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Studierendenwettbewerb des SPP 2305

Die Aufgabe ist, eine möglichst kleine smarte Kugel (Durchmesser: max. 12 cm) mit integriertem Sensor herzustellen. Im Rahmen eines Wettbewerbs wird diese Kugel auf einem vorgegebenen Parcours mit einer Wegstrecke von bis zu 10 Meter durch Anstoßen bewegt. Der integrierte Sensor soll dabei die dreidimensionalen Wegparameter erfassen und entweder drahtlos in Echtzeit oder per einzusteckendem Datenkabel am Ende der Strecke an einen stationären Empfänger übertragen. Dabei soll Rollen und Gleiten unterschieden werden können. Die Erfassung weiterer Messgrößen, wie z.B. Temperatur oder Geräusche, wäre wünschenswert.

Die smarte Kugel soll mittels additiver Fertigungsmethoden hergestellt werden. Die Komponenten des integrierten Sensors, die Schaltkreise zur Datenanalyse, die Übertragungsbausteine (Sender und Empfänger) und die Energieversorgung sind in die Kugel zu integrieren. Der Schwerpunkt soll zentral in Kugelmitte liegen, da eine exzentrische Schwerpunktslage den Roll- und Gleitvorgang beeinflussen würde.

Im Hinblick auf die praktische Anwendung wäre es wünschenswert, wenn die Kugel in der Lage wäre, die erforderliche elektrische Energie durch Energy Harvesting aus der Bewegung heraus selbst zu erzeugen.

Der Prototyp muss einen Sturz aus 30 cm Höhe auf Steinboden schadlos ertragen.

  • Das Konzept der Kugel mit integriertem Sensor und des Empfängers ist zu dokumentieren.
  • Zum Bau des Prototypen sind die bereitgestellten Komponenten (aus dem Basispaket) zu verwenden.
  • Mit Genehmigung durch die Jury dürfen ergänzende bzw. abweichende Komponenten und Dienstleistungen eingesetzt werden. Dazu ist ein Antrag zu stellen, der die Notwendigkeit und Funktion der Hardware bzw. der Dienstleistung begründet und ein Angebot für die Hardware beinhaltet. Nach Genehmigung durch die Jury dürfen die Komponenten beschafft oder Dienstleistung beauftragt werden.
  • Die Kosten für genehmigte (!) ergänzende bzw. abweichende Hardware und Dienstleistungen werden übernommen.
  • Das Design der smarten Kugel ist in Eigenleistung zu entwickeln und zu dokumentieren. Sollten Komponenten oder Baugruppen aus ähnlichen Projekten verwendet werden, sind diese zu benennen und die Eigenleistung herauszustellen.
  • Die Software zur Auswertung der Sensorsignale ist in Eigenleistung zu entwickeln und zu dokumentieren. Sollten Software-Templates, z.B. aus ähnlichen Projekten, verwendet werden, sind diese zu benennen und die Eigenleistung herauszustellen.
  • Zur Bewertung durch die Fachjury ist eine Präsentation des Konzepts und des Aufbaus der smarten Kugel und eine Demonstration vorgesehen. Anhand einer Powerpoint-Präsentation soll in ca. 10 Minuten auf folgende Aspekte eingegangen werden:
    • Konzeption und Herstellung der Kugel
    • Sensorkonzept (ggf. mit optionalen Sensoren)
    • Integrierte Schaltung
    • Energiehaushalt und Datenübertragung
    • Software
    • Optional: Konzept des Energy Harvesters mit Energiehaushalt
  • Demonstration:
    • Die Kugel wird auf einem vorgegebenen Parcours (< 10 m) durch Anstoßen entlang eines Parcours bewegt. Dabei wird die Kugel gemischt rollend und gleitend bewegt.
    • Die räumlichen Koordinaten der Trajektorie der Kugelmitte sind im Anschluss in geeigneter Form grafisch auszugeben.
    • Rollen und Gleiten soll dabei unterschieden werden können.
    • Optional können weitere Parameter gemessen und ausgegeben werden, z.B. Temperaturen, Beschleunigungen, Geräusche usw.
    • Die Fähigkeit zum Geradeausrollen auf einer schiefen Ebene wird evaluiert.
    • Die Solidität der Kugel wird durch einen Fall aus 30 cm Höhe auf Steinboden evaluiert. Die smarte Kugel muss nach dem Aufprall weiterhin uneingeschränkt funktionieren.
    • Auf Wunsch können zusätzliche Messmöglichkeiten (z.B. Temperatur) oder Szenarien (z. B. Zuwerfen oder Rotieren) demonstriert werden. Die Leistungsfähigkeit der Kugel bei diesen Szenarien geht in die Bewertung ein.
  • Weitere Anforderungen:
    • Auf einen effizienten Einsatz der Ressourcen bei der Gestaltung und Fertigung der Kugel ist zu achten.
    • Eine einfache (= kosteneffiziente) Fertigung und Montage/Wartung ist anzustreben.
    • Der Bewegungszustand der Kugel ist ohne Zuhilfenahme externer Systeme (z. B. GPS, etc.) auszuwerten.
    • Die Datenübertragung kann kabelgebunden am Ende eines Manövers oder besser in Echtzeit drahtlos erfolgen.
  • Literaturhinweise (zur Anregung)
  • Stand: 15.11.2023
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