ESP32 Roboter-Auto für die Schule: die Version für einen Projekttag an der Grundschule

Das Roboter-Auto aus meinem Buch „Roboter-Autos mit dem ESP32“ ist ein tolles Projekt. Für einen Projekttag in der Grundschule ist es aber zu umfangreich. Deshalb habe ich eine vereinfachte Schulversion entwickelt. Wie der Workshop selbst ablief, habe ich bereits im Beitrag zum Talentetag an der Grundschule meiner Tochter beschrieben. Hier geht es nun um die Technik.

Phase 1: Das Ziel

Die Kinder der 3. und 4. Klasse sollten ihr Auto in kurzer Zeit selbst fertigstellen. Ohne Löten. Ohne Programmieren am Laptop. Und trotzdem sollten sie verstehen, was im Inneren passiert.

Daraus ergaben sich drei Regeln:

• So wenige Bauteile wie möglich.
• So wenige Kabel wie möglich, die die Kinder selbst stecken.
• Eine Steuerung, die jedes Kind sofort versteht.

Phase 2: Die Bauteile

Für die Erklärung habe ich jedes Bauteil mit einem Bild verbunden. Das hat bei den Kindern sehr gut funktioniert.

• ESP32 als Gehirn: Der Mikrocontroller sitzt auf einem Breakout Board. So lassen sich die Jumper-Kabel einfach aufstecken.
• L298N Motortreiber als Muskeln: Das Gehirn gibt leise Befehle. Der Motortreiber gibt den Motoren die nötige Kraft.
• Zwei TT-Getriebemotoren: Die gelben Motoren treiben die beiden Räder an. Hinten läuft eine kleine Möbel-Lenkrolle mit.
• 3 x 18650 Akkus: Sie liefern rund 11 V.
• LM2596 Spannungswandler mit Voltmeter: Er regelt die Spannung für die Motoren auf etwa 7 V herunter. Das kleine Display zeigt den Wert direkt an.
• HC-SR04 Ultraschallsensor: Er misst wie eine Fledermaus den Abstand per Ruf und Echo.
• OLED Display: Es zeigt Namen, Verbindungsstatus, Modus und Entfernung.
• Kabel mit Schalter: Ein einfacher EIN/AUS-Schalter für die Stromversorgung.
• PS5 Controller: Die Steuerung kennt jedes Kind.

Das Chassis kommt aus dem 3D-Drucker. Dazu gehören Kotflügel, ein Überrollbügel und ein Stoßfänger vorne. Der Stoßfänger schützt den Ultraschallsensor bei den unvermeidlichen Crashs.

Das Chassis zum Drucken findet ihr hier auf Maker-World: ESP32 Roboter-Auto

Phase 3: Was ist anders als im Buch?

Viele habe ich zu der Beschreibung in meinem Buch „Roboter-Autos mit dem ESP32“ nicht geändert. Der größte Unterschied ist der Antrieb mit nur zwei Motoren. Gelenkt wird wie bei einem Kettenbagger. Dreht das linke Rad schneller als das rechte, fährt das Auto nach rechts. Das verstehen Kinder sofort.

Der zweite Unterschied ist der Spannungswandler. Die TT-Motoren laufen damit nicht mit der vollen Akkuspannung. So bleiben die Autos kontrollierbar und die Motoren werden geschont.

Der dritte Unterschied: Die Autos sind bei Workshop-Beginn fast fertig aufgebaut. Die Stromversorgung ist verlötet. Die Firmware ist aufgespielt. Die Kinder erledigen nur noch die Schritte, die sie wirklich verstehen können.

Phase 4: Der Zusammenbau in 4 Schritten

1. Motortreiber verkabeln: Vier Jumper-Kabel verbinden den Motortreiber mit dem ESP32. IN1 an P13, IN2 an P12, IN3 an P27 und IN4 an P33.
2. Einschalten: Vorher gibt es einen kurzen Check. Sitzen die Akkus richtig? Stecken alle Kabel? Dann den Schalter auf EIN.
3. Motorspannung einstellen: Mit einem kleinen Schraubendreher am Poti des Spannungswandlers drehen, bis das Voltmeter etwa 7 V zeigt.
4. Controller verbinden: Die Teams verbinden ihre Controller nacheinander. Sonst verbindet sich ein Controller mit dem falschen Auto.

Danach kommt jedes Team in die kleine Werkstatt. Dort prüfe ich die Verkabelung und den Geradeauslauf. Zwei Motoren laufen nie ganz gleich. Das Auto zieht deshalb zuerst zur Seite. Die Kinder lernen, das zu erkennen und zu korrigieren.

Phase 5: Drei Modi

Mit der Quadrat-Taste am Controller wechseln die Kinder zwischen drei Modi. Das Display zeigt immer an, welcher Modus aktiv ist.

• Manual: Fahren und lenken mit dem linken Stick. Das Display zeigt die Leistung für links und rechts in Prozent.
• Distance: Das Auto misst den Abstand zu Hindernissen. Die Kinder messen Wände, kleine und große Gegenstände und suchen die maximale Reichweite.
• Auto: Das Auto fährt sofort los und weicht Hindernissen selbstständig aus. Deshalb gilt vorher: Auto auf den Boden stellen!

Zwischendurch gestalten die Kinder ihr Auto mit Pappe, Papier und Stiften. Jedes Auto bekommt ein Gesicht und einen Namen. Mein Favorit war „Blitzschnell“.

Mein Fazit

Weniger ist mehr. Diese Erkenntnis aus dem ersten Workshop hat sich voll bestätigt. Mit zwei Motoren, vier Signalkabeln und einem Spannungswandler bleibt genug Technik zum Staunen übrig. Gleichzeitig bleibt genug Zeit zum Fahren, Messen und Fragen. Und genau das wollen die Kinder.

Wer tiefer einsteigen möchte, findet im Buch die große Version mit allen Schaltplänen und dem kompletten Code. Ideen für eigene Chassis gibt es auf der Seite Do-It-Yourself Chassis Ideen. Die vollständige Liste der Bauteile steht im Beitrag zum Talentetag.