie nicht PC-gebunden ist, sondern dass durch eine Online-Anmeldung auf jedem PC, auf dem einmal Fusion installiert wurde, alle erstellten Dateien des angemeldeten Benutzers sichtbar sind. Sie beinhaltet aber auch Features wie Versionierung, Abspeichern von einmal eingegebenen Maßen, automatisches Ausblenden von Skizzen und Ebenen, die die Bearbeitung von Konstruktionen mitunter erschwerten.
  • begrenzte Größe der Drucke: Die Hülle konnte nicht an einem Stück gedruckt werden, da sie sonst zu groß für die Drucker gewesen wäre.
  • Drucke erfordern viel Zeit: Die größeren Teile der Außenhülle waren bis zu 12 Stunden im Druck.

Die wesentlichen Komponenten, die schließlich gedruckt wurden, sind:

  • eine 2-teilige Hülle: hinteres Teil / vorderer Aufbau
  • eine Hülle für den Sensor (aus Thingiverse)
  • eine Stütze/Auflagefläche für das untere Ende der Kartenschiene
  • eine Stütze/Auflagefläche für das obere Ende der Kartenschiene mit einer Einhängung für die Kugellager, durch die die Achse der Räder gesteckt wurde
  • ein Button
  • ein Verbindungsstück zwischen dem Motor, der den Kartenschieber dreht, und der Auflagefläche [dieses Verbindungsteil befindet sich seit der Änderung des Plans, wie der Cardmaster gedreht wird, nicht mehr im Einsatz]

Die Elektronik[Bearbeiten]

Der Cardmaster benutzt zwei Motoren; einen Servo, der die Karten über die Schiene herausschiebt, und einen weiteren Motor, der das gesamte Gerät dreht, so dass es immer in die Richtung eines Spielers zeigt. Der Motor, der den Cardmaster dreht, ist mit einem Rad verbunden, welches außen um die untere Platte des Cardmasters herumläuft. Der Servo, der für die Bewegung der Karten zuständig ist, dreht ebenfalls zwei Räder, welche von unten in die Kartenschiene ragen.

Herzstück des Cardmasters ist ein Mikro-Controller, ein ESP32. An diesen Controller sind nicht nur die Motoren angeschlossen, sondern auch noch ein Ultraschallsensor, der auf dem Cardmaster sitzt und ab einer bestimmten Annäherung ein Signal an den Controller sendet, so dass der Servo angeschoben wird, um eine Karten heraus zu bewegen. Der Controller ist außerdem über Bluetooth mit einer App verbunden. Durch diese App empfängt er die Informationen, um wie viel Grad der untere Motor das gesamte Gerät drehen soll, sobald auf den Button, der signalisiert, dass der Zug des Spielers beendet ist, gedrückt wird.

Materialliste
Bezeichnung Kosten Anzahl
DC-Wandler 3,99€ 1
ESP-32 7,00€ 1
Powerbank 8,99€ 1
Taster ~0,50€ 1
Ultraschallsensor ~3,00€ 1
Servo ~1,80€ 1
DC-Motor ~6,70€ 1
Pull-down-Widerstand (1kOhm) ? 1

~/? = Komponenten, die von der HRW gestellt wurden. Diese Bauteile sind zumeist sehr preisgünstig.

Die App[Bearbeiten]

Damit sich der Cardmaster um den korrekten Winkel dreht, ist es notwendig, eine Spieleranzahl festzulegen. So muss sich das Gerät bei zwei Spielern zwischen diesen zwei Spielern hin- und herdrehen, bei drei Spieler muss es sich allerdings dreimal drehen und jedes Mal die Positionen der einzelnen Spieler ansteuern. Um dies zu regeln, wurde eine schlichte App entwickelt. Es wurde sich für das Mobile-UI-Framwork Flutter.io sowie die dazugehörige Bluetooth Verbindung entschieden, da Flutter plattformunanbhängig ist, die entwickelte App also sowohl auf IOS- sowie Android-Mobilgeräten ausführbar ist.

Jemand, der spielen möchte, öffnet die App auf dem Handy, gibt direkt die Spieleranzahl ein oder guckt sich die Instruktionen an, um zu erfahren, wie die Spieler sitzen müssen. Nach dem Druck auf "Spielen" werden die gefundenen Bluetooth-Verbindungen angezeigt. Ist der Cardmaster angeschaltet, erscheint er in der List. Nach einem Auswählen des Cardmasters wird die Bluetooth-Verbindung aufgebaut, die ausgewählte Spieleranzahl übermittelt und es kann losgehen.

Die App besteht aus folgenden Seiten:

  • Startseite: hier lässt sich die Spieleranzahl festlegen, das Signal zum Spielen geben und die Anleitung aufrufen
  • Anleitungsseite: hier werden die Sitzpositionen gezeigt, die Spieler einnehmen müssen, damit sich der Cardmaster zu ihnen drehen kann
  • Bluetooth-Seite: hier werden die gefundenen Bluetooth-Verbindungen angezeigt

Screenshots app.jpg

Startseite & Anleitungsseite

Auszug auf den Code: Bluetooth-Verbindung

  • es wird ein Listtile aufgebaut, das ein gefundenes Gerät darstellt. Beim onTap-Event wird eine Verbindung aufgebaut und die Anzahl der Spieler übermittelt.

Code app2.JPG

Die Webseite[Bearbeiten]

Wir haben eine Webseite mit WordPress für die Präsentation des Cardmasters erstellt. Die Domain dazu lautet www.cardmaster-extreme.de

Für die Webseite sowie unsere App haben wir ein Logo entwickelt. Das Kontaktformular auf unserer Seite ist für Feedback von unserern Benutzern gedacht.

Bauplan[Bearbeiten]

Liste der Bauteile
Bauteil Funktion
Kartenschiene Auflegen der Karten
Halterung für Schiene und Achsen Kugellager- und Servoauflage, Auflage der Kartenschiene
Aufsatz auf Drehscheibe Auflage der Kartenschiene, "Boden" des Cardmasters
Button beendet den Zug, gibt Signal zum Drehen
Hülle Teil 1 "Deckel", Auflage für den Ultraschallsensor
Hülle Teil 2 Aufbewahrung der Elektronik
Obere Platte Auflage für den Cardmaster, drehbar
Untere Platte steht fest, hält das gesamte Gerät

Aufbau kleiner.jpg

Aufbau unterer Teil 2.jpg

Das Team[Bearbeiten]

Das Team hinter dem Projekt Cardmaster EXTREME besteht aus: