Da der nächste Schritt vom inneren Aufbau der Spinne abhängt, lässt er sich nur vage beschreiben: Ziel der Operation ist es, die zwei Vorderbeine beweglich zu bekommen und die restlichen Beine möglichst nicht zu beschädigen. Danach platzieren Sie einen Servo so an oder in der Spinne, dass er die zwei vorderen Beine bewegen kann. Unter Umständen erweist es sich als hilfreich, den Servoarm mit einem starren Draht zu verlängern: So finden Sie leichter eine gute Position, um die Beine weit nach oben zu bekommen.
Um alle Teile der Spinne und den Servo gut miteinander zu verbinden, sollten Sie nicht mit Heißkleber sparen. Am Schluss des Eingriffs verstecken Sie die ganze Technik hinter ein paar Streifen schwarzen Isolierbands. Ein kleines Youtube-Video zeigt Tekla in Aktion [9].
Die Spinne Quax
Die Spinne Quax stürzt sich todesmutig von oben herab auf ihre Opfer. Die zugehörige Mechanik (Abbildung 6) erfordert allerdings etwas Geschick.
Quax hängt am Ende einer Schnur. Ein Getriebemotor zieht ihn nach oben, wo er einen Taster auslöst, der den Motor anhält. Wenn Quax sich nun nach unten stürzen soll, koppelt ein kleiner Servomotor das Getriebe der Trommel ab, sodass Quax herunterfällt. Anschließend koppelt das Getriebe wieder ein, und die Spinne wandert für ihren nächsten Einsatz zurück in die Ausgangsposition.
Abbildung 6: Eine technische Herausforderung stellt das Getriebe dar, das Quax hochzieht. Eine Kupplung sorgt dafür, dass die Spinne wieder schwungvoll nach unten gleitet.
Die Umlenkrolle dazu müssen Sie vor der Trommel beweglich anbringen, damit sie, sobald Quax oben ankommt, den Taster auslösen kann [10]. Die bewegliche Achse des Getriebes [11] sollten Sie gut ölen, damit sie sich frei bewegen kann.
Schaltplan
Der Schaltplan für dieses Projekt besteht aus zwei Teilen: Teil 1 dient zur Steuerung des Skeletts (Abbildung 7), Teil 2 zeigt alle Komponenten, die Sie für die Fernsteuerung der zwei Spinnen benötigen (Abbildung 8). Auf den Plänen befinden sich fast nur Optokoppler – sie schützen die GPIO des RasPi vor Störungen durch die Servomotoren – und die zu ihrem Betrieb notwendigen Widerstände.
Die Signalübertragung zu den Servos und LEDs funktioniert für alle Anschlüsse gleich: Der Raspberry Pi bringt über einen GPIO-Anschluss die LED im Eingang des jeweiligen Optokopplers zum Leuchten, woraufhin der Fototransistor auf der Ausgangsseite schaltet. Störungen der Servos können den Raspberry Pi so nicht beeinflussen.
Achten Sie darauf, den Raspberry Pi und die Servos nicht über dasselbe Netzteil zu betreiben, da andernfalls die galvanische Trennung der Stromkreise nicht mehr gegeben ist.
Abbildung 7: Der erste Teil des Schaltplans zeigt die komplette Steuerung des Skeletts.
Abbildung 8: Dieser Teil des Schaltplans umfasst alle Komponenten, die Sie zum Steuern der Spinnen benötigen.
Die Servos benötigen beim Anlaufen viel Strom. Die Kondensatoren C1 und C2 fangen die entsprechenden Spitzen ab und verhindern so, dass die Betriebsspannung zusammenbricht, wenn die Servos arbeiten. Passiert das doch einmal, bewegen die Servos sich plötzlich vollkommen planlos.
Die Schaltung umfasst je ein DC/DC Modul, das die 6 Volt für den Betrieb der Servos erzeugt. Ein einzelnes Modul könnte überlastet werden, wenn alle Servos gleichzeitig arbeiten. Stellen Sie vor dem Einbau die DC/DC-Module auf eine Betriebsspannung von 6 Volt ein. Eine zu hohe Spannung könnte andernfalls die Servos beschädigen. Die Eingangsspannung der Module liegt zwischen 8 und 40 Volt.
Stellen Sie außerdem sicher, dass die Servos nicht mechanisch blockieren. Das hätte zur Folge, dass sie sehr hohe Ströme ziehen, was wiederum einen Zusammenbruch der Betriebsspannung zur Folge hätte.
Tekla verwendet nur einen Servomotor und zwei LEDs, weswegen die Spinne lediglich die zwei Pins GPIO14 und GPIO15 zum Ansteuern benötigt. Die Funktionsweise entspricht jener des Skeletts.
Die Schaltung zum Steuern von Quax gestaltet sich etwas komplizierter. Ein Leistungstransistor steuert den Motor an, wobei die Diode D1 als Freilaufdiode fungiert. Sie fängt Ströme auf, die induktive Verbraucher nach dem Abschalten noch erzeugen. Das Gate des Transistors liegt über dem Widerstand RG auf Masse, wodurch er sperrt. Über den Pin GPIO13 lässt sich nun eine positive Spannung an das Gate legen. Der Transistor öffnet sich, und es fließt Strom, womit sich der Motor zu drehen beginnt.
Es spielt dabei keine Rolle, in welche Richtung, da er in jedem Fall die Spule aufwickelt. Erreicht Quax seine Startposition, betätigt der Mechanismus den Taster 1. Das legt über einen Optokoppler das Gate des Leistungstransistors wieder auf Masse, und er sperrt. Diese Schaltung dient dazu, den Motor bei Erreichen der Endlage sicher abzuschalten. Es könnte sonst vorkommen, dass der RasPi, der das Signal über GPIO12 bekommt, nicht schnell genug reagiert, was die Mechanik zerstören würde.
