MODE 10 — SPIRO

Ziel & Anwendung

Zwei Servos — unendlich viele Muster! Der X-Arm und der Y-Arm bewegen sich in verschiedenen Geschwindigkeiten und erzeugen dadurch Spirograph-Muster und Lissajous-Kurven. Der Dreh-Regler steuert das Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten — jedes Verhältnis ergibt ein anderes Muster. Der Joystick-Knopf senkt den Stift ab. Automatisches Kunst-Erstellen!

• Der X-Arm und der Y-Arm drehen mit verschiedenen Geschwindigkeiten — das Verhältnis bestimmt das Muster
• Der Dreh-Regler stellt das erste Verhältnis ein, mit gehaltener Berührungsfläche das zweite — hunderte verschiedene Muster möglich
• Der Joystick-Knopf senkt den Stift ab — der Schrittmotor schiebt das Papier weiter nach jeder Runde

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Zwei Servo-Arme (je 8 cm) als Zeichen-Arme mit Filzstift am Ende
• Weißes Papier (A4) auf einem Holz- oder Karton-Untergrund
• Kleiner Filzstift oder Kugelschreiber am Ende des zweiten Arms
• Stepper mit Gummiband als Papier-Transport
• Heißkleber, Klebeband, doppelseitiges Klebeband fürs Papier

Step-by-Step Tutorial

1. Zeichen-Arm-System aufbauen

   Plastik-Servo-Horn auf den X-Arm-Servo aufschrauben, ersten Arm (8 cm, verstärkt mit Holzstäbchen) flächig draufkleben. Am Ende von Arm 1: den Y-Arm-Servo mit Heißkleber befestigen. Plastik-Horn auf den Y-Arm-Servo, zweiten Arm (8 cm) draufkleben. Filzstift an der Spitze von Arm 2 befestigen — zeigt nach unten. Papier direkt darunter. Der Stift-Heber senkt den Stift auf das Papier ab oder hebt ihn wieder ab.

   Check: Der X-Arm dreht frei, der Y-Arm am Ende des X-Arms dreht ebenfalls frei — Filzstift am Ende des Y-Arms schwebt über dem Papier

   Tipp: Den Y-Arm-Servo am Ende des X-Arms montieren: so folgt er der Bewegung des X-Arms und addiert seine eigene Drehung dazu

2. Geschwindigkeits-Verhältnis per Encoder einstellen

   Der Dreh-Regler stellt das Geschwindigkeits-Verhältnis des X-Arms ein. Mit gehaltener Berührungsfläche und Dreh-Regler wird das Verhältnis des Y-Arms eingestellt. Beide drehen sich kontinuierlich, jeweils proportional zu ihrem eigenen Verhältnis. Die Überlagerung der zwei Drehbewegungen erzeugt das Muster. Die beiden Verhältnis-Anzeigen zeigen die aktuellen Einstellungen als Zeiger-Skala.

   Check: Dreh-Regler dreht: X-Arm und Y-Arm bewegen sich mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten — Muster ändert sich

   Tipp: Verhältnis 2 zu 1 erzeugt eine Acht. 3 zu 2 ergibt ein Kleeblatt. 5 zu 3 eine Spirale. Einfach ausprobieren!

3. Papier-Transport mit Stepper

   Der Schrittmotor-Mitnehmer trägt ein Gummiband als Walze. Papier unter der Walze durchschieben. Nach einer Zeichen-Runde: der Schrittmotor dreht ein kurzes Stück — Papier schiebt sich ein Stück weiter. Nächstes Muster auf dem neuen Feld. So entsteht eine Galerie verschiedener Muster auf einem Blatt. Mehrere Ausdrucke hintereinander zeigen verschiedene Dreh-Regler-Einstellungen.

   Check: Schrittmotor schiebt Papier um wenige Millimeter weiter wenn der Joystick-Knopf gedrückt wird — neues Feld für nächstes Muster

   Tipp: Gummiband als Antriebs-Walze auf dem Schrittmotor-Mitnehmer: Papier liegt direkt auf dem Gummiband und wird mitgenommen

4. Leichtgängigkeitstest der Zeichen-Arme

   Bevor Strom eingeschaltet wird: den X-Arm manuell langsam drehen. Folgt der Y-Arm am Ende mit? Klemmt das Servo-Kabel? Kabel locker führen. Filzstift am Ende: berührt er das Papier gleichmäßig? Den Stift-Heber manuell auf Stift-unten stellen: Stift auf Papier. Auf Stift-oben: Stift gehoben. Erst nach OK Strom einschalten.

   Check: Der X-Arm dreht frei über den vollen Bereich. Der Y-Arm am Ende des X-Arms dreht ebenfalls frei — kein Kabelzug

   Tipp: Das Kabel des Y-Arm-Servos muss locker genug sein damit es die Rotation nicht behindert — Kabel mit Klebeband lose führen

5. Spirograph-Demo: Verschiedene Muster zeichnen

   Strom einschalten. X-Arm und Y-Arm drehen sich automatisch. Stift gehoben: Arm-Bewegung beobachten. Dreh-Regler auf Verhältnis 2 zu 1 stellen. Joystick-Knopf: Stift senkt sich ab — Muster entsteht! Nach einer Runde: Joystick-Knopf nochmals drücken (Stift heben), Dreh-Regler auf 3 zu 2, neues Muster. Schrittmotor rückt das Papier weiter. Spirograph-Galerie!

   Check: Stift auf Papier senken: nach einigen Sekunden entsteht ein erkennbares Muster

   Tipp: Erst Muster bei gehobenem Stift beobachten (X-Arm und Y-Arm bewegen sich, kein Strich) — dann Stift absenken für Zeichnung

Troubleshooting

• Muster sieht wie ein Punkt aus statt einer Kurve — Die beiden Geschwindigkeits-Verhältnisse sind gleich eingestellt — unterschiedliche Werte einstellen; Verhältnis 2 zu 1 oder 3 zu 2 als Startpunkt
• Stift hinterlässt keine Linie auf dem Papier — Stift-Heber-Stellung prüfen: berührt der Stift wirklich das Papier? Stift-Druck erhöhen durch niedrigere Montage des zweiten Arms
• Arm dreht und dreht, aber kein erkennbares Muster — Muster bei sehr kleinen Verhältnis-Unterschieden sind sehr komplex — Verhältnisse auf 2:1 oder 3:1 stellen für klare Muster

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Farbwechsel-Stifte am Arm und Drehtisch unter dem Papier — farbige Spirograph-Muster entstehen automatisch
• Pro-Tipp: Encoder-Button speichert das aktuelle Verhältnis — schöne Muster wieder abrufen

Wichtige Code-Teile

// Spirograph-Timer
spiroT += 0.04f;

// Verhältnisse per Encoder und touch
if(!touch1) {
    ratio1 = constrain(ratio1 + (float)EncoderPos * 0.1f, 0.5f, 4.0f);
} else {
    ratio2 = constrain(ratio2 + (float)EncoderPos * 0.1f, 0.5f, 4.0f);
}
EncoderPos = 0;

// Lissajous/Spirograph-Position
float rad1 = 400, rad2 = 150;
float x = sin(spiroT * ratio1) * rad1
         + sin(spiroT * ratio2 * 2.0f) * rad2 * 0.3f;
float y = cos(spiroT * ratio1) * rad1
         + cos(spiroT * ratio2 * 2.0f) * rad2 * 0.3f;

// S1/S2: Zeichen-Arme
servocontroller.setServoPulse(1, constrain(1500 + (int)x, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(2, constrain(1500 + (int)y, 1000, 2000));

// S3: Stift heben/senken
static bool penDown = false;
if(isButtonPressed(JoystickButton, lastJoyBtn)) penDown = !penDown;
if(!ismoving[3]) servocontroller.startMove(3, penDown ? 2000 : 1000, 200);

// S4/S5: Verhältnis-Anzeige
servocontroller.setServoPulse(4, map((int)(ratio1 * 100), 50, 400, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(5, map((int)(ratio2 * 100), 50, 400, 1000, 2000));

// Stepper: Papier-Vorschub
if(touch2 && stepper.distanceToGo() == 0) stepper.move(50);
stepper.run();

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