Cocktailroboter Gonzo

Für unsere Gartenpartys haben wir eine Cocktailmaschine gebaut. Die Zutaten: ein Raspi mit Touch-Display und acht Schlauchpumpen mit Arduino-Steuerung.

von Carsten Romahn

Auf der Maker Faire Ruhr testeten wir eine Cocktailmaschine oder besser gesagt: meine Tochter hat ihn intensiv getestet und kam zu dem Schluss, dass wir auch einen brauchen. Nach einer Recherche im Internet war klar, dass es zwar einige Getränkemixer gibt, die aber Einzelstücke oder für den professionellen Einsatz konzipiert und entsprechend teuer sind. Daher hieß es: „Dann bauen wir sie eben selbst!“

Sie sollte leicht zu reinigen und einfach zu bedienen sein, verschiedene Rezepte beherrschen und Cocktails möglichst zügig mixen. Wir entschieden uns für einen Aufbau mit Schlauch- beziehungsweise Peristaltikpumpen. Dabei wird der Schlauch in einem Gehäuse um einen Rotor gelegt, der beim Drehen die Flüssigkeit voranschiebt. So kommt nur der Schlauch in Kontakt mit den Säften und kann im Notfall schnell und einfach ausgewechselt werden. Wir verwenden Silikonschläuche, die für die Verwendung mit Lebensmitteln zugelassen sind. Mit einem halben Liter warmen Wassers sind sie auch schnell gereinigt.

Den Pumpendruckkopf haben wir mit der kostenlosen CAD-Software OpenSCAD und einem 3D-Drucker selbst erstellt – auch wenn von Version 0.1 bis 2.5 einige Iterationen zur Optimierung und Anpassung nötig waren. Am Ende sind es fünf gedruckte Teile pro Pumpe, für die unser Drucker rund vier Stunden benötigt. Die Dateien zum Nachdrucken stellen wir online bereit. Als Motor kommt ein Schrittmotor vom Typ Nema17 zum Einsatz. Die Ansteuerung erfolgt über den Motortreiber A4988. Jeweils vier Motoren sind so an einem Arduino Uno angeschlossen.

Im Inneren ist Platz für die acht Motoren, die beiden Unos und das Netzteil. Der Raspberry ist hinten am Touchscreen befestigt.

In den Pumpen nutzen wir im Rotor jeweils sieben Rollen, die wiederum aus drei Kugellagern bestehen. Das ist zwar etwas überdimensioniert, macht aber einen soliden Eindruck.

Den A4988-Treiber löteten wir zusammen mit dem Stromsensor MAX471 und einem Kondensator (zum Abfangen von Spannungsspitzen) auf eine kleine Lochrasterplatine. Diese haben wir mit Heißkleber direkt auf den Motor geklebt.

Wie bekommen wir nun ein Cocktailrezept in die Unos? Wir nutzen den Einplatinenrechner Raspberry Pi mitsamt dem offiziellen Touchscreen. Mit dem Uno kommuniziert er über eine UART-Schnittstelle, die auf dem Uno hardwareseitig implementiert ist. Mit QtCreator haben wir noch eine grafische Oberfläche programmiert, die auf dem Raspi läuft und das einfache Auswählen der Cocktails per Fingerdruck auf dem Touchscreen ermöglicht.

Auf geht es zum Finale: Ein passendes Gehäuse musste her. Als Skelett nutzten wir Nut-6-Schnellbauprofile mit 20mm Stärke und für die Front- und Rückseite besorgten wir uns passende Edelstahlbleche. Das Loch für den Touchscreen schnitten wir mit einem Winkelschleifer in das Blech. Die „Nase“ als Auslauf ist wie einige Halterungen selbstgedruckt und erinnert an den Namensgeber unserer Maschine: Gonzo, wie der langnasige Stuntman in der Muppet Show. —hch

heise.de/-4446891

CNC-Fräse im Großformat

Aus einem kleinen Projekt von drei Schülern wurde mit der Zeit eine Fräse im XXL-Format. Künftig soll sie auch 3D drucken können.

von Sebastian und Stefan Schütz

Im September 2017 war das Abitur noch in weiter Ferne und wir hatten viel Zeit. Also musste ein Schulprojekt her, von dem im Idealfall nicht nur wir profitieren. So sind CNC-Fräsen sehr nützlich, in größeren Formaten aber kaum günstig zu finden. Eine Technik-Lehrerin machte uns auf ein Programm aufmerksam, das die Finanzierung unserer Fräse ermöglichte. Bei MikroMakroMint der Baden-Württemberg Stiftung können Lehrkräfte für technische Projekte von Schülergruppen bis zu 2500 Euro Unterstützung beantragen.

Wir holten noch unseren Mitschüler David an Bord und machten uns an die Planung. Nach mehreren Tagen mit CAD-Design und dem Erstellen von Materiallisten glaubten wir, die Fräse mit drei Achsen und einem Arduino DUE als Steuerung innerhalb weniger Tage aufbauen zu können. Oh boy; we were so wrong.

Beim Aufbau begannen wir mit dem „Käfig“. In der schuleigenen Schreinerei haben wir Aluminiumprofile auf der Formatkreissäge mit einem Aluminiumblatt auf die passenden Längen gekürzt und gemäß unserem Modell zusammengeschraubt. Während des Aufbaus hat uns überrascht, wie viel Zeit wir auf das Schrauben verwenden mussten. Als echter Zeitfresser stellte sich auch das Ausrichten der Profile heraus.

Die MDF-Platten geben dem Gerüst zusätzliche Stabilität.

Da wir kein Schweißgerät haben, mussten wir so viele Teile wie möglich verschrauben – wie hier die Aluminiumprofile von OpenBuilds.

Über den großen Schaltkasten können die gesamte Maschine sowie einzelne Teile wie etwa der Fräsmotor an- und ausgeschaltet werden. Die Geschwindigkeit und Drehrichtung des Motors werden über den kleinen Kasten gesteuert.

Bei der Elektronik dachten wir am Anfang zu wissen, was wir brauchen und wollen. Nur ein paar sicherheitstechnische Kleinigkeiten wie Schaltschränke inklusive deren Lüfter, Temperaturabschaltung, die richtige Verdrahtung eines Not-Aus-Schalters und Schleppketten mit passenden Kabeln hatten wir nicht auf dem Schirm. Zum Glück hat sich unser Vater um die Installation gekümmert. Unserem Fräsmotor haben wir schließlich einen neuen Stecker mit Schutzleiter verpasst, weil der urprüngliche für die vorgesehene Anwendung stark unterdimensioniert war.

Alles in allem stecken in der CNC-Fräse weit über 200 Stunden an Arbeit. Ein schnelles Wochenendprojekt ist diese Fräse somit nicht, dafür ein super Projekt für leidenschaftliche Hobbybastler. Aktuell stehen wir vor der Herausforderung, dass die Z-Achse sich leicht nach vorne beugt und wir einen zweiten Y-Achsen-Schlitten brauchen. Auch die Erweiterung auf einen 3D-Drucker ist bereits geplant, es fehlt allerdings noch ein Heizbett. Die Interpretation von G-Code funktioniert aber schon sehr gut. —hch

openbuilds.com/builds/open-source-large-format-cnc-machine-and-3d-printer.8431

Elektromobil mit Arduino-Steuerung

Die moderne Seifenkiste fährt mit Elektromotor: Das Arduino-Elektromobil bringt vom Display bis zum kabellosen Lenkrad zahlreiche Features mit.

von David Traum

Als bei einer Hausrenovierung eine Reihe von Holzlatten übrig blieb, kam mir die Idee, daraus das Chassis für ein Fahrzeug zu bauen. Daraus entstand ein Elektromobil mit Arduino-Steuerung, Bleiakkus und Solarzelle. Gelenkt wird es mit einem kleinem Joystick oder einem kabellosen Lenkrad. Das Fahrzeug erreicht auf gerader Strecke eine Höchstgeschwindigkeit von circa 35 Stundenkilometern und hat eine Reichweite von 10 bis 15 Kilometern.

Zuerst schraubte ich mehrere der Latten zu einem 1,80m langen Grundgerüst zusammen. Für die Hinterachse kamen ein 20mm-Stahlrohr aus dem Baumarkt und zwei Kugellager zum Einsatz. An die Achse habe ich mit Hilfe von zwei Stellringen ein Ritzel geschweißt. Als Räder verwendete ich Schubkarrenräder. Der Antrieb erfolgt über einen 500W-Elektromotor, der neben dem Ritzel des hinteren rechten Rads am Gerüst verschraubt ist. Das Vorderrad kann durch ein Kugellager frei gedreht werden. Durch zwei Stahlseile und einen Servo, der hinten unter dem Fahrzeug sitzt, wird das Rad präzise elektrisch geschwenkt. Am linken Hinterrad ist außerdem eine mechanische Bremse für Notfälle angebracht.

Neben dem Display ist vorn ein Kugellager verbaut, in das das kabellose Lenkrad gesteckt werden kann. Der Sitz ist dank eines Linearmotors einstellbar.

Das Lenkrad ist mit einem 9-V-Akku, einem Arduino Uno, einem 433-MHz-Funkmodul und einem Gyrosensor ausgestattet.

Für Sicherheit im Dunkeln sorgen zwei 12-V-LED-Frontscheinwerfer.

Das Herz des Fahrzeugs ist ein Arduino Mega. Dieser verarbeitet alle Eingaben und ist komplett für das Fahrverhalten zuständig. Die Steuerung erfolgt über einen Joystick, der rechts auf dem Rahmen angebracht ist. Er liefert für alle drei Achsen analoge Werte, die vom Arduino ausgelesen werden. Neben dem Antrieb und der Lenkung steuert der Arduino auch alle weiteren Features des Fahrzeugs, wie Blinker und Frontscheinwerfer. Die Kontrolle erfolgt über ein 4,3-Zoll-Touchdisplay von Nextion, das über eine serielle Verbindung mit dem Arduino kommuniziert. Darauf sieht man etwa die Geschwindigkeit, die Ausrichtung des Fahrzeugs und den Zustand des Blinkers.

Die Stromversorgung wird durch zwei in Reihe geschaltete 12-V-Bleiakkus und eine 40-W-Solarzelle gesichert, die oben auf dem Fahrzeug montiert ist. Sie ist über einen 24-V-Laderegler an die Akuss angeschlossen. Der maximale Stromverbrauch des Fahrzeugs liegt bei 30 Ampere. Bei einem höheren Stromfluss wird die Stromversorgung von einer Sicherung unterbrochen. Durch zwei Spannungswandler wird die Ursprungsspannung von 24V (für den Antrieb und Lenkung) auf 12V (für die Scheinwerfer, Blinker, Hupe, etc.) und 5V (für den Arduino, das Display und Anzeigen) reguliert. So werden die Akkus stets gleichmäßig entladen. —hch

heise.de/-4454053