Lesdoelen
- De leerling kan de bouw van een DC-motor benoemen (spoel, magneten, borstels) en het verschil met een servomotor uitleggen (DC-motortje + tandwielkast + potmeter + stuurelektronica). LPD 1
- De leerling kan beargumenteren wanneer een DC-motor en wanneer een servo de juiste keuze is (snel ronddraaien vs. een exacte hoek aannemen). LPD 1
- De leerling kan een servo in mBlock op hoek aansturen en een knopgestuurde flipperbeweging programmeren (rust 20° → slag 65° → terug). LPD 20
- De leerling kan de overbrengingsverhouding van een tandwielpaar berekenen uit de tandenaantallen (12 t / 36 t = 1 : 3) en die verhouding controleren door te meten. LPD 19
- De leerling kan het verband tussen verhouding, toerental en kracht verwoorden: 3× trager draaien = 3× meer kracht. LPD 13
Lesverloop (5 lesuren)
| Blok | Duur | Fase | Wat gebeurt er |
|---|---|---|---|
| 1 | 15 min | Instap | Nieuwjaars-kickoff: XP-stand na Boss 2, level 3-briefing. Startvraag: "wat beweegt er allemaal in een flipperkast?" (flippers, lanceerder, bumpers…). Antwoord van vandaag: bijna alles daarvan is een motor of een servo. |
| 1 | 25 min | Instructie | DC-motor live opengeschroefd onder de documentcamera: spoel (rotor), permanente magneten, borstels en collector. Waarom draait hij? Waarom weet hij níet waar hij staat? |
| 1 | 10 min | Begeleid | Opengemaakte servo gaat rond: zoek het DC-motortje, de tandwielkast en de potmeter. Verschil-tabel DC vs. servo samen invullen. |
| 2 | 20 min | Instructie | Servo aansluiten: bruin → GND, rood → 5 V, oranje → pin 9. Het servoblok in mBlock: "zet servo pin 9 op hoek …". Veilige zone: 20° tot 160°, nooit tegen de aanslag. |
| 2 | 30 min | Begeleid | Eerste servo-sweep: 20 → 90 → 160. Voorspel-spel: "waar staat de arm bij hoek 45?" Eerst gokken, dan uploaden. |
| 3 | 50 min | Zelfstandig | De flipperbeweging: knop op pin 7 (pull-down zoals in week 11) + servo. Blokcode nabouwen en de slagtijd tunen. Expliciet benoemen: dít wordt in april je flipper. |
| 4 | 50 min | Zelfstandig | Tandwielonderzoek in duo's: tanden tellen, verhouding berekenen, toeren meten met de streepjes-methode (stift op beide wielen), kracht voelen door het grote wiel af te remmen. |
| 5 | 35 min | Verdieping | Meetreeks afronden en vergelijken met de berekening. Wie klaar is: tandwieltrein met 3 wielen, side quest of Helper-XP. Wie vastzit: klassikale terugkoppeling. |
| 5 | 15 min | Afsluiting | Logboek: meettabel + "waar zit een overbrenging in jouw fiets?". Opruimen volgens bakkensysteem, XP-moment, vooruitblik: volgende week rijdt de robot (pad A of pad B). |
Instructie: motoren, servo's en tandwielen
1 · DC-motor vs. servo
Twee draaiende dingen, twee totaal verschillende karakters. Deze tabel vullen de leerlingen zelf in tijdens de demontage-demo:
| DC-motor | Servo | |
|---|---|---|
| draait | rond en rond, snel | naar een hoek (0°–180°) |
| weet zijn positie? | nee | ja — potmeter meet de hoek |
| kracht | klein zonder overbrenging | groot dankzij de tandwielkast |
| aansturing | spanning (straks via driver) | 1 signaaldraad: "ga naar 65°" |
| in ons project | wielen van de robot (wk 17) | de flipper van de kast (wk 21) |
Onthoudzin: DC = snelheid, servo = positie. Een servo is eigenlijk een DC-motor mét tandwielkast, potmeter en een eigen breintje in één doosje.
2 · De flipperbeweging in mBlock
Rust op 20°, wachten op de knop, keihard naar 65°, héél even vasthouden en terug. Vier blokken die in april je flipperkast doen leven:
wanneer Arduino Uno opstart
zet servo pin 9 op hoek 20 (rust)
herhaal voortdurend
wacht tot flipperknop (pin 7) = ingedrukt
zet servo pin 9 op hoek 65 (slaan!)
wacht 0.15 seconden
zet servo pin 9 op hoek 20 (terug naar rust)
Dit is exact blokpuzzel 4 in het Blokkenboek. Wie de puzzel eerst legt, bouwt de code in twee minuten.
3 · Tandwielen: snelheid ruilen voor kracht
Twee tandwielen die in elkaar grijpen draaien in tegengestelde richting, en het aantal tanden bepaalt de verhouding. Klein wiel 12 tanden, groot wiel 36 tanden: het kleine moet 3 keer rondraaien om het grote één keer rond te krijgen.
Meet-check in de les: zet met stift een streepje op beide wielen, draai het grote wiel exact 1 toer en tel de toeren van het kleine. Klopt de 3?
Waar zit dit in je fiets — en in je servo?
Vooraan groot kettingblad, achteraan klein tandwiel = pedalen traag, wiel snel (maar bergop voelt
zwaar). In de servo zit precies het omgekeerde: een piepklein motortje dat razendsnel draait, door
vier tandwielen vertraagd tot een trage maar sterke arm. Snelheid en kracht zijn ruilwaar.
Opdrachten
Kernopdracht (iedereen)
- Sluit de servo aan: bruin → GND, rood → 5 V, oranje → pin 9.
- Test de veilige uiterste standen: hoek 20 en hoek 160. Noteer wat je ziet én hoort.
- Bouw de flipperbeweging: rust 20° → knop → 65° → 0,15 s → terug naar 20°.
- Tune de slagtijd: probeer 0,10 s en 0,25 s. Welke voelt als een échte flipper? Waarom?
- Tandwielonderzoek: tel de tanden van beide wielen en bereken de verhouding.
- Meet met de streepjes-methode: 1 toer groot wiel = … toeren klein wiel. Berekening klopt? Meettabel in het logboek!
Basis-pad
Servo-sweep met het voorbeeldprogramma (20 → 90 → 160 in een lus) en daarna de flipperbeweging met de vaste tijden van het bord (0,15 s). Tandwielen: tanden tellen en de verhouding invullen in de voorgedrukte tabel. Zelfde logboekfoto als iedereen.
Uitbreidingen
- Dubbele flipper: tweede servo op pin 10, gespiegeld (rust 160°, slag 115°) — links én rechts zoals in de echte kast.
- Zachte zwaai: naar 65° in stapjes van 5° met wachttijden van 0,02 s. Trager maar vloeiender — wanneer wil je dát?
- Tandwieltrein: 12 – 36 – 12: wat is de totale verhouding en welke kant draait het laatste wiel op? Eerst voorspellen, dan draaien.
Materiaal deze week
- Per duo: Uno + breadboard + USB, SG90-servo met hoorntjes, drukknop + 10 kΩ, jumpers
- Demontage-post: 2-3 goedkope DC-motoren, kleine kruiskopschroevendraaiers, sorteerbakje
- Eén vooraf opengemaakte servo om te laten rondgaan
- Tandwielset per duo (LEGO Technic of geprinte 12t/36t-wielen op plankje) + stiften + stopwatch
- Invulblad "DC vs. servo" + meettabel tandwielen gekopieerd
Leerkracht-hoek
- Servo-EHBO: een servo die tegen zijn aanslag (0° of 180°) geduwd wordt, bromt, wordt heet en sterft jong. Leer meteen de veilige zone 20°–160° aan — die gewoonte betaalt zich uit tot in de flipperkast. Zet ook nooit kracht op de arm terwijl de servo "vasthoudt".
- Voeding: één SG90 op de 5 V van de Arduino is oké; reset de Arduino zich bij elke slag, dan trekt de servo te veel stroom via USB — voorproefje van de les over aparte voeding in week 17.
- De knop bouwen ze zoals in week 11 (pull-down-weerstand). Wie dat kwijt is: symbolenblad erbij, niet opnieuw uitleggen — laten opzoeken.
- Geen tandwielset? De geprinte 12t/36t-wielen staan als STL bij het lesmateriaal; twee sets per klas volstaan met een doorschuifsysteem in blok 4.
- Rode draad expliciet maken: zeg letterlijk "dit is je flipper van april". Leerlingen die wéten waarom ze dit leren, halen de servo-blokken in week 21 zo weer boven.
- Vooruitblik: beslis deze week definitief pad A (mBot) of pad B (zelfbouw) voor week 17, en check batterijen en laders.
Side quests die hier mooi bij passen
Soldeer-Sensei (vanaf level 3 beschikbaar — het soldeerbrevet halen
kan vanaf nu) · CAD-Wizard (ontwerp een opzetstuk voor je
servohoorn: pijl, vlaggetje… of alvast een mini-flipper) ·
Veiligheidsinspecteur (hou de demontage-post veilig en compleet).