Upload
lamtram
View
289
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
LEGO MINDSTORMS EDUCATION NXT
HANDBUCH
Von Frank Engeln
UNTERRICHTSPRAXIS
EINFÜHRUNG, TIPPS UND ARBEITSBLÄTTER ALS KOPIERVORLAGE
Ausgabe 2011
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 2
EINFÜHRUNG
Das Handbuch ist eine aus der Praxis entstandene Konzeption zur Einführung in
das LEGO® MINDSTORMS® Education NXT System für Schüler und Lehrer. Bei
der Erstellung der Aufgaben und Beispiele wurde mit Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Herausgeber
und Autor können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine
juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen.
Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler ist der Herausgeber
dankbar.
Dieses Handbuch wird durch den Autor künftig ergänzt durch weiterführende
NXT- Programmierhandbücher für die Sprachen NXC, Robot C bzw. Java. Zur
Aktualisierung des vorliegenden Handbuchs finden Sie alle Neuheiten unter www.nxt-roboter.de oder www.vs-moebel.de/lego-webshop.
Frank Engeln arbeitet als Informatiklehrer in der
Haupt- und Realschule Salzbergen. Seit 2003 leitet er
eine Roboter-AG, gibt Lehrerfortbildungen zum Thema
Robotik und begleitet Schüler zu verschiedenen
Wettbewerben. Als Regionalpartner von Hands-on-
Technology (Europäischer Ausrichter der FLL) hat er
bereits einige Regionalwettbewerbe durchgeführt. Er
ist Gründer und Inhaber des Lego Mindstormsforum,
dem größten deutschsprachigem Forum zu diesem
Thema.
Der Nachdruck, auch auszugsweise, ist nur nach vorheriger Genehmigung durch
Frank Engeln gestattet. Die gewerbliche Nutzung der in diesem Produkt gezeigten Modelle und Arbeiten ist nicht zulässig.
© 2008, 2011 Frank Engeln,
Mehringer Str. 35 , 48499 Salzbergen, Germany Alle Rechte vorbehalten.
Autor: Frank Engeln
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 3
VORWORT
LEGO Education und VS Möbel: Partnerschaft für modernes Lernen.
Wie kann man Schüler zum eigenständigen Lernen motivieren? Wie kann man Interesse
für Naturwissenschaften, Technik und
Informatik wecken und dabei gleichzeitig einen effizienten Lernerfolg sicherstellen?
LEGO Education hat faszinierende - und bereits vielfach ausgezeichnete -
Unterrichtsmaterialien entwickelt, die auf konkrete Lehrplaninhalte von Grundschulen,
Hauptschulen, Realschulen und Gymnasien in den einzelnen Bundesländern abgestimmt sind.
Durch aktives Arbeiten mit den Roboter-Baukästen NXT werden den Schülern Robotik und computergesteuerte Automatisierung ganz anschaulich und
begreifbar gemacht. Die Materialen sind eingebunden in moderne didaktische
Konzepte. Der Vorteil: Kinder lernen aktiv, in Gruppen und selbstgesteuert. Praxiszusammenhänge werden begreifbar, da Sie mit der konkreten
Erfahrungswelt der Schüler verknüpft sind.
Mit dem vorliegenden Handbuch von Frank Engeln wird eine Lücke
geschlossen: Der erfahrene NXT-Anwender und Pädagoge beschreibt ausführlich alles Wissenswertes, damit Lehrkräfte mit den Roboter-Baukästen einen
handlungsaktiven, modernen und - für alle Beteiligten - spannenden Unterricht
vorbereiten können. Mitgeliefert werden weitreichende für den Aufbau von konkreten Unterrichtseinheiten (Arbeitsblätter, Kopiervorlagen etc.).
Durch die Partnerschaft von LEGO Education und VS Möbel (VS), dem führenden Schulmöbelproduzenten,
können die Unterrichtsmaterialien noch besser in den Schulalltag integriert
werden. VS hat verschiedene mobile
Möbel entwickelt, in denen die Schüler-Arbeitssets optimal aufbewahrt und bequem transportiert werden können.
Darüber hinaus bietet VS eine mit einem Stauraummöbel kombinierte
Aktionsfläche, ideal für projektorientiertes Arbeiten in
Teams.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 4
INHALT
VORWORT ................................................................................. 3
Was ist der NXT? ..................................................................... 6
Zubehör ................................................................................... 9
Inhalt des NXT Education Sets 9797 ............................................. 9
Inhalt des NXT Ergänzungssets 9695 ........................................... 12
LEGO MINDSTORMS Education NXT Software ............................... 13
ROBOLAB 2.9 ........................................................................... 14
Microsoft Robotics Development Studio (MSRDS) 2008 R3 .............. 16
LabVIEW Buch für LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 ............................ 18
nxtRICeditV2 ............................................................................ 20
Liste der verfügbaren Programmiersprachen ................................. 23
Der RCX – Sensoren des Vorgängers nutzen! ................................ 24
Die Sensoren des NXT ............................................................... 26
Energie-Add-On ..................................................................... 33
Speichererweiterung für den NXT ................................................ 36
Alternative Solarmodule ............................................................. 37
GPS für den NXT ....................................................................... 38
DCP Sensoren für den RCX ......................................................... 38
Der NXT in der Schule - Einsatzmöglichkeiten ........................ 39
Unterrichtsbeispiele Chemie ....................................................... 39
Unterrichtsbeispiele Physik ......................................................... 41
Unterrichtsbeispiele Biologie ....................................................... 42
NXT Roboter-Projekt-Ideen für den Schulunterricht ........................ 43
Ideenliste/Projekte für den Bau von Robotern (z.B. AG) ................. 45
Linkliste selbstgebauter Sensoren ................................................ 46
Sprachsteuerung von NXT Robotern mit DialogOS ......................... 49
Android-App steuert Lego-Roboter ............................................... 51
RWTH - Mindstorms NXT Toolbox für MATLAB ............................... 52
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 5
Tetrix .................................................................................... 53
Der NXT im Informatikunterricht ................................................ 55
Thema "Robotik" ...................................................................... 57
Programmentwicklung .............................................................. 65
Die Software NXT-G 2.1 ......................................................... 69
Unterschiede zur Software NXT-G 2.0 ......................................... 70
Bluetooth ................................................................................ 74
Die ersten Programme .............................................................. 75
Sounds und Klänge ................................................................... 79
Motoren .................................................................................. 81
Sensoren ................................................................................ 88
Schleifen ................................................................................. 99
Multitasking / Variablen ............................................................ 100
FAQ ....................................................................................... 104
Messwerterfassung .............................................................. 109
Robotik - Siegeszug der künstlichen Intelligenz ........................... 117
Roboter – Feind oder Freund? ................................................... 118
Künstliche Intelligenz im Dienste des Menschen ........................... 121
Lösungen ............................................................................... 123
Lego Designer 4.0 ................................................................... 126
Roboter Beispiel – Soccer - Robocup ................................... 127
Wie organisiere ich ein Roboter-Team? ....................................... 132
Sponsoren oder Gelder "finden" ................................................ 133
Rätsel ........................................................................................... 140
Kreuzworträtsel ...................................................................... 155
Oft gestellte Fragen (FAQ) ........................................................ 157
Nützliches .............................................................................. 165
Links ..................................................................................... 166
Roboterwettbewerbe/Glossar .................................................... 167
Fachbegriffe einfach erklärt ...................................................... 168
Literatur - Auswahl ............... Fehler! Textmarke nicht definiert.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 6
WAS IST DER NXT?
Der "Mindstorms NXT" ist eine weitgehende Neuentwicklung der Lego-Abteilung
"Global Innovation & Marketing" und zum populären Vorgängermodell RCX
weitgehend inkompatibel. Im seinem Inneren werkelt nun ein 32bit Arm7-Prozessor (RCX: 8bit Hitachi H8) mit 256 kb Flash-Speicher (statt 32 kb RAM
beim RCX).
Somit bleiben Firmware und Programme nun auch dann im Speicher, wenn die sechs Mignon-Batterien erschöpft sind. Statt einer Infrarot-Schnittstelle zum
Überspielen von Firmware und Programmen setzt der NXT auf USB und Bluetooth. Die Firmware wird von Lego voraussichtlich als Open Source ins Netz
gestellt, alle Treiber und Schnittstellenprotokolle sollen veröffentlicht werden. Die
Firmware lässt sich wie beim RCX durch fremde Betriebssoftware ersetzen. Die Firmware wird von Lego voraussichtlich als Open Source ins Netz gestellt,
alle Treiber und Schnittstellenprotokolle sollen veröffentlicht werden. Die Firmware lässt sich wie beim RCX durch fremde Betriebssoftware ersetzen.
DIE FUNKTIONEN DES NXT-BAUSTEINS IM ÜBERBLICK:
Motoren Ausgänge A/B/C USB-Anschluss
Bluetooth Level
Menüsymbole
Wahltasten
Name des Bausteins
(frei wählbar über die Software)
Ladezustand
Programmname
Programmzustand
EIN/Eingabe
Zurück
Sensoren Eingänge 1/2/3/4
Mit Hilfe eines graphischen Menüs und vier Navigationstasten können verschiedene Funktionen manuell abgerufen werden. Sechs Hauptmenüs
(My Files, NXT Program, View, Bluetooth, Settings und Try me) mit weiteren Unterfunktionen stehen zum Testen der kompletten Hardware und Ändern von
Einstellungen zur Verfügung.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 7
WELCHE SYSTEMEIGENSCHAFTEN HAT
DER INTELLIGENTE NXT-BAUSTEIN?
Der NXT-Stein hat
einen 32-bit-Mikroprozessor ein größeres Display,
4 Eingänge,
3 Ausgänge, Piezo- Lautsprecher
und ist USB-und Bluetooth-kompatibel.
Er enthält ebenfalls (nur in der Education Version LEGO 9797)
1 wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akku mit einer Netzanschlussbuchse.
WAS KANN AM NXT ANGESCHLOSSEN WERDEN?
Direkt anschließbar sind bis zu drei Motoren, die mit dem NXT neu entwickelt
wurden. Sie enthalten bereits ein starkes Getriebe und sind damit in der Regel
ohne externe Untersetzungen verwendbar. Überdies befindet sich in jedem Motor ein Rotationssensor mit der Genauigkeit von einem Winkelgrad, so dass
Bewegungen präzise zu steuern sind.
Zusätzlich können bis zu vier Sensoren an den NXT angeschlossen werden.
Mitgeliefert werden Sound-, Touch-, Ultraschall- und Lichtsensor. Der vierte
Sensor-Port hat überdies besondere Fähigkeiten und kann im Prinzip zur Ansteuerung von weiteren Motoren und Sensoren benutzt werden. Lego wird
dies allerdings nicht selbst nutzen, sondern vertraut auf Entwickler-Talente aus der Community.
Bei den Anschlüssen verabschiedet sich Lego vom analogen, zweiadrigen Kabelsystem, das bislang mit speziellen Kontakt-Bricks Sensoren und RCX
verbindet. Stattdessen gibt es nun digitale Verbindungen über ein proprietäres
Westernstecker-System. Nach Angaben von Chefentwickler Søren Lund soll damit verhindert werden, dass Kinder Sensoren oder den NXT mit der
Telefondose verbinden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 8
DER NXT MIT ALLEN SENSOREN
Anfang 2006 präsentierte LEGO auf der Consumer Electronics Show ein neues
Mindstorms-System namens NXT. Die Hauptmerkmale sind ein 32-Bit-ARM-
Prozessor und die neuen Geräusch- und Ultraschallsensoren. Außerdem lässt sich ein Roboter dann auch mit dem Handy oder Computer per Bluetooth fernsteuern.
Des Weiteren ist es möglich, ein Handy als Kamerasensor zu nutzen. Die hierzu
erforderliche Software kann von der LEGO Mindstorms Webseite herunter geladen werden. Dokumentationen, Software-Developer-Kits und die Quellcodes
der Firmware (seit Dezember 2006) sind dort ebenfalls zu finden.
DAS MINDSTORMS NXT CONSUMER SET
Das Consumer- oder auch Spielwarenset ist seit Oktober 2006 in Deutschland als
Version 1.0 (8527) erhältlich; seit 2009 als Version 2.0 mit der Bezeichnung
8547.
Das LEGO Mindstorms NXT-Consumer/Spielwaren-Set enthält:
einen programmierbaren NXT Stein mit 32-Bit-Mikroprozessor, Real-Sound-Lautsprecher, Bluetooth- und USB-Anschluss, vier Sensor- und drei
Motoranschlüsse, drei Servomotoren mit eingebauten Rotationssensoren, Genauigkeit 1°
Geräuschsensor (nur bei V1.0)
Ultraschallsensor Tastsensor oder auch Druckkontaktsensor (1x bei V1.0, 2x bei V2.0)
Lichtsensor (nur bei V1.0)
RGB Farb- und Lichtsensor (nur bei V2.0) sieben 6-Draht Anschlusskabel
519 LEGO Technic Elemente Bauanleitungen
Test/Kalibrierungsunterlage
grafisches Software-Interface für PC und Mac
Die mitgelieferte Programmierumgebung NXT-G v1.5 wurde in Zusammenarbeit
mit National Instruments entwickelt und basiert auf der graphischen Programmiersprache LabVIEW.
(Diese Softwareversion enthält einige Einschränkungen im Vergleich zur NXT-Education-Version 2000080 - Weitere Unterschiede zu den Lego Education
Produkten - wie den 9797 - siehe unten.)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 9
HARDWARE-SPEZIFIKATIONEN DES NXT STEINS:
Atmel®-32-bit-ARM®-Prozessor, AT91SAM7S256; 256 KB FLASH-RAM, 64
KB RAM, 48 MHz
Co-processor: Atmel® 8-bit AVR, ATmega48; 4 KB FLASH-RAM, 512 Byte RAM, 8 MHz
Bluetooth: CSR BlueCoreTM 4 v2.0 +EDR; unterstützt das Serial-Port-
Profile (SPP), 26 MHz USB-2.0-Anschluss, 12 Mbit/s
ein Eingang kann als High-Speed-Port, entsprechend IEC 61158 Type 4/EN 50170, genutzt werden
Punktmatrix LC-Anzeige; 100 x 64 Pixel, Abmessungen: 26 X 40.6 mm
Soundausgabe mit 8-Bit-Auflösung und einer Samplingrate von 2..16 KHz
ZUBEHÖR
Alle Sensoren und der NXT Stein selber sind auch einzeln erhältlich, sowie
weiteres wichtiges Zubehör:
9693 LiIonen-Akku, 2100 mAh; Trafo 8887 10V DC
Set 8529 enthält 7 NXT Verbindungskabel; 1x 20 cm, 4x 35 cm, 2x 50 cm Set 8528 enthält drei Adapterkabel für RCX Motoren und Sensoren
Inzwischen gibt es auch den Farb-, Beschleunigungs- und Kompasssensor und weitere kompatible Sensoren
Über Adapter können u.a. die Sensoren von Vernier und DCP
angeschlossen werden Alternative Programmiersprachen und Entwicklungsumgebungen sind z.B.
o NBC (Next Byte Code) ist eine Sprache mit Assembler ähnlicher
Syntax o BricxCC (BricxCC Command Center), eine Entwicklungsumgebung,
die das Arbeiten mit NBC erleichtert, Robot C oder LabView o weitere Programmiersprachen siehe Liste im Anhang
INHALT DES NXT EDUCATION SETS 9797
LEGO MINDSTORMS Education NXT enthält:
1x wiederaufladbarer Akku 2100 mAh
1x intelligenten NXT Stein mit leistungsstarkem 32-bit Mikroprozessor, mehr Speicherkraft und Flash
3x interaktive Servomotoren mit eingebauten Rotationssensoren, welche für
präzise Bewegungen sorgen 1x Geräuschsensor
1x Ultraschallsensor, der Entfernung und Bewegungen erfasst und Objekte findet
2x Tastsensoren, der auf Berührung oder Freigabe reagiert
1x Lichtsensor, der verschiedene Farben und Licht-Stärkegrade identifizieren kann
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 10
1x USB Datenkabel
3x Lampen 3x Adapterkabel für Motoren/Sensoren des LEGO MINDSTORMS RCX-Systems
1x stabile Kunststoff-Aufbewahrungsbox mit 2 Sortiermagazinen und Sortierübersichten
Insgesamt 437 LEGO TECHNIC® Elemente für einfaches, stabiles Bauen mit
verbesserter Funktionalität und Bewegungsvermögen. 4x Eingangs- und 3x Ausgangsanschlüsse und 7x 6-Draht Kabel
Matrix Anzeige
Real-Sound-Lautsprecher USB 2.0 und ist kompatibel mit Bluetooth
PC und Mac kompatibles, benutzerfreundliches Software Interface
NXT-Software und der Bluetooth-Dongle sind nicht im Set enthalten. Der
Transformator zum Laden des Akkus im eingebauten Zustand ist ebenso separat zu bestellen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 11
AUSSTATTUNGSUNTERSCHIEDE zwischen dem (9797) LEGO
MINDSTORMS Education NXT Basis Set und dem NXT Consumer Set
(8547) Set.
Beide Sets sind bei VS (http://www.vs-moebel.de/lego-webshop) erhältlich.
8547 LEGO MINDSTORMS NXT
Consumer Set
9797 LEGO MINDSTORMS Education
NXT Basis Set
Allgemein Einfache Verpackung /
Karton
Stabile
Aufbewahrungsbox mit Sortiermöglichkeit
NXT Stein 1 1
Motoren 3 3
Lichtsensor 0 1
Tastsensor 2 2
Geräuschsensor 0 1
Ultraschallsensor 1 1
Farbsensor 1 0
Lämpchen 0 3
Verbindungskabel 7 7
Stromversorgung 6 Mignon Batterien (nicht enthalten)
Wiederaufladbares Akkumodul 2100mAh
(ohne Ladegerät)
USB Kabel 1 1
Adapterkabel für NXT-
RCX Sensoren/Motoren
Verbindung
0 3
Software Enthalten Nicht enthalten
Teile insgesamt 612 437
Zielgruppe Endverbraucher Schulen,
Bildungseinrichtungen
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 12
LEGO 9695: ERGÄNZUNGSSET NXT 2.0
Nachfolgekasten des 9648.
Das Set enthält viele spezielle Bauteile wie Riemen, Verbindungselemente, Schneckengetriebe, Bauelemente, Balken, Winkel, Achs- und
Verbindungselemente. Ideale Ergänzung zum NXT Basisset 9797
insbesondere für Robotik-Wettbewerbe.
Beispiele sind: Großer Kettenräder Geländewagen, Fliessband
Farbsortierer, Roboterarm. Humanoid, Skorpion mit Greifern, Intelligentes
Fahrzeug mit Steuerrad und Differenzial.
Das Set wird einer stabilen Box mit Deckel und Sortiermagazinen geliefert.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 13
LEGO MINDSTORMS EDUCATION NXT SOFTWARE
Die Lego-Mindstorms-NXT-Software 2000080 Version 2.1 ist in sieben
verschiedenen Sprachen verfügbar, darunter englisch und deutsch (de, en, fr, it,
nl, es, pt). Eine wesentliche Neuerung der Version 2.1: der Lego Mindstorms NXT-Roboter ist damit offiziell kompatibel zu Windows 7 (32- und 64-Bit-
Version) und auch Windows Vista. Außerdem läuft die NXT-Software 2.1 auch auf
Macs mit Intel-Prozessoren.
Neuerungen in der Version 2.0/2.1
Data Logging/Datenerfassung ab V2.0. Hierdurch können Daten und Messreihen
in den Rechner gesammelt, analysiert und grafisch verarbeitet werden (u.a. in Excel). Neu ist z.B. die Schnittstelle zum Temperatursensor 9749.
Dadurch wird der NXT ein ideales Instrument zur Messdatenerfassung.
Ab der Version 2.1 kann auch der RGB Farb- und Lichtsensor 9694 angesprochen werden. Eine weitere Neuerung ist die Verbindung zum Energie-Add-On 9688
(mit dem Energie-Display LEGO 9668).
Die Education-Version der NXT-Software bietet zudem die Möglichkeit über den
NXT bereits vorhandene Motoren und Sensoren der älteren RCX-Generation zu verwenden und zu programmieren. Darüber hinaus können auch Lampen (12 V)
angesteuert werden.
Die Software gilt als Einzellizenz. (Für den uneingeschränkter Einsatz in Schulen
empfiehlt sich zusätzlich die Anschaffung der Standort-, bzw. Schullizenz 2000078 - ab 5 Robotern ist diese kostengünstiger als die Einzellizenzen.)
Systemvoraussetzungen:
Windows Intel® Pentium® Processor, mindestens 800 MHz, ab Windows XP Professional oder Home Edition mit Service Pack 2, mindestens 256MB RAM,
bis zu 300MB Speicherplatz auf der Festplatte verfügbar, XGA Display
(1024x768), USB-Port, CD-ROM Laufwerk, Bluetooth Adapter (optional)
Macintosh PowerPC® G3, G4, G5 Processor, mindestens 600 MHz, ab Apple MacOS X v. 10.3.9, mindestens 256MB RAM, bis zu 300MB Speicherplatz auf
der Festplatte verfügbar, XGA Display (1024x768), USB-Port, CD-ROM
Laufwerk, Bluetooth Adapter (optional)
Lego 9797
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 14
ROBOLAB 2.9
ROBOLAB 2.9 ist neueste und abschließende Version der vielfach bewährten und
prämierten ROBOLAB Reihe und richtet sich vor allem an erfahrene LEGO
MINDSTORMS Anwender, um den Umstieg vom RCX auf das NXT System zu erleichtern.
ROBOLAB Software 2.9 ist eine Hybridversion, mit der die Nutzer sowohl den RCX, als auch den neuen NXT Stein programmieren können. Neben der
Kompatibilität zu RCX und NXT beinhaltet die neue ROBOLAB Software 2.9 eine neue RCX Firmware, die dem Nutzer schnellere Abläufe, zusätzliche
Motorgeschwindigkeiten, Gleitkomma-Funktionen, verbesserte Fehlersuche und
Programmfunktionen, sowie weitere neue Eigenschaften bietet.
Währenddessen können ROBOLAB Anwender, die in die neue NXT Technologie
einsteigen möchten, eine Ihnen vertraute Programmierumgebung nutzen, um Programme für den NXT zu erstellen. Von der einfachen PILOT Umgebung bis hin
zur anspruchsvollen Programmierung im INVENTOR und Messwerterfassung. ROBOLAB 2.9 unterstützt die serielle und die USB-Schnittstelle zur
Programmierung des RCX. Der NXT kann über USB-Kabel mit ROBOLAB 2.9
programmiert werden.
ACHTUNG: Die ROBOLAB Software 2.9 verfügt nur in den Ebenen PILOT und
INVESTIGATOR über deutsche Benutzeroberflächen. Die Ebene INVENTOR ist nur in Englisch verfügbar
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 15
SYSTEMVORAUSSETZUNGEN:
ROBOLAB 2.9 läuft auf Windows 2000 und neueren Plattformen, jedoch bleibt die NXT Unterstützung auf Windows XP beschränkt. Macintosh OS9 wird nicht von
ROBOLAB 2.9 unterstützt. ROBOLAB unterstützt nicht die Bluetooth-
Kommunikation mit dem NXT Stein. Bei Nutzung von ROBOLAB mit dem RCX:
Microsoft Windows:
133MHZ Prozessor Windows 2000/XP
250 MB freier Festplattenspeicher Serielle oder USB-Schnittstelle
256 MB RAM
Apple Macintosh 166 MHz Mac-Prozessor
ab OS X 300MB freier Festplattenspeicher
USB Schnittstelle
128 MB RAM
Bsp. Robolab 2.9
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 16
MICROSOFT ROBOTICS DEVELOPMENT STUDIO (MSRDS) 2008 R3
Seit November 2008 zum Download kostenlos erhältlich:
Seit Jahren arbeitete Microsoft an einer Entwicklungsumgebung, mit deren Hilfe
sich Applikationen für Roboter erstellen lassen. Grundsätzlich basiert die neue Version aber auf den vorherigen Veröffentlichungen. Der per Drag & Drop
zusammengeklickte Steuercode soll nun auf einfache Weise die Definition und
Konfiguration von verteilten Anwendungen ermöglichen, sofern vernetzte Geräte verwendet werden. Die Visual Simulation Environment (VSE) wurde um eine
Funktion erweitert, mit der sich Simulationen aufzeichnen und erneut abspielen
lassen.
Robotics Developer Studio 2008 soll sowohl mit Microsoft Visual Studio 2005 als auch 2008 zusammenarbeiten. Das Paket ist in drei verschiedenen Lizenzen zu
bekommen: Die kommerzielle Standardausgabe kostet 500 US-Dollar,
Volumenlizenzen soll es ab Februar kommenden Jahres geben. Die "Express Edition" richtet sich an Hobby-Robotiker und Gelegenheitsnutzer und ist
kostenlos verfügbar. Die akademische Lizenz erlaubt im Gegensatz zur Express Edition die unbeschränkte Weitergabe der mitgelieferten Laufzeitumgebungen für Nebenläufigkeit und Koordination (Concurrency and Coordination Runtime, CCR)
sowie für verteilte Software-Services (Decentralized Software Services, DSS).
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 17
RoboCup
Ein denkbares Einsatzgebiet für das Microsoft RDS wären Workshops für junge
Robotik-Interessenten im Rahmen des RoboCup. "Kinder sind an sich keine großen Nutzer von Simulationen", meint Hofmann speziell in Hinblick auf die
Zehn- bis 14-Jährigen. Für diese Altersgruppe wird auf die Lego-Roboter "Mindstorms NXT" gesetzt. "Die Jungen brauchen einfach etwas Greifbares, das
sich bewegt und wo sich wirklich etwas tut", erklärt der Wissenschaftler
gegenüber pressetext. Bei den Jugendlichen von 15 bis 18 Jahren dagegen wäre auch die Arbeit mit Simulatoren von Vorteil, so Hofmann. Genau dafür könnte
das Microsoft RDS 2008 geeignet sein. Die Plattform bietet grundsätzlich eine Unterstützung für Mindstorms-NXT-Roboter, doch bleibt zu klären, ob diese auch den Anforderungen genügt. (pte) www.microsoft.com
Daten:
Sprache: Englisch Betriebssysteme: Windows XP, 2003, Vista
Benötigte Laufzeitumgebung: .NET
Downloadgröße: Microsoft Robotics Developer Studio 2008 Express Edition.exe = 353.9 MB
(Offline Installation)
Download Link: http://msdn.microsoft.com/de-de/robotics/default(en-us).aspx
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 18
LABVIEW BUCH FÜR LEGO MINDSTORMS NXT 2.0
Um mit dem LEGO MINDSTORMS NXT die genialsten
Roboter zu bauen, braucht man nur zwei Dinge: Gute
Ideen – und das Handwerkszeug, sie umzusetzen.
An guten Ideen wird es nicht mangeln – das
Handwerkszeug steckt hier drin:
Mit der professionellen, intuitiv bedienbaren graphischen
Programmiersprache LabVIEW von National Instruments,
die auch hinter der mitgelieferten LEGO MINDSTORMS
NXT-G-Software steht, führt dieses Buch sowohl
Neueinsteiger als auch fortgeschrittene Anwender
anhand von über 100 praktisch relevanten Beispielen
von den Grundlagen der Programmierung bis hin zum professionellen Einsatz des
NXT in den wichtigsten Bereichen der Robotik und vermittelt ihnen die Fähigkeit,
eigene Projekte beliebiger Komplexität zu realisieren.
Die Software und das Buch erscheinen voraussichtlich im April 2011 im Carl
Hanser Fachbuchverlag Leipzig (ISBN 978-3-446-41764-9). Umfang von ca.
400 Seiten, in Farbe, mit CD oder DVD (LabVIEW Studentenversion 8.6;
LabVIEW Toolkit for LEGO MINDSTORMS NXT 2.0; alle Beispielprogramme; evtl.
auch alle Bauanleitungen). Interseite mit weiteren Beispielen,
Projektanregungen, Hilfestellungen, VI-Bibliotheken, Linksammlung, etc. wird
vor Veröffentlichung online gestellt. Zielgruppe: Privatpersonen; Lehrende und
Lernende in Bildungseinrichtungen wie Schulen, Berufsschulen, Fachschulen,
Universitäten, Workshops; Wettbewerbsteilnehmer...
LABVIEW-TOOLKIT FÜR LEGO MINDSTORM NXT 2.0
Programmieren und steuern Sie Ihr NXT-Gerät mit LabVIEW.
Erhalten Sie vom NXT-Gerät Updates in Echtzeit über LabVIEW-Frontpanel.
Erstellen Sie native Blöcke für LEGO-MINDSTORMS-NXT-Software.
Hinweis zur Kompatibilität: Sie müssen eine der nachfolgend aufgelisteten LabVIEW-Versionen installiert haben, um das Toolkit benutzen zu können:
Für Windows: LabVIEW 7.1.x, 8.0, 8.2, 8.5.x, 8.6.x Für Mac OS: LabVIEW 7.1, 8.0, 8.2, 8.5
LabVIEW-Toolkit für die Versionen LabVIEW 2009 und LabVIEW 2010
Sollten Sie keine der erwähnten Versionen installiert haben, haben Sie die
Möglichkeit, eine Evaluierungsversion anzufordern.
Das Toolkit kann hier heruntergeladen werden:
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/10631
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 19
LABVIEW EDUCATION EDITION
LabVIEW Education Edition
Entwickelt in Zusammenarbeit mit der Tufts University und von Lehrern getestet,
bietet die grafische Programmierung neue Technologien für die technische
Ausbildung an weiterführenden Schulen. Diese Version unterstützt Lehrende
dabei, projektbasiertes, praxisnahes Lernen in den Fächern Mathematik,
Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) umzusetzen. Die neue
Version kann problemlos mit Hardwareplattformen für Ausbildung und Lehre wie
LEGO® MINDSTORMS® Education NXT, Vernier SensorDAQ, Go-Link und
TETRIX™ (einem Roboterbausystem aus Aluminium von Pitsco) eingesetzt
werden.
NEUE FUNKTIONEN IN LABVIEW 2010
NI LabVIEW 2010 umfasst einen verbesserten Backend-Compiler, der
optimierten Maschinencode erzeugt und somit die Ausführungsgeschwindigkeit der Anwendung um 20 Prozent steigert. LabVIEW 2010 wurde unter
Berücksichtigung von Anwenderfeedback entwickelt und bietet eine weiter
verbesserte Softwareinstallation, eine webbasierte Hardwarekonfiguration sowie
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 20
eine anwendungsweite Suchfunktion. Zudem besteht die Möglichkeit, über die
Plattform NI Idea Exchange direkte Rückmeldungen an die Entwickler zu geben, um die Programmierumgebung weiterhin zu verbessern.
Mit der aktuellen LabVIEW-Version haben Sie die Möglichkeit, Timing-Funktionen inhärent in G zu integrieren sowie die Synchronisation mit G zu steuern. Die
Nanosekunden-Engine, die den Timing-Mechanismen von LabVIEW zugrunde liegt, kann nun auch mit Standards wie IEEE 1588 synchronisiert werden. Mit
LabVIEW 2010 können Sie sowohl als Einsteiger als auch als Anwender mit
langjähriger Erfahrung Ihre Produktivität steigern.
www.ni.com
NXTRICEDITV2
Das LEGO MINDSTORMS NXT System wird mit der NXT-G Software ausgeliefert.
Bestandteil dieses grafischen Entwicklungspaketes ist unter anderem auch eine
Reihe von RIC-Dateien, die unterschiedliche Grafiken enthalten, die für die Ausgabe am NXT-Bildschirm verwendet werden können. Daher werden diese
RIC-Dateien in der Regel als normale Grafikdateien wie z.B. JPEG, BMP oder GIF-Dateien angesehen. Was die wenigsten wissen, ist das versteckte Potential,
welches sich in den RIC-Dateien verbirgt. RIC-Dateien können nicht nur einfach
Bilder beinhalten, sondern auch abstrakte Grafikanweisungen wie z.B. Linien, Rechteck, Numerische Ausgaben oder sogar Umrechnungsfunktionen für
übergebene Parameterwerte.
Mit NXT-G kann dieses Potential leider noch nicht genutzt werden, da bei der
Verwendung von RIC-Dateien dort keine zusätzlichen Parameter mitgegeben werden können. Mit NBC/NXC steht jedoch eine textuelle Programmiersprache
zur Verfügung, die die im NXT bereits vorhandenen Systemaufrufe hier
vollständig unterstützen. Daher können erweiterte RIC-Dateien, die mit nxtRICeditV2 erstellt wurden, auch nur mit den
Programmiersprachen/Entwicklungsumgebungen für den NXT verwendet werden, die eine Parameterübergabe beim Aufruf der RIC-Files unterstützen!
Man mag auf den ersten Blick die Vorteile bei der Verwendung aller RIC-Elemente noch nicht erkennen, aber diese Wissenslücke wird auf den folgenden Seiten und mit Hilfe von nxtRICeditV2 geschlossen.
Die erste Version von nxtRICedit beschränkte sich noch auf nur drei der neun
möglichen RIC-Elemente, die notwendig waren, um eine einfache RIC-Datei für die Ausgabe einer Grafik auf dem NXT Display zu erstellen.
Version 2 der Software kann nun beliebige Folgen von Elementen für komplexere RIC-Dateien erstellen:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 21
Außerdem enthält die neue Version von nxtRICedit auch noch einige Neuerungen, die in der alten Version noch nicht vorhanden waren:
Unterstützung aller neun RIC-Elemente
Beliebige Anordnung der RIC-Elemente innerhalb der RIC-Datei Beliebig viele RIC-Elemente innerhalb einer Datei
Direkte Adressierung von Übergabeparameter
Indirekte Adressierung über VarMap-Elemente Monochrome Bitmaps in Sprites von bis zu 1024 x 512 Bildpunkten
Mehrere Bitmaps in einer RIC-Datei Mischen von RIC-Dateien
Speichern und Laden von Parameterlisten zur Designzeit
Import von Datenpaaren für VarMap Definition Import von Grafikdateien für die Erstellung von Sprite-Elementen
Zusätzliche Werkzeuge für die Bearbeitung von Sprite-Elementen
Import und Export von RicScript Dateien
Zusätzlich enthält die neue Version von nxtRICedit ein weiteres Feature, mit dem die Anzeige des RIC-Files auf dem PC simuliert werden kann:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 22
Herausgeber und Autor: Andreas Dreier
Weiter Informationen, Downloads und Beispiele unter:
http://ric.dreier-privat.de/Docu/index.htm
RIC-Beispiel: Neuer Zeichensatz Das nächste Beispiel zeigt die mögliche Realisierung eines Wunsches, der schon
mehrfach geäußert wurde: Einen neuen Zeichensatz für den NXT. Egal ob er nun größer oder kleiner als der im NXT verfügbare Zeichensatz mit seiner 6x8 Matrix
sein soll - mit der richtigen RIC-Datei und ein paar Zeilen Programmcode kann
auch dieser Wunsch realisiert werden.
Am Anfang steht die Frage, wie groß die Buchstaben des neuen Zeichensatzes
sein sollen. Für unser Beispiel verwenden wir 10 x 10 Punkte großes Raster, welches für die bessere Erkennbarkeit der Buchstaben links und unten einen
Abgrenzungsstrich enthält:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 23
LISTE DER VERFÜGBAREN PROGRAMMIERSPRACHEN
Software Sprache NXT
benötigte
Firmware
Steuerung
über Windows Mac
OSX Linux
LEGO NXT Mobile
Application
Simple RC
Standard Phone or PDA
- - -
BT RC NXT-G Program
läuft auf NXT
Anderen
NXT
- - -
Simple BT
Remote
Simple
RC
Standard Desktop Ja Nein Nein
RobotC Simple RC
Standard Desktop Ja Noch nicht
Nein
BricxCC Simple RC
Standard Desktop Ja Nein
OnBrick PDA Grafisch Standard PDA - - -
OnBrick PC Grafisch Standard Desktop Ja Nein Nein
NXT Director Simple RC
Standard Palm PDA - - -
RoboDNA Simple
RC
Standard Desktop Ja
MS Robotics
Studio
.NET Standard Desktop Ja
NI LabVIEW Toolkit
Grafisch (LabVIE
W G)
Standard Desktop Ja Ja
RoboLab Grafisch Standard Desktop Ja Ja
iCommand Java Standard Desktop oder PDA
Ja Ja
LEGO::NXT Perl Standard Desktop Ja Ja Ja
nxt-Ruby Ruby Standard Desktop Ja Ja Ja
NXT# C# Standard Desktop Ja
Mindsqualls C# Standard Desktop Ja
NXT Python Python Standard Desktop Ja
My Robot Me Grafisch? Standard Desktop Ja Nein Nein
Die unterstützten Programmiersprachen sind vielfältig, u.a. sind dabei Ruby,
Perl, Python, C# und Java. Letzteres ist Grundlage von ICOMMAND, einem Subprojekt von leJOS. leJOS ist ein Projekt, das schon beim Vorgängermodell,
dem RCX, sehr beliebt war. Es ist eines der wenigen Projekte, die sowohl unter
Windows, Linux und MacOS X laufen. Die beiden anderen momentan aktiven Projekte sind LEGO:NXT, eine in Perl geschriebene API, sowie NXT-RUBY,
welches - wie der Name schon sagt - in Ruby geschrieben ist.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 24
DER RCX – SENSOREN DES VORGÄNGERS NUTZEN!
Der RCX hat einige Sensoren, die zum Teil sehr günstig zu bekommen sind.
Angeschlossen werden diese über das mitgelieferte Adapterkabel in dem NXT
Education Set.
ROTATIONSSENSOR
Der Rotationssensor misst die Umdrehungen einer Achse die durch ihn verläuft. Der Rotationssensor misst in Schritten von sechzehntel Umdrehungen, d.h. nach
einer vollen Umdrehung hat er den Wert 16. Das Gerät erfasst sowohl links- wie Rechtsdrehungen, wobei eine Richtung den Sensorwert erhöht und die andere
ihn verringert. Auch negative Werte können auftreten. Der Sensor erlaubt eine
relativ präzise Steuerung des Motors, da er direkt an die Motorachse angeschlossen werden kann.
TEMPERATUR SENSOR
Der Temperatursensor kann Temperaturen von -20°C bis +70°C messen und sie als C° oder F° ausgeben. Die Spitze kann man auch in Flüssigkeiten tauchen.
LICHTSENSOR
Der Lichtsensor besteht aus einer roten LED und einem Fototransistor. Die benötigte Betriebsspannung dieses Sensors wird vom RCX geliefert. Sein Messbereich liegt zwischen 0,6 und 760 Lux. Allerdings wird der Lichtsensor
meistens im Prozentmodus verwendet, so dass er Werte von 0 bis 100 Prozent liefert, Werte zwischen 35 und
65 Prozent sind geläufig. Da der Lichtsensor seine eigene Lichtquelle enthält, besteht die Möglichkeit, das von einer nahe gelegenen Oberfläche reflektierte
Licht zu messen, so dass der Sensor verschiedene Farben unterscheiden kann.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 25
BERÜHRUNGSSENSOR
Dieser passive Sensor ist einfach ein normalerweise geöffneter Schalter, der in einen Baustein 2x4 eingebaut wurde.
BERÜHRUNGSSENSOR II
Eingeführt mit dem Barcode Truck, ist dieser Sensor in der Funktion dem ursprünglichen Dacta-Drucksensor ähnlich, davon abgesehen, dass er in einem
2x3 Baustein eingebaut ist und eine externe Leitung benötigt. (#9757)
Das Vorgängermodell: Der RCX-Baustein hier als Lego-Kara-Roboter.
LegoKara ist ein Roboter, der auf dem Lego Mindstorms Set basiert. LegoKara wird in der Umgebung von Kara programmiert. LegoKara ermöglicht es
Schülerinnen und Schülern, ihre Karaprogramm an einem physischen Roboter zu testen. Aus der virtuellen Bewegung von Kara am Bildschirm wird eine Bewegung
des LegoKara durch das Schulzimmer.
http://www.swisseduc.ch
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 26
DIE SENSOREN DES NXT
Der NXT verfügt über eine Vielzahl von Sensoren. Hier einige Beispiele:
Quelle: http://www.vs-moebel.de
Berührungssensor NXT
Der NXT Berührungssensor nimmt Widerstände
wahr und kann den Roboter dazu veranlassen bestimmte Aktionen auszuführen. Er reagiert
sowohl auf Be- als auch auf Entlastung.
Lichtsensor NXT
Der weiterentwickelte NXT Lichtsensor
ermöglicht es dem Roboter zwischen hell und dunkel zu unterscheiden und die Lichtintensität
auf farbigen Oberflächen zu messen.
Geräuschsensor NXT
Der NXT Geräuschsensor misst den
Schalldruckpegel in dB und dBA. Er kann unterschiedliche Geräusch- bzw. Tonmuster
wahrnehmen.
Ultraschallsensor NXT
Der NXT Ultraschallsensor kann Objekte sehen
und aufspüren. Somit können vom Roboter Hindernisse umgangen, Entfernungen gemessen
und Bewegungen erfasst werden.
Kompasssensor
Der Kompass Sensor misst das Erdmagnetfeld
und berechnet die magnetische Ausrichtung des Roboters. Der Kompass besitzt eine eingebaute
Kalibrierung um magnetischen Störungen zu
vermindern.
- Misst das Erdmagnetfeld und meldet den
Messwert der aktuellen Richtung. Die magnetische Ausrichtung hat eine Genauigkeit
von 1° und gibt einen Wert zwischen 0 und 359 aus.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 27
- Dieser Wert wird 100-mal pro Sekunde
aktualisiert.
Der Kompasssensor arbeitet auf zwei Arten.
Lese-Modus und Kalibrierungs-Modus. Im Lese-
Modus wird die aktuelle Position des Roboters ständig ermittelt und an den NXT gemeldet. Im
Kalibrier-Modus kann der Sensor feinjustiert
werden, um z. B. extern verursachte Schwankungen des
Magnetfelds auszugleichen, wie sie z.B. in der Nähe von Elektromotoren oder Batterien
auftreten.
Falls der Kompass Block in der NXT Software nicht verfügbar ist, kann alternativ der
Ultrasonic Block verwendet werden (Einstellung
auf Zentimeter).
Farbsensor
Der Farbsensor ermöglicht nicht nur die Unterscheidung von hell-dunkel Nuancen (vergl.
Lichtsensor) sondern auch eine Anzahl
leuchtender und pastellener Farben. Drei verschieden farbigen LEDs leuchten die
Oberfläche aus. Der Farbsensor misst die Intensität der reflektierten Farbe, errechnet eine
Farbenummer und meldet sie an den NXT.
Dieser Wert wird 100-mal pro Sekunde aktualisiert.
Falls der Farbsensor Block in der NXT Software
nicht verfügbar ist, kann alternativ der Ultrasonic Block verwendet werden (Einstellung
auf Zentimeter). Der Farbsensor misst einen Farbwert und meldet
einen Zahlenwert zwischen 0 und 17 an den NXT
zurück.
Infrarot-Detektor
Der HiTechnic-
Infrarotdetektor ermöglicht das
Registrieren und Orten von Infrarot-
Lichtquellen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 28
Gyrosensor
Der HiTechnic-Gyrosensor ermöglicht es
Robotern, Rotationsbewegungen zu erkennen
und zu messen. Er gibt einen Wert zwischen -
360 und +360° aus. Dieser Wert wird alle
0,1 Sekunden
aktualisiert. Er
gibt aber nicht
die Neigung an
sondern die
Drehgeschwindi
gkeit. Dieser
Wert gibt nur
an, um wie viel
° sich der Sensor in 1 Sekunde dreht.
Wenn dieser Wert also bei 0°, in der
nächsten Messung bei 50° und dann wieder
bei 0° liegt, dann hat sich der NXT um
50°/10 (Wegen 10 Messungen pro Sekunde)
um 5° gedreht.
IR-Kommunikationssensor
Der HiTechnic-IR-Kommunikationssensor ermöglicht Kommunikation mit anderen
Geräten, z.B. mit dem MINDSTORMS RCX.
RFID Sensor
Der RFID-Sensor ist ein offizielles und
lizenziertes Produkt für das LEGO MINDSTORMS
NXT System. Über Funk lassen sich mit dem Sensor ID Nummern über Transponder auf den
NXT-Stein einlesen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 29
NXT Kamera von www.mindsensors.com
Diese Kamera baut eine Verbindung mit dem
NXT auf einem Standard-Sensor-Anschluss auf,
und unterscheidet bis zu 8 Farben (farbigen Objekten). Über einen USB Port kann die
Kamera als "Webcam" genutzt werden.
Infrarot Detektor von www.mindsensors.com
Der Infrarot Sensor ermöglicht das Registrieren
und Orten von Infrarot-Lichtquellen.
Der neue RGB Farb- und Lichtsensor
Der RGB Farbsensor kann drei Funktionen
erfüllen: Als Farbsensor kann er zwischen sechs
Farben unterscheiden, als Lichtsensor bestimmt
er die Helligkeit von direktem Licht oder
Umgebungslicht, und als Farblampe leuchtet er
rot, grün oder blau.
Es können die drei LEDs des Farbsensors auch
einzeln angesprochen werden und somit
verschiedene Farben erzeugt werden.
Werte: 1= schwarz, 2= blau, 3= grün, 4= gelb,
5= rot 6= weiß.
Der HiTechnic Beschleunigungs- bzw. Tilt Sensor misst die Beschleunigung in drei Achsen.
Es misst auch kippen entlang jeder Achse. Mit
dem Sensor kann man die Beschleunigung des Roboters im Bereich-2g bis + 2g mit einer
Skalierung von etwa 200 Zählungen pro g messen. Die Beschleunigung Messung für jede
Achse wird etwa 100-mal pro Sekunde
aktualisiert.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 30
Die drei Achsen der Messung markiert sind X, Y
und Z wie abgebildet.
Der Beschleunigungssensor kann auch zur Neige
in drei Achsen gemessen werden. Dies ist
möglich, weil die Schwerkraft als Beschleunigung
wahrgenommen wird.
Winkelsensor
Die HiTechnic Winkelsensor wird mit einer
Standard LEGO Technik Kreuzachse verbunden und misst drei Rotation einer Achse besitzenden.
Diese sind
Absolute Winkel: der Drehwinkel einer
Achse von 0 Grad bis 359 Grad, Genauigkeit 1 Grad.
Kumulierte Winkel: die kumulierte Anzahl der Grade die die Achse gemacht hat.
Umdrehungen pro Minute (RPM): Die
aktuelle Schätzung der Drehrate von 1 U / min bis 1.000 U / min.
Der Winkelsensor ist ideal für den Einbau in komplexe Modelle, wo die Winkel oder die
Drehzahlüberwachung gewünscht sind - z.B. eine Wetterstation (Windfahne) oder ein Messrad.
Magnetsensor
Der NXT Magnetsensor ermöglicht es mit dem Roboter Magnetfelder zu finden. Der Sensor
erkennt Magnetfelder, die auf der ganzen
Vorderseite des Sensors in einer vertikalen Ausrichtung sind. Wenn die Ausrichtung des
Magnetfeldes "Norden" wie in der Abbildung oben ist, wird das Magnetfeld erkannt. Wird der
Magnet seitlich gestellt, kann es nicht
nachgewiesen werden. Der Sensor kann bis zu 300-mal pro Sekunde gelesen werden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 31
EOPD Sensor
HiTechnic-Abstandssensor, EOPD-Sensor
(Electro Optical Proximity Detector)
Dieser optisch-elektronische Sensor kann
Objekte bis zu einer Entfernung von 20cm sowie
kleine Distanzänderungen präzise erkennen.
Damit schließt er die Lücke zwischen dem
Ultraschall- und dem Berührungssensor. Durch
sein pulsiertes Lichtsignal können externe
Lichteinflüsse ausgeblendet werden.
In zwei Modi kann er auch auf helle und dunkle
Objekte justiert werden.
Der Sensor kann mehr als 300-mal pro Sekunde
eingelesen werden und reagiert schnell auf
Änderungen.
Jeder EOPD läuft auf einer leicht anderen
Samplingrate, sodass es auch untereinander
kaum Interferenzen gibt.
Der EOPD Sensor ist ein analoger Sensor, wie der
LEGO Lichtsensor
NXT Temperatursensor
Der NXT Temperatursensor ist ein digitaler
Sensor und dient zur Messung von Temperaturen in Celsius und Fahrenheit (-20 °C
bis +120 °C/-4 °F bis +248 °F). Der Sensor
verfügt über einen 10cm langen metallischen Messfühler zur Bestimmung von Temperaturen in
Flüssigkeiten. Der Sensor benötigt die Software NXT-G ab Version 2.0.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 32
IRSeeker V2
Eine neue Version des HiTechnic IR Sensors.
Der NXT IRSeeker V2 ist ein Detektor, der Infrarot-Signale von Objekten, wie etwa IR-
Fernbedienungen oder auch Sonnenlicht erfassen
kann. Der IR-Detektor V2 kann das pulsierende Licht
der neuen IR-Soccer-Bälle (siehe MS1005)
erkennen.
Im modulierten Modus erkennt der Sensor Signale wie z.B. IR-Soccer-Bälle, IR-
Fernbedienungen. In diesem Modus filtert der
Sensor andere Signale aus, um Störungen zu minimieren (1200Hz Eingangsfrequenz).
Im unmodulierten Modus erkennt der Sensor Signale auch von älteren Soccer-Bällen oder
Sonnenlicht.
Spielen Sie Roboterfußball und stellen Sie innen
auf Ihren Infrarot Leuchtfeuern (IR) mit dem neuen und erhöhten IRSeeker V2 auf Null ein
(Version 2). Sie können die meisten Fernbedienungen und die LEGO®
Funktiondirektübertragungen als "Impuls-Signal"
benutzen, die der IRSeeker V2 ermittelt. Mit einem besonders entworfenen gebogenen Design
und fünf internen Detektoren hat das IRSeeker
V2 eine 240-Grad-Ansicht - das erleichtert das Spielen des Roboterfußballs (mit dem HiTechnic
IRBall).
Der neue Seeker V2 filtert Hintergrundsignale
heraus (Störsignale), die durch (stark) hell beleuchtete Räume und in sonnigen Umgebungen
geben sind. Der Sensor bringt die Signalrichtung
und -stärke zurück, die man braucht, um den relativen Abstand zum Ziel zu erfassen und
abzumessen.
Eine gewinnende Roboterfußballkombination,
wenn Sie mit dem HiTechnic NXT Kompass-Sensor kombiniert werden!
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 33
ENERGIE-ADD-ON 9688
Das Set ist die ideale Ergänzung zum Baukasten "Naturwissenschaft und
Technik" (9686) und ermöglicht Experimente zu erneuerbaren Energien. Es
beinhaltet ein Energie Messgerät (bestehend aus 9668 Display und 9669
Energiespeicher), ein Solarmodul (9667), Rotorblätter, einen E-Motor der auch
als Generator fungiert (9670), LED-Lichter und Verlängerungskabel. Zudem
farbige Bauanleitungen zu sechs energietechnischen Modellprojekten. Zusammen
mit dem CD-Handbuch 2009688 für sechs Unterrichtspojekte geht es um die
Themen Energieversorgung, -übertragung, -speicherung, -umwandlung und -
verbrauch. Benötigt wird dazu das Ergänzungsset 9686 (oder früher 9648).
Das Set kann auch als Ergänzung zum NXT Basisset 9797 und damit zusammen
in der Robotik verwendet werden.
Die Software aus dem Baukasten 8527 bzw. 8547 ist nicht ausreichend um das
Energie Add-On anzusprechen! Hierzu fehlt insbesondere das DATA Logging,
über das Messdaten eingelesen werden können. Die graphische Oberfläche der
Data Logging Funktionalität macht die Analyse von Daten angeschlossener
Sensoren einfach. Diese können dann in anderen Programmen (z.B. Excel)
weiter verarbeitet werden. Der Einsatz als Instrument zur Messdatenerfassung
ist ideal.
Erforderlich ist das Adapterkabel 8528 zum Anschluss des NXT an das Energie
Display.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 34
Ergänzende Artikel:
9695 bzw. 9648 Ergänzungsset
9797 LEGO Education Basisset NXT 8887 Transformator (10V)
9693 LiIonen-Akku 2100 mAh (im Set 9797 enthalten)
2000080 LEGO Education NXT Software (aktuell Version 2.1) 2009686 Lehrer-CD "Naturwissenschaft und Technik"
2009688 Lehrer-CD "Energie-Add-On"
Das Energie Display misst die ankommende und abgehende Energie in Volt, Watt, Ampere und Batteriestand in Joule. In Kombination mit der Batterie 9669
ergibt sich ein Energie Messgerät.
Kann als Sensor in Verbindung mit dem NXT fungieren und somit Messdaten für
das DATA Logging liefern oder z. B. zur Steuerung und Ausrichtung des
Solarmodules dienen.
In Verbindung mit dem Energie Speichermodul 9669, einem NiMH-Akku mit 150mAh Speicherkapazität, bildet das Energie Speichermodul
den Energie-Meter.
Die Solarzelle versorgt das Messgerät und Motoren mit
ausreichend Energie. Es liefert 5 Volt 4mA bei direktem Licht einer 60Watt Glühbirne in 25cm
Entfernung (>2000 lux) und es liefert 5 Volt 20mA bei direktem Licht einer 60 Watt Glühbirne in 8cm Entfernung (>10.000 lux)
Diese Module sind ideal für den Physik- und Experimentierunterricht.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 35
LEGO 9686 NATURWISSENSCHAFT UND TECHNIK (INKL. MOTOR)
Eine optimale Ergänzung - oder auch für den Anfang - ist dieses Set:
Konstruieren & Erforschen realer Maschinen und Mechanik. Erforschen von
Kräfteverhältnissen: z.B. Erfassung und Kalibrierung von Wind
Der Baukasten 9686 für den naturwissenschaftlichen Unterricht lässt Schüler in
Kleingruppen Naturgesetze experimentell erforschen. Das Set für 2-3 Schüler
enthält 396 Elemente, darunter Zahnräder, Räder, Achsen, Nocken, Riemen,
Windsegel und Motor mit Batteriebox. Zudem farbige DIN A5 Bauanleitungshefte
zu 10 Modellen mit technischen Grundprinzipien sowie 18 Modellprojekten. Zur
leichteren Orientierung ist der Kasten mit Sortiermagazin ausgerüstet und
enthält farbige Elementeübersichten. Inklusive stabiler blauer
Aufbewahrungsbox. Erweiterungsset Pneumatik LEGO® 9641 optional erhältlich.
Mit fünf zusätzlichen Bauanleitungen für pneumatische Modelle. Unter anderem
kann, zusammen mit dem Baukasten 9686, ein Kompressor gebaut werden.
Nachfolger des erfolgreichen 9632.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 36
Speichererweiterung für den NXT
Es wird oft geschimpft über den begrenzten Speicherplatz.
Der Apollo Guidance Computer für die erste Mondlandung verfügte über einen
Arbeitsspeicher von etwa 4 Kilobyte und schaffte etwa 40 000 Additionen pro
Sekunde. Seine Taktrate lag bei 100 Kilohertz.
Der NXT ist da deutlich schneller mit 32000000 Additionen pro Sekunde und hat
auch mehr Speicher: 64 Kilobyte RAM Arbeitsspeicher. Man muss die Ressourcen nur sinnvoll einsetzen.
Zur Hardwareerweiterungen: der NXT hat alles was man braucht, um mehr
anschließen zu können.
4 Ports mit I2C (je 12x Adressen) 1x Highspeed EIA-485 (z.B. für eine Kamera oder Harddisk)
Eine einfache SD-Karte kann man sehr einfach mit wenig Aufwand an den I2C-Bus anschließen und mit ein paar Zeilen Assembler Daten lesen.
Prinzipiell sind sogar über 128 Sensoren möglich. Dieses ist jedoch nur durch die
Verwendung der I2C-Schnittstelle, die der NXT bietet, möglich. Man benötigt hierfür spezielle Sensoren, die diese I2C Schnittstelle unterstützen, sogenannte
US-Sensoren wie die Sensoren z.B. der Firma www.mindsensors.com.
Der einzige Sensor mit I2C, der von Lego mit dem Mindstorms NXT Set
ausgeliefert wird, ist der Ultraschall-Sensor.
WAS IST DER I2C-BUS?
I2C-Bus heißt ausgeschrieben Inter IC-Bus, zu Deutsch: Ein Bus, der die Kommunikation zwischen verschiedenen Integrierten Schaltungen ermöglicht
bzw. bereitstellen soll. Ein Bus ist ein Leitungssystem mit zugehörigen
Steuerungskomponenten, das zum Austausch von Daten und/oder Energie zwischen Hardware-Komponenten dient.
Philips ist die Mutter dieses Busses, der sich zum Quasi-Standard entwickelt hat.
Manchmal wird er auch 2-Draht-Bus genannt, was auch nicht abwegig ist, da der
Bus tatsächlich nur mit 2 bidirektionalen Leitungen auskommt (Masse und Versorgungsspannung nicht mitgerechnet). Die erste Leitung wird mit SDA (=
serial data) bezeichnet. Über diese Leitungen werden die eigentlichen Daten
seriell übertragen.
Die zweite Leitung wird mit SCL (= serial clock) bezeichnet. Hier werden die Takt-Impulse gesendet.
Das I²C-Entwicklungsboard von HiTechnic hat 5 analoge Eingänge und 6 digitale I/Os.
http://hitechnic.com/contents/en-us/d20.html
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 37
Die Taster an die digitalen und den Licht +US-Sensor an die analogen Eingänge.
Damit sind nicht die Lego-Sensoren gemeint, sondern einfache Taster aus dem Elektronikbauladen bzw. irgendetwas elektronisches, das die eine analoge
Spannung abgibt.
Das I²C-Entwicklungsboard ist keine Erweiterung/Multiplexer für Lego-Sensoren,
sondern eine Ergänzung für die elektronische Außenwelt!
Das Board an sich wird über die I²C Schnittstelle adressiert und die Werte der
Sensoren übermittelt. Somit haben die einzelnen Sensoren eigentlich keine eigene I²C Adresse, sonder nur das Board an sich.
ALTERNATIVE SOLARMODULE
Dexter Industries hat jetzt kompatible Photovoltaik Module für die Miniroboter entwickelt. Das dSolar System versorgt alle LEGO Mindstorms
NXT Roboter mit sauberem Strom und bringt so bereits Kindern die Vorteile von nachhaltiger Energiegewinnung näher.
Foto und Link: http://www.dexterindustries.com
LEGO erfüllt damit was sein Name verspricht. Das Wort Lego leitet sich vom dänischen "leg godt" ab und bedeutet so viel wie "spiel gut".
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 38
GPS FÜR DEN NXT
Ebenso kann man dort das NXT GPS beziehen. Ein kleines Modul , das den NXT
orten lässt. Der Preis ca. 90 US Dollar, beziehbar über www.amazon.com.
Link: http://www.dexterindustries.com
DCP SENSOREN FÜR DEN RCX
Da alle Sensoren des RCX über das NXT Konvertierungskabel angeschlossen
werden können, können auch die hochwertigen Sensoren der Firma DCP Microsense am NXT genutzt werden. Mit den DCP-Sensoren lassen sich u. a.
Schallpegel, Feuchtigkeit, PH-Wert, elektrische Spannung oder Temperatur
messen. Der RCX wird somit zum mobilen Minilabor und bietet spannende Einsatzmöglichkeiten und Experimente für Biologie, Chemie oder Physik.
9917 LEGO DCP Sensor-Adapter
DCP Luftdrucksensor DCP Feuchtigkeitsfühler
DCP PH-Amplifier Adapter
DCP PH Elektrode DCP PH Amplifier + Elektrode
DCP Temperaturfühler DCP Bewegungs- und Rotationssensor
DCP Geräuschpegelmesser
DCP Voltmesser DCP Stromstärkemesser
DCP Barometrischer Luftdrucksensor
DCP Beschleunigungssensor DCP Designer Sensor-Set
DCP LUX Lichtsensor DCP Sensor-Verlängerungskabel (3 m)
Die Sensoren sind u.a. erhältlich bei der Firma LPE
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 39
DER NXT IN DER SCHULE - EINSATZMÖGLICHKEITEN
Das NXT-System für Physik, Chemie und Biologie,
Informatik und Technik.
Mit Hilfe des Adapters lassen sich etwa 30 hochwertige
Sensoren der Firma Vernier anschließen. Größen wie
Temperatur, elektrische Spannung und Stromstärke, ph-
Werte, Luftdruck, Feuchtigkeit, Kraft u.v.m. können
gemessen und verarbeitet werden. Der Programm-Block für
die NXT-G Software kann auf den Seiten von Vernier unter www.vernier.com
heruntergeladen werden.
Der Sensor-Adapter kann ebenfalls in Verbindung mit der Software ROBOLAB 2.9
(Patch 2.9.4) eingesetzt werden.
UNTERRICHTSBEISPIELE CHEMIE
Projekt "Säuremessung" Schüler bauen einen Roboter, um Becher mit Flüssigkeiten "in die säurehaltige"
und "sichere" Flüssigkeiten zu sortieren. Dieser Roboter benutzt einen Vernier pH
Sensor, um die Säure einer Lösung zu prüfen. Der NXT Ultraschall-, Licht- und Umdrehungssensor werden genutzt, um die Lösung zu finden. Zuerst dreht sich
der Roboter, bis der Ultraschall-Sensor einen Becher findet, und dann rückt der Roboter in Richtung zu diesem Becher vor. Sobald der Roboter den Becher
erreicht, senkt ein dritter Motor den pH Sensor, um den pH Wert der Lösung zu
prüfen.
Die zwei Becher werden mit normalem Wasser und Essig gefüllt. Wenn der pH
Sensor eine säurehaltige Lösung ermittelt, gibt der Roboter ein Warnsignal ab und rückt den Becher in einen gekennzeichneten Bereich "Säure". Mit den Licht-
und Umdrehungs-Sensoren kommt der Roboter zu seinem Ausgangspunkt zurück, findet den dritten Becher, gefüllt mit destilliertem Wasser, und spült sich wie im richtigen Laborverfahren aus.
Der pH Sensor kann mit jedem anderen Vernier Sensor ausgetauscht werden,
z.B. um die Eigenschaften der Flüssigkeiten, wie Leitfähigkeit, Temperatur,
Salzgehalt usw. prüft. Wenn man den Roboter nicht fahren lassen möchte, kann man auch per Hand Flüssigkeiten prüfen und der Roboter meldet ob
"säurehaltig" oder nicht. So können verschiedene Getränke gemessen werden und in einer Tabelle schriftlich zusammengetragen werden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 40
Projekt "ph-Gehalt, Sauerstoff und Leitfähigkeit von Wasser"
Dieser Roboter benutzt die Vernier-Sensoren "Vernier Conductivity Sensor" (Leitfähigkeitssensor), "Dissolved Oxygen Sensor" (Sauerstoffgehalt-Sensor) und
den pH Sensor, um das Wasser in einem Aquarium zu prüfen. Jeder Sensor zeigt die Werte auf dem NXT Schirm an und speichert die Daten in einem Text-File.
Dieses Programm wird auch in der Software Robolab 2.9 im "Direct Mode"
geschrieben, der die Sensor-Messwerte auf dem Bildschirm anzeigt.
Diese drei Wasserqualitäts-Sensoren können nicht richtig messen, wenn sie
gleichzeitig in das Wasser gesetzt werden, weil sie sich einander elektrisch behindern. Der Roboter löst dieses Problem, indem er immer nur einen Sensor in
das Wasser senkt und die Daten liest.
Zusätzlich zur Überwachung von z.B. Aquarien, könnte dieses Projekt den
Schülern die chemischen Eigenschaften des Klimas zeigen in den Unterwasserorganismen leben.
Projekt "Mischen von Chemikalien und Flüssigkeiten mit Messung"
Wir errichteten eine Vorrichtung, um eine trockene Chemikalie einer Flüssigkeit hinzuzufügen, rütteln die Lösung und messen dann die Temperatur.
Zuerst greift der Apparat den kleinen Becher. Er dreht dann den Becher und lässt eine Tablette (simulierte chemische Tablette) in die Flüssigkeit fallen. Er dreht
dann den Becher rechts und mischt die Lösung dann hin und her. Nachdem
mischen dreht er den Becher rechts und setzt eine geänderte Version der rostfreier Stahl-Temperatur-Vernier-Spitze in die Lösung ein. Das Programm
lässt Töne erklingen, deren Frequenz so eingestellt wird, dass mit zunehmender Temperatur der Ton immer tiefer wird.
Dieses Projekt kann auch als einfaches, klingendes Thermometer genutzt werden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 41
UNTERRICHTSBEISPIELE PHYSIK
Projekt "Energie – UV A und UV B Licht"
Wir bauen einen Roboter, um die UV-ABSORPTION der verschiedenen
Sonneneinstrahlung zu untersuchen.
Dieses Projekt ist eine Studie der UV-ABSORPTION der verschiedenen
Sonnenstrahlen. Eine Plastikverpackung wird horizontal auf einer Apparatur
gespannt, unter der sich ein Roboter mit einem Vernier UV Sensor bewegen
kann. Der NXT bewegt mit dem UV-Sensor, der aufwärts gezeigt wird, und er
spielt einen Ton mit der Frequenz, die zur Intensität der UV-STRAHLUNG
proportional ist. Am Ende vergleicht der Roboter die UV-NIVEAUS der
unterschiedlichen Sonneneinstrahlung und bewegt sich in die Position mit dem
niedrigsten UV-NIVEAU selbstständig.
Projekt "Magnetismus"
Wir errichteten einen Roboter, um einen Magneten zu ermitteln, der unter einem
von drei Walnussschalen versteckt wurde.
Dieses ist ein Roboter mit einem Vernier Magnetfeldsensor. Der Sensor wird an
das NXT mit dem NXT Sensor-Adapter angeschlossen.
Der Roboter fährt an einer Reihe von Nussschalen entlang, und liest das
magnetische. Ein Höchstmesswert tritt auf, wenn der Roboter den Sensor über
den Magneten fährt. Der Roboter speichert die Position dieses Höchstmesswertes und bewegt sich zurück zu dieser Position, nachdem er alle
Schalen untersucht hat.
Magnetfeldsensor
Im Magnetfeldsensor kommt ein Hall-
Element zum Einsatz. Dessen
Empfindlichkeit ist ausreichend, das Erdmagnetfeld zu messen.
Messbereich 1: -6,4 bis +6,4 mT (milliTesla)
Messbereich 2: -0,32 bis +0,32 mT
http://www.vernier-in-der-schule.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 42
Projekt "Erdmagnetismus – Kompass"
Wir bauen einen Roboter, um den magnetischen Norden oder Süden zu ermitteln
und in einer dieser Richtungen zu fahren. Wir bauen einen einfachen Roboter mit
2 Rädern und schließen dort einen Magnetfeldsensor an. Das Programm lässt den Roboter um sich drehen, bis er den magnetischen Norden (höchsten
Messwert) gefunden hat. Hat er ihn gefunden, soll der Roboter für fünf
Sekunden in diese Richtung fahren.
UNTERRICHTSBEISPIELE BIOLOGIE
Wir errichteten eine Vorrichtung, um Topfpflanzen automatisch zu bewässern,
wenn der Boden zu trocken wird.
Dieser Roboter benutzt den Vernier-Feuchtigkeits-Sensor, den NXT Sensor-
Adapter und eine LEGO Handpneumatische Pumpe, um den
Bodenfeuchtigkeitsgehalt für eine Pflanze zu steuern und automatisch zu wässern.
Wasser ist in einer Flasche, dem Vorratsbehälter. Wenn der Boden zu trocken ist,
lässt der Motor die Pumpe laufen und zwingt Luft in die Oberseite des
Vorratsbehälters. Der erhöhte Luftdruck drückt das Wasser aus dem Vorratsbehälter heraus und auf den Boden der Pflanze.
Wenn die maximale Bodenfeuchtigkeit erreicht wird, stoppt der Motor und der Boden-Feuchtigkeits-Sensor überwacht den Boden erneut. Wird der Boden
trocken wiederholt der Roboter das Wässern.
Projekt "Schlangenroboter"
Wir bauen einen Schlangenroboter, der zwei Oberflächentemperaturfühler
benutzt, um sein Opfer zu ermitteln.
Die Grubenottern (Crotalinae) stellen eine Unterfamilie der Vipern (Viperidae) in
der Unterordnung der Schlangen (Serpentes) dar. Ihnen gehören zum Beispiel
die Klapperschlangen an. Der Name Grubenotter geht auf die Grubenorgane zurück, die sich unter den Nasenlöchern befinden. Sie enthalten sehr
empfindliche Wärmerezeptoren, die der Schlange ein dreidimensionales Wärmebild vermitteln. Unser Roboter kann nicht innerhalb von Millisekunden
anschlagen, aber kann er "Opfer" mit seinem eigenen Oberflächen-
Temperatursensor finden.
Zuerst werden eine Metalldose mit Heißwasser und eine mit Wasser gefüllt. Je
größer der Unterschied bezüglich der Wassertemperatur, desto einfacher ist es die "Opfer" zu finden. Sobald der Roboter angestellt wird, vergleicht die
"Grubenottern" (Sensor) die zwei Temperaturen und bewegt die "Giftzähne" in die Richtung des wärmeren Sensors. Wenn das "Opfer" sich bewegt, ändert die
"Schlange" die Richtung.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 43
NXT ROBOTER-PROJEKT-IDEEN FÜR DEN SCHULUNTERRICHT
Beschleunigungsmesser
Benutze den Beschleunigungsmesser als Neigungs-Sensor oder benutze ihn, um die Beschleunigung eines Roboters selbst zu
untersuchen.
Suche Norden
Entwickelt einen Roboter, der in Richtung zum magnetischen Norden fährt, oder einen Roboter, der einen versteckten Magneten findet.
Oberflächen Temperaturfühler Lasst einen Roboter einen Raum erforschen und nach den warmen und
kühlen Punkten suchen. Lasst einen Roboter einen warmen Gegenstand
durch seine "Hitze" ermitteln, wie einige Schlangen es tun können.
Kraftsensor Messt die Kraft eures Roboters. Ändert die Antriebsart und notiert die
Ergebnisse
Gasdruck-Sensor
Baut einen Luftverdichter.
Temperatursonde
Überwacht die Temperatur von verschiedenen Lösungen; lasst Euren Roboter die Temperatur einer Tasse Tee und überwachen, bis der Tee
zum Trinken bereit ist und lasst ihn dann ein Signal erklingen.
Feuchtigkeits-Fühler
Baut ein automatischer Pflanzenbewässerungssystem.
UVB Sensor
Messt die Wirksamkeit und Intensität von Sonnenlicht.
Spannungssensor
Messt die Spannung, die der Akku des NXT liefert. Vergleicht die Spannung mit der von Batterien oder Solarzellen.
Untersucht den Strom, der durch den NXT verbraucht wird: Wie viel
benötigen die Motoren unter verschiedenen Bedingungen...
Leitfähigkeitssensor
Untersucht die Leitfähigkeit verschiedener Flüssigkeiten, Salzwasser und
Süßwasser.
Feuchtigkeits-Sensor (Wetterstation) Baut eine Wetterstation und messt die relative Feuchtigkeit.
Barometer (Wetterstation) Untersucht den Luftdruck (siehe Wetterstation)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 44
O2 Gas-Sensor
Untersucht die Sauerstoffkonzentration des menschlichen Atems beim Ausatmen und beim Einatmen.
Salzgehalt-Sensor
Prüft Ozean- und Flussmündungsproben oder errichtet ein automatisiertes
System, um ein spezifisches Niveau der Leitfähigkeit beizubehalten.
Schallpegel-Messinstrument
Errichtet einen Roboter, der entscheidet, welcher Schüler am lautesten ist und in diese Richtung soll der Roboter fahren.
Kolorimeter
Bestimmt die Konzentration einer Lösung oder z.B. Wein / Bier
ORP-Sensor (Oxidation-Reduktion-Potential)
Der Vernier ORP-Sensor misst das Redox-Potential im Bereich von -450
bis +1100 mV. Anzeigen in die positive Richtung weisen auf ein stark oxidierendes Material hin, während Anzeigen in die negative Richtung auf
stark reduzierendes Material hinweisen. Die Auflösung mit dem LabPro beträgt 0.5 mV. Messen des Oxidationspotentials von Chlor in einem
Schwimmbecken.
Kräftemessung (Kraft-Platte)
Wie stark ist die einwirkende Kraft auf ein Objekt, auf das man springt
oder schlägt.
Strömungsgeschwindigkeit-Sensor Messen der Strömungsgeschwindigkeit eines Stromes.
Thermoelement Flammen- oder –Ofentemperaturen messen.
Trübungs-Sensor Messt die Klarheit des Wassers (Frischwasser- oder Meerwasserproben).
UVA Sensor
Messt das UV produziert durch Lampen.
Alternative oder erneuerbare Energien untersuchen
Wetterstation bauen, Solarstrom als Alternative
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 45
IDEENLISTE/PROJEKTE FÜR DEN BAU VON ROBOTERN (Z.B. AG)
1. Slotmaschine 2. Scheibenwerfer
3. CD-Werfer
4. Tabletopcleaner 5. Flugsimulator
6. Dultgeräte
7. Riesenrad 8. Mauerbauer
9. Muffinbot 10. Katze
11. Elch
12. Plotter 13. Kletterbot
14. Klavierspielroboter 15. Hundeaufzug
16. Teemaschine
17. Apfelwurfmaschine 18. Geldwechsler
19. (pneumatischer)
Schokoautomat 20. Pongspiele
21. Hafenkran 22. Bandlesegerät
23. "intelligenter"
Roboter (erkennt während der Fahrt
Bewegungen und
reagiert auf diese) 24. Wurm
25. laufender Roboter
26. Linienfolger 27. verschiedene
autonome Fahrzeuge
28. Radar 29. Putzroboter
30. mechanische Uhr
31. Segway 32. Robo Soccer
33. Klospülmaschine 34. Murmelsortierer
35. Automaten
(Kaugummi) 36. Tierfütterautomat
37. Alarmanlage 38. 3D-Scanner
39. Schwarz-Weiß
Scanner 40. Schreibroboter
(schreibt Buchstaben
auf) 41. Rennauto
42. 2-Beiner 43. Joystick
44. Golfbot
45. 4-Beiner 46. 6-Beiner
47. Kampfroboter
48. Sumobot 49. Kellner
50. Vermessungsroboter 51. Maschinengewehr
52. Schießroboter
53. E-Gitarre
54. Weihnachtsmann und Rudolf
55. Dragstar
56. Gymnastik Roboter 57. Ostereier-Anmal-Bot
58. Waschanlage
69. Brieföffner 60. Kartenmisch-
maschine 61. Katapult
62. Zug
63. Kran 64. Plattenspieler
65. Tic-Tac-Toe Bot 66. Barcodeleser
67. Quat
68. Geländefahrzeug 69. Hinterherfahrroboter
(der dir hinterherfährt)
70. Zimmeraufräum-roboter
71. Computerroboter (der Irgendwelche
Sachen am Computer
macht) 72. Türzumachroboter
(mit Akustik befehlen)
73. Selbst einparkendes Auto
74. Licht an- und aus mach Roboter (mit
Lichtsensor)
75. Seitenumblätter-roboter
76. Greifarm Quelle: www.nxt-forum.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 46
DER NXT IN DER ELEKTRONIK AG ODER IM
TECHNIK UNTERRICHT
Viele Leute verwenden nicht nur die LEGO-eigenen Sensoren, sondern basteln
sich eigene. Dies geschieht aus zwei Gründen:
Kosten reduzieren
Es gibt Leute, die Geld sparen indem sie sich Sensoren selber bauen, z.B. Tastsensoren aus den kleinen Tasten einer kaputten Computermaus oder
Lichtsensoren aus einem CdS-Fotowiderstand.
Neue Funktionen erhalten
Andere Leute hingegen bauen Sensoren Selber, weil es die Sensoren von LEGO nicht gibt. Diese kann man dann mit NQC oder anderen Sprachen
programmieren und abfragen. Bekannte Sensortypen dieser Art sind:
Feuchtigkeitssensoren
Beschleunigungssensoren sog. Proximity-Sensoren (Hinderniserkennung auf Entfernung mithilfe von
IR-Licht-Reflexionsmessung)
Schallsensoren o Lautstärke
o Frequenz o Spracherkennung
Magnetsensoren ( Präzise Schaltpunkterkennung mittels Reed-Kontakt )
LINKLISTE SELBSTGEBAUTER SENSOREN
http://lego.brandls.info/legsensor.htm Michael Brandl (verschiedene Sensoren
und Erweiterungen 'auf Deutsch')
http://www.plazaearth.com/usr/gasperi/lego.htm#otherhomebrew Michael
Gasperi (viele Sensortypen)
http://www.philohome.com/sensors.htm Philippe Hurbain (viele Sensortypen)
http://www.restena.lu/convict/Jeunes/RoboticsIntro.htm Boulette's Robotics page (viele Sensortypen)
http://www.stormyprods.com/lego/ Brian Stormont (viele Sensortypen)
http://www.robocity.de/ Willy Seltmann (viele Sensortypen)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 47
Wenn eine Schule über die Möglichkeiten verfügt, können Sensoren für den NXT
selbst gebaut werden. Bauanleitungen findet man zwar noch recht wenig, aber
diese werden in naher Zukunft zunehmen.
http://freenet-homepage.de/uffmann/NEXTSensor.html
In der Zeitschrift Elektor findet man eine Bauanleitung für einen Kompass-
Sensor unter:
http://www.elektor.de/jahrgang/2007/juli/kompass-sensor-fur-lego-mindstorm-
nxt.196816.lynkx
Das Kit von www.mindsensors.com ist ideal um eigene Sensoren zu entwickeln.
Das Kit besteht aus:
PCB PCF8574 IC
appropriate capacitors appropriate resistors
NXT type socket
10 pin header
www.mindsensors.com
Für den NXT können auch die Sensoren von dem Vorgängermodell RCX genutzt
werden. Hier gibt es wesentlich mehr Anleitungen. Der Bau von Sensoren ist
sehr gut in dem Buch Lego Mindstorms vom Franzis Verlag erklärt.
BAUANLEITUNG FÜR LEGO-MINDSTORMS NXT DRUCKSENSOR:
Mit ein wenig handwerklichem Geschick, kann man sich günstig einen
Drucksensor selbst bauen.
Die Grundlage ist ein Drucksensor von www.freescale.com und zwar der Type
MPX5700AP (mit dem DP kann man auch Differenzdruck messen). Auf dieser
Seite kann man sich das Datenblatt herunterladen und auch ein/zwei so
genannte SAMPLE ordern, ganz umsonst. Es reicht eine gültige E-Mail Adresse
und einige Fragen müssen beantwortet werden. (Die Antworten werden nicht
überprüft, als Firma einfach z.B. HOME angeben). Die Lieferung erfolgt per UPS
und ist auch kostenlos!
Der Sensor kann direkt am NXT Port angeschlossen werden (auf der einen Seite
den Stecker abschneiden und das Kabel direkt an den Sensor anlöten)
Der Sensor wird als normaler RAW Sensor deklariert und die Werte können im
RAW-Modus gelesen werden. Der Drucksensor hat übrigens direkt einen
Anschluss für einen Luftschlauch (siehe Datenblatt im Internet).
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 48
BAUANLEITUNG FÜR LEGO-MINDSTORMS (RCX) INFRAROT-SENSOR:
1x Fototransistor mit Tageslichtfilter SFH309FA Rundgleichrichter B80C1500RUND
LEGO Sensorkabel
www.reichelt.de liefert die Artikel über Nacht für den angegebenen Preis.
Für den Sensor muss ein LEGO Sensorkabel durchtrennt werden. Wird dies auf der Hälfte der Länge gemacht, lassen sich beide Hälften für je einen Sensor
benutzen. Von dem offenen Ende wird dann ein kleines Stück der Isolierhülle des Kabels entfernt. Das andere Ende des Kabels wird, wenn der Sensor fertig ist,
wie gewohnt mit den Sensoranschlüssen des RCX verbunden. Wird der
Rundgleichrichter verwendet, spielt es keine Rolle in welcher Ausrichtung man das LEGO Sensorkabel an das RCX anschließt. Verzichtet man darauf, wird der
Sensor nur in zwei der vier möglichen Ausrichtungen funktionieren. Die
Schaltskizze des fertigen Sensors sieht wie folgt aus:
Verwendet man das Robotics Invention System und den gebauten Sensor als
Lichtsensor liegt die maximale Entfernung mit der sich arbeiten lässt bei etwa
35cm. Holt man die RAW-Werte des Sensors über NQC oder Java lässt sich bis etwa 85cm arbeiten.
Es besteht zusätzlich die Möglichkeit das Signal zu verstärken, um die Reichweite
zu
erhöhen, wofür weitere Bauteile benötigt werden.
Quelle: www.robocupjunior.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 49
DIE PROPRIETÄRE PRINTBUCHSE DES LEGO MINDSTORMS NXT
Es handelt sich dabei um einen proprietären RJ12- oder 6/6-Western-Telefon-
Stecker und entsprechende Printbuchsen auf den Elektronik-Platinen - rechts ein
Foto dieser Printbuchse.
Die Besonderheit: Der Flansch des Steckers sitzt auf der rechten Seite. Standard
für diese Stecker ist eine mittige Anordnung des Flansches. Seltener gibt es auch
Versionen, die den Flansch links haben. Bestellung nur bei
www.mindsensors.com möglich.
SPRACHSTEUERUNG VON NXT ROBOTERN MIT DIALOGOS
Wenn Sie einen Baukasten der Lego Mindstorms NXT Reihe besitzen, sind Sie nur
noch wenige Schritte von Ihrem ersten sprechenden Roboter entfernt. Einfach den NXT anschalten und mit der Lego-Software ein oder mehrere Programme
hochladen. Der NXT und die verfügbaren Programme werden auf Knopfdruck automatisch von DialogOS erkannt, und schon kann’s losgehen. Sie verbinden einfach Spracherkennung und Sprachausgabe mit den NXT-Funktionen in
DialogOS und schon fängt ihr Roboter an sich zu bewegen, wenn Sie ihm ein Kommando geben. Und wenn Sie wollen gibt er dabei noch eine freche Antwort -
Ihrer Fantasie sind keine Grenzen gesetzt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 50
Der sprechende und sprachverstehende Computer ist ein alter Traum, der nun
endlich wahr wird. Mit DialogOS bietet CLT ein neuartiges Softwaresystem, um Robotern aller Art in kürzester Zeit das Sprechen beizubringen. DialogOS
integriert professionelle Spracherkennung und Sprachausgabe mit intuitiver Dialogsteuerung.
DIALOG-DESIGN OHNE PROGRAMMIERKENNTNISSE
Die grafische Oberfläche erlaubt es jedem Nutzer - auch ohne tiefere Programmierkenntnisse - schnell und
professionell Dialogabläufe zu entwickeln und mit elektronischen Steuerungen zu verknüpfen. Die grafische
Darstellung von Dialogabläufen erleichtert den Überblick und macht die Erstellung neuer Dialoge zum Kinderspiel.
PROFESSIONELLE SPRACHERKENNUNG UND SPRACHAUSGABE
DialogOS stellt Ihnen hochqualitative Spracherkennung zur Verfügung, die Einzelwörter aber auch komplexe Formulierungen erkennen kann, ohne erst auf
Ihre Stimme trainiert werden zu müssen. Dabei bietet Ihnen DialogOS alle Möglichkeiten von einfacher Mustererkennung bis zu komplexen Sprachmodellen
auf Basis kontextfreier Grammatiken.
Für die Sprachausgabe bietet Ihnen DialogOS eine Auswahl verschiedener
Sprachen und Stimmen in höchster Qualität. Sie geben einfach den Text ein und Ihr Computer liest ihn vor.
Mehr unter: http://www.clt-st.de/home oder bei der Firma LPE
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 51
ANDROID-APP STEUERT LEGO-ROBOTER - SMARTPHONES ALS ROBOTER-
BASIS
Besitzer des Lego-Roboterkits NXT
Mindstorm dürfen sich freuen. Ab sofort gibt es mit MINDdroid eine kostenlose
Applikation, die Android-Smartphones
in Steuerungskonsolen verwandelt. Einmal installiert und per Bluetooth mit
dem NXT-Kit verbunden, kann der
Roboter direkt vom Handy aus gelenkt werden (Foto: lego.com). Die
Bedienung erfolgt mittels Drehen und Kippen des Handyscreens. Mithilfe der
Befehlstaste lässt sich zudem der Motor
für Zusatzfunktionen starten.
"Die Applikation ist ursprünglich entstanden, um Jugendlichen einen
spielerischen Zugang zum Programmieren zu ermöglichen", erklärt der österreichische Professor Günther Hölzl. Hölzl zeichnet maßgeblich für die
Entwicklung der Applikation verantwortlich, die mittlerweile auch vom Lego-Mindstorms-Team offiziell abgesegnet und freigegeben wurde.
Die Applikation kann über den Android Market heruntergeladen werden, daneben
haben die Entwickler die App unter der Open-Source-GPLv3-Lizenz bereitgestellt. Laut Hölzl steht die Entwicklung der Software erst am Anfang. So habe man
bereits eine Erweiterung getestet, die es Kindern und Jugendlichen ermöglicht,
selbst programmierten Code auf dem Roboter auszuführen, der wiederum mit der Handyapplikation kommuniziert. Auch die Ansteuerung mehrerer NXT-Kits
sei vorstellbar, um eine komplexere Aufgabe zu lösen. (Foto: www.elektor.de)
Während bei der MINDdroid-Applikation das Handy derzeit nur zur Steuerung
von Robotern verwendet wird, gehen andere Tüftler noch weiter. Unter der
Plattform Cellbots.com hat sich eine Reihe von Hobby-Bastlern versammelt, die Smartphones als Herzstück ihrer Roboterkreationen verbauen. "Aktuelle
Smartphones verfügen über viele Sinne wie Berührung, Hören, Sprache, Vibration, brauchen aber Beine oder Räder, um sich in frei herumkurvende Roboter zu verwandeln", so die Betreiber der Seite.
Quelle: pressetext.at
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 52
RWTH - MINDSTORMS NXT TOOLBOX FÜR MATLAB
Um die LEGO Robotern unter MATLAB über den drahtlosen Bluetooth-Kommunikationskanal anzusteuern, wurde die RWTH - Mindstorms NXT
Toolbox für MATLAB entworfen und implementiert. Sie bietet neben High-
Level Funktionen, die eine sehr einfache Ansteuerung der LEGO NXT
Sensorik und Motoren ermöglicht, auch die direkt in MATLAB abgebildeten Steuerfunktionen des offengelegten LEGO Kommunikationsprotokolls.
Die Toolbox ist als OpenSource Software unter der GNU GPL (GNU
General Public License) lizenziert und kann kostenlos zur freien Verfügung unter
www.mindstorms.rwth-aachen.de
heruntergeladen werden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 53
TETRIX BY PITSCO
Das TETRIX Education Basis-Set enthält alles was man braucht, um TETRIX-
Roboter aus Metall zu bauen, die sich über den intelligenten LEGO MINDSTORMS
NXT Baustein steuern lassen. Dazu gehört auch eine von der Carnegie Mellon
Robotics Academy entwickelte CD-ROM, die in die Nutzung des TETRIX-
Konstruktionssystems einführt und Neueinsteiger mit den wichtigsten Hardware-
sowie ausgewählten Programmierungsgrundlagen vertraut macht. Außerdem
sind im Set enthalten:
- TETRIX-Konstruktionssystem
- TETRIX Hard Point Connectors
- HiTechnic DC-Motor-Controller
- HiTechnic Servo-Controller
- 12V wiederaufladbarer NiMh-Akkupack
Pitsco, eine renommierter US-amerikanischer Anbieter für Bedarf für den wissenschaftlichen Schulunterricht, bietet nun das TETRIX-System für jedermann
an; es ist zwar ein großes Stück teurer als ein NXT-Kit, dürfte aber dennoch für
jeden interessant sein, der schon mal über Roboter jenseits der Möglichkeiten des NXT-Set nachgedacht hat.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 54
Diese Erweiterung zu dem TETRIX™ Basic Kasten ermöglicht das Bauen von
größeren und komplexeren Robotern, sowie anspruchsvollere Engineering-
Projekte. Dieses Set enthält 40 Bauelemente aus Metall und wird komplett mit
einer Sortierbox geliefert.
www.nxt-roboter.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 55
DER NXT IM INFORMATIKUNTERRICHT
Idee, Entwerfen und Bauen
Testen des Programms und des Roboters
Erstellen eines Programms
Übertragung auf den NXT
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 56
INFORMATIK SEKUNDARSTUFE I
Ein moderner Informatikunterricht versucht, fachliche Inhalte durch
praxisbezogene Aufbereitung zu vermitteln. Der Lernprozess sollte so
individualisiert werden, dass der Schüler im Mittelpunkt steht. Er soll durch
Eigenaktivität die Möglichkeit haben, sich mit einem Thema auseinander zu setzten. Die Lehrkraft dient als Ansprechpartner und gibt Anstöße.
Die Planungen zum Unterricht mit LEGO Mindstorms beziehen sich auf den Informatikunterricht der Sekundarstufe I. In vielen Bundesländern wird in den
Lehrplänen das Thema "Messen, Steuern, Regeln" empfohlen, es bestehen insofern direkte Bezüge zur unterrichtlichen Auseinandersetzung mit Computern.
Roboter haben im Informatikunterricht der Sekundarstufe I schon eine längere Tradition. Bereits vor über zwanzig Jahren wurden sie eingesetzt, um den Schülern das damals neue Fach näherzubringen. Mit der Entwicklung der
visuellen Programmierumgebungen in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden Voraussetzungen geschaffen, um die Programmierung, insbesondere im Informatik-Anfangsunterricht, wesentlich zu vereinfachen.
Lernen mit Kopf, Herz und Hand. Im Informatikunterricht mit Mindstorms
besteht die Verzahnung von Theorie und Praxis auf besondere Weise: Einen Roboter kann man in die Hand. Ein Roboter mit Tastsensoren kann registrieren,
wenn er an ein Hindernis stößt. Es existiert somit eine problemhaltige
Ausgangssituation und damit ein guter Einstieg für genetisches, entdeckendes oder forschendes Lernen.
Als Ausstattungsbedarf für den Informatikunterricht ergibt sich pro Schule:
Computerraum oder Fachraum
einfache Möglichkeiten zur digitalen Bilderfassung, mindestens ein Scanner sowie eine
einfache Digitalkamera.
einfache Möglichkeiten zur digitalen Tonerfassung, mindestens einige einfache Mikrofone und Kopfhörer.
möglichst ein Satz Steckplatinen sowie digitale elektronische Bausteine (ICs) für Schülerexperimente.
möglichst einige handelsübliche Robotermodelle zum Selbstbau.
möglichst ein Laptop mit Beamer, um Ergebnisse zu vorzuführen. Der Softwarebedarf kann vollständig durch freie Systeme abgedeckt
werden.
Der Mindest-Ausstattungsbedarf liegt also deutlich unter 500,- €. Bei einer
üblichen Schulausstattung sollten keine zusätzlichen Investitionen erforderlich sein.
Nach: Dr. Eckart Modrow, StD: Informatik in der Sekundarstufe I. 2003.
Hier ein Auszug aus den Informationen der Fachgruppe Informatik des Taletta-
Groß-Gymnasium in Leer.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 57
Jahrgang 8
THEMA "ROBOTIK" (TEIL 1)
Im Themenfeld "Robotik" werden neben den informatischen Inhalten
insbesondere in der Programmierung auch mechanische Aspekte behandelt und eingeübt durch die Konstruktion und den Bau von Robotern. Alle Erkenntnisse
sind an Robotermodellen zu erproben. Die Robotik-Aufgaben sind einzubetten in Anwendungskontexte bzw. Simulationsfelder.
Die Schülerinnen und Schüler sollen
Bauanleitungen für Robotermodelle oder Bauteile nachvollziehen und
realisieren/umsetzen können, Modelle selbstständig modifizieren und anpassen können,
gegebenenfalls eigene Konstruktionen entwickeln,
einfache Roboterprogramme (Aktoren und ein Sensor) nachvollziehen und erläutern können, für eigene Bedürfnisse anpassen bzw. erweitern können
und solche einfachen Programme auch selber erstellen, fortgeschrittene Roboterprogramme (Aktoren und mehrere Sensoren)
nachvollziehen und erläutern können, für eigene Bedürfnisse anpassen
bzw. erweitern können.
Jahrgang 9
THEMA "ROBOTIK" (TEIL 2)
Die Kenntnisse und Fertigkeiten aus dem Unterricht des Jahrgangs 8 werden
vertieft. Dies betrifft insbesondere Greifmechanismen, das Container-/Variablenkonzept und das Prozedur-/Unterprogrammkonzept. Es werden
komplexe Fragestellungen behandelt, die die Konstruktion und Programmierung
eines Roboters erfordern. Dies soll eingebettet werden in die Teilnahme an einem Roboterwettbewerb der First Lego League.
aus: Taletta-Groß-Gymnasium; http://www.tgg-leer.de Informationen der Fachgruppe Informatik
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 58
Folgende Unterrichtseinheiten (Doppelstunden) können angesetzt werden:
Doppelstunde Inhalt Bemerkungen
1
Themenfindung, Organisatorisches
Übersicht, Themenbeispiele geben,
Gruppenbildung,
Themen finden und
diskutieren, …
2
Übersicht über die technischen
Möglichkeiten der benutzten Roboter
und der Software
vorhandene Sensoren, vorhandenes
Softwaresystem,
Erprobungsphase
3
Aufgaben des Roboters,
erforderliche Bauteile,
Funktionalität der Steuerung, Absprache
mit
anderen Gruppen
Projektplanung
4-6
Bau des Roboters
Gruppenarbeit
7 Umgang mit dem Lego
Einführung in die Programmierung
8-10
Programmierung des Roboters
Dokumentation des Programms
11-13
Test und Verbesserung
des Systems Fehler finden und reparieren
Ergebnis beobachten und verbessern
14
Kursinterne Vorstellung der Ergebnisse die
"Fachleute" diskutieren
Feedback
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 59
BEWERTUNGSKRITERIEN
Bewerten werden kann in einem Punktesystem von 0-10 Punkte. Wie in einer
schriftlichen Arbeit sollte man den Schülern die Kriterien und die Punktevergabe
vorher mitteilen. Bewertet werden können:
Problemlösung erarbeitet
- Systematik
- Effizienz/Ökonomie
- Kreativität
Die Konstruktion des Roboters
- Modularer Aufbau des Roboters
- Stabilität des Roboters, Zweckmäßigkeit
und Antrieb
Bewegung und Navigation
- Zeitsteuerung oder Rotationssensor
- selbstständiges Erkennen von markanten
Punkten
- Wendigkeit
Nutzung der Programmiersprache
- Übersichtlichkeit Programmieroberfläche
- Zweckmäßigkeit
- Kreativität
- Qualität
Teamgeist bei Gruppen oder
Partnerarbeit
- Kreativität
- Fairness
- Motivation
- Zielstrebigkeit
Kompromissfähigkeit bei Gruppen oder
Partnerarbeit
- Krisenbewältigung
- Fehlerkorrektur
- Anpassungsfähigkeit
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 60
BEISPIELE UND KOPIERVORLAGEN FÜR DEN INFORMATIK-UNTERRICHT
AB KLASSE 6 DER SEK. I.
Bauanleitung für ein einfaches Auto. Die Schüler lernen, dass ein Motor
auch ein Stromerzeuger ist.
Aufgabe: Baue folgendes Modell nach.
Schritt 1
Schritt 2
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 61
Schritt 3
Schritt 4
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 62
Schritt 5
Schritt 6
Aufgaben:
1. Versucht Zahnräder an dem Auto zu verwenden (oder vielleicht an der Kurbel) um die
Umdrehungsgeschwindigkeiten zu ändern und zu sehen, wie dieses die Geschwindigkeit
des Autos beeinflusst.
2. Versucht ein anderes Designs für das Auto zu finden
3. Mit jeder Umdrehung der Kurbel drehen sich auch die Räder. Aber diese Drehen nicht
gleich der Kurbel. Eine Umdrehung an der Kurbel ist ca. eine 2700 Drehung der Räder.
270/360 = 0.75 = 75% Leistungsfähigkeit. Kannst du die Leistung deines Generators
schätzen?
Bauanleitung für einen einfachen Bewegungsmelder. Die Schüler lernen den
Entfernungsmesser (Ultraschall) kennen
- Achtung! Mehrere Ultraschallsensoren in einem Raum können sich
gegenseitig beeinträchtigen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 63
Aufgabe: Baue folgendes Modell nach.
Schritt 1
Schritt 2
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 64
Schritt 3
Schritt 4
Aufgaben: 1. Untersucht die Reichweite des Ultraschallsensors. Tragt die
gemessenen Ergebnisse in eine Tabelle ein. Wenn eine Bewegung
"gemessen" wird, soll der Roboter einen Ton als Warnsignal erklingen lassen.
2. Schließt an Motorausgang 1 eine Lampe an. Verändert das Programm so, dass kein Ton mehr erklingt, sondern die Lampe aufleuchtet.
3. Tauscht den Ultraschallsensor gegen einen Geräuschsensor aus. Legt
eine Tabelle an und messt nun den Schall. Der Sensor misst den Schall
in db und dbA.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 65
PROGRAMMENTWICKLUNG
aus: Boles, Dietrich: Programmieren spielend gelernt: mit dem Java Hamster-Modell; Stuttgart; 1999
Ziel der Programmierung ist die Entwicklung von Programmen, die gegebenen Probleme korrekt und vollständig zu lösen.
Der Weg vom Problem zum Programm nennt man Programmieren. Die in der
Grafik gezeigten Phasen laufen nicht nach der Reihe ab, sondern können auch
auf Grund von Fehlern zurückspringen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 66
Das Problem ist in unserem Fall die Aufgabenstellung. Für die Schüler gilt es nun
die Aufgabe zu analysieren. Ist die Aufgabe exakt beschrieben und welches
Ergebnis wird erwartet?
Z.B. "Der Roboter soll einer weißen Linie folgen, darf dabei aber nicht rückwärts
fahren"....
Erst wenn die Fragestellung gelöst und die exakte Problembeschreibung vorliegt,
sollte zu einem Entwurf übergegangen werden. Die Lösung lässt sich gut im
Team mit Brainstorming erarbeiten.
Der Programmentwurf sollte erst schematisch/grafisch gemacht werden. Wichtig
ist es hier ein Problem in Teilprobleme zu zerlegen.
Bsp.: Start
Der Roboter soll gerade aus fahren
Wenn der Weg frei ist wenn der Weg nicht frei ist
Fahre 3 Sek. vor Rechts Umdrehen 900
usw.
In der Implementierung versucht man nun diesen Entwurf in einen
Programmcode umzusetzen. Also das Programm wird geschrieben, z.B. in einem
Editor, und anschließend kompiliert (Übersetzen einer Programmsprache in den
ausführbaren Maschinencode). Tritt kein Fehler im Programm auf kann nun zur
Testphase übergegangen werden.
In der Testphase wird nun überprüft, ob das entwickelte Programm die gestellte
Aufgabe vollständig löst. Treten Fehler auf kann es an dem geschriebenen
Programm liegen (Softwarefehler) oder an der Hardware (die Motoren sind nicht
gleich stark...). In dieser Phase wird man sehr oft zurückspringen müssen und
den Roboter an das Programm, der Aufgabe oder an der Umgebung anpassen.
Zweitens muss das Programm an den Roboter angepasst werden. Fehler sind
kein persönlicher Misserfolg sondern dienen der Optimierung von Programmen.
Aus Erfahrung kenne ich folgendes: Ein Fehler wurde gefunden. Der Roboter fuhr
immer zu sehr eine Rechtskurve und warf einen Gegenstand um den er
eigentlich einsammeln sollte. Nach der Korrektur des Programmfehlers fuhr er
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 67
nicht mehr diese Rechtskurve, sondern da hin, wo er gar nicht sollte. Der
eigentliche Fehler lag an dem zu schwachen Akku.
Damit möchte ich sagen: Ein Programm und ein Roboter muss immer erneut
getestet werden. Der Fehler liegt manchmal ganz woanders.
In der Dokumentation sollten alle Ergebnisse festgehalten werden. Dieses
geschieht oftmals im Programm selbst. Die Dokumentation ist wichtig, falls ein
Teammitglied zu einem wichtigen Zeitpunkt erkrankt und jemand anders
einspringen muss um den Roboter und das Programm zu bedienen. Ein weiteres
Tool für nachfolgende Schüler wird im nächsten Abschnitt "Lego Designer"
vorgestellt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 68
Unterrichten mit dem NXT und der grafischen Entwicklungsumgebung NXT-G.
Für den Einstieg in die Programmierung ist die grafische Entwicklungsumgebung, trotz einiger kleiner Schwächen, eine große Erleichterung. Hier stehen alle
logischen Strukturen als Elemente zur Verfügung und können mit der Maus in die
Anwendung via "Drag and Drop" eingearbeitet werden.
Mit dieser Software können auch Kinder programmieren, sobald sie lesen und schreiben können. Eigentlich alle Strukturen eines richtigen Programms tauchen
hier bereits auf und können recht intuitiv eingesetzt werden.
Das Handbuch ist eine aus der Praxis entstandene Konzeption zur Einführung in
das LEGO® MINDSTORMS® Education NXT System für Schüler und Lehrer.
LEGO
MINDSTORMS
EDUCATION
NXT
NXT-G 2.1
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 69
DIE SOFTWARE NXT-G 2.1 (2000080)
LEGO® Education und National Instruments haben die LEGO MINDSTORMS® Education NXT-Software gemeinsam entwickelt. Sie zeichnet sich durch eine
intuitiv zu bedienende "Drag and Drop"-Oberfläche und eine grafische
Programmierumgebung aus, die für den Anfänger verständlich ist und dennoch den Leistungsumfang bereithält, den Experten fordern. Die LEGO MINDSTORMS
Education NXT-Software ist eine optimierte Version der professionell genutzten
grafischen Programmiersoftware NI LabVIEW, die weltweit von Wissenschaftlern und Ingenieuren eingesetzt wird, um Produkte und Systeme zu entwickeln z. B.
zu testen, darunter bspw. MP3- und DVD-Player, Mobiltelefone, Airbag-Systeme usw.
SYSTEMANFORDERUNGEN MICROSOFT WINDOWS
• Intel Pentium-Prozessor oder kompatibel, mindestens 800 MHz • Windows XP Professional, Windows Vista oder Windows 7
• Mindestens 256 MB RAM • Bis zu 700 MB freier Festplattenspeicher
• XGA-Anzeige (1024x768)
• 1 freier USB-Port • CD-ROM-Laufwerk
• Kompatibler Bluetooth-Adapter (optional)*
APPLE MAC
• PowerPC G3-, G4-, G5-Prozessor, mindestens 600 MHz
• Apple MacOS X v 10.4, v 10.5 oder v 10.6 • Intel-Prozessor
• Mindestens 256 MB RAM
• Bis zu 700 MB freier Festplattenspeicher • XGA-Anzeige (1024x768)
• 1 freier USB-Port • DVD-Laufwerk
• Kompatibler Bluetooth-Adapter (optional)*
Die Programmierumgebung NXT-G v2.1 wurde in Zusammenarbeit mit National Instruments entwickelt und basiert auf der graphischen Programmiersprache
LabVIEW. Im Vorteil zu der ersten Version 1.0 bietet verbesserte Leistung und Geschwindigkeit, besonders für große Programmierungen. Neue
Komprimierungsmethoden geben 30kbit des Speichers frei und reduzieren die Daten der meisten Programm- und Soundfiles um 40%.
Das Software-Programmierungsmodul NXT-G unterstützt intelligentes Scrollen.
Windows Vista (32 and 64 Bit) und Intel-basierte Macintosh Systeme werden durch die neue Software voll unterstützt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 70
UNTERSCHIEDE ZUR SOFTWARE NXT-G 2.0
Die Version 2.1 ist ein "Update" zur 2.0. Die Versionen 2.0 und 2.1 sind
lauffähige Vollversion und keine Updates zu deren Vorgängern 1.0, bzw. 1.1.
Die LEGO MINDSTORMS Education Software 2.1 für den NXT-Baustein basiert
wie Version 1.1 auf LabVIEW von National Instruments. Jedoch erweitert mit der
Funktion Datenerfassung. Hierdurch können Daten und Messreihen in den Rechner gesammelt, analysiert und grafisch verarbeitet werden. Neu ist z.B.
auch die Schnittstelle zum Temperatursensor 9749.
Verschiedene Benutzeroberflächen ermöglichen den Einsatz für verschiedene Altersgruppen, ohne zu über- bzw. unterfordern. Die Education-Version der NXT-
Software bietet die Möglichkeit auch über den NXT bereits vorhandene Motoren und Sensoren der älteren RCX-Generation zu verwenden und zu programmieren.
Darüber hinaus können auch Lampen (12 V) angesteuert werden. Die Software gilt als Einzellizenz (Schullizenz/Standortlizenz 2000078 zus. erhältlich).
Integration von Programmblocks in der "Vollständigen Palette" zum Starten und Beenden einer Datenaufzeichnung.
Temperatursensor-Block in der Sensor-Palette Parallele Datenaufzeichnung mit bis zu vier Sensoren über USB und
Bluetooth/ On-und Offline. Insgesamt 39 Beispiele, wo die Blöcke erklärt werden.
Intuitive Prognose- und Analysewerkzeuge für Minima, Maxima,
Mittelwerte und Geradengleichungen Datenexport in MSEXCEL möglich
"On-Brick"-Messwerterfassung ohne Computer möglich In Verbindung mit dem Vernier Sensor Adapter und der LME Education
NXT Software können über 30 verschiedene, hochwertige Messsensoren
der Firma Vernier eingesetzt und ausgewertet werden. Tetrix Ansteuerung von Servos und DC Motoren möglich.
12 V Lampen ansteuerbar.
Energie-Display Block 9668 integriert
Quelle: www.nxt-in-der-schule.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 71
BENUTZEROBERFLÄCHE DER SOFTWARE
1. Die Werkzeugleiste: Hier findet man alle gängigen Befehle.
2. Mein Portal: Es kann durch klicken auf www.MindstormsEducation.com
zugegriffen werden. Dort findet man Tools, Downloads und Informationen (nur auf Englisch).
3. Robot Educator: Hier stehen die Bau- und Programmieranleitungen.
4. Arbeitsbereich: Der Bereich, wo die Programmierung stattfindet.
5. NXT-Fenster: Ein Pop-up Fenster (öffnet sich durch anklicken auf das NXT-
Symbol oben links im Controller (6).
6. Controller: Mit diesen Schaltflächen werden die Programme auf den NXT
geladen oder gesteuert.
7. Programmierpalette: Hier stehen sämtliche Programmierblöcke.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 72
8. Konfigurator: Jeder Programmblock kann hier auf die gewünschten
Eingangs- und Ausgangsinformationen abgestimmt werden, z.B. Sonsorwerte.
9. Kleines Hilfefenster: Direkte Hilfe (bei Bedarf).
10. Arbeitsbereich-Übersicht: Mit dieser Übersicht hat man einen besseren
Überblick über das erstellte Programm. Der erstellte "Programm-Code" kann hier
versetzt werden.
(6. Controller)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 73
Zuordnungsaufgabe Benutzeroberfläche der Software
Aufgabe: Du findest unter der Abbildung 10 Begriffe. Nummeriere die weißen
Sterne und ordne die Begriffe ihnen zu und schreibe deine Ergebnisse in die
Tabelle.
Arbeitsbereich, Mein Portal, Robot Educator, NXT-Fenster, Controller,
Konfiguration, Arbeitsbereich-Übersicht, Werkzeugleiste, Programmierpalette,
Kleines Hilfefenster
Nummer Begriff
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 74
BLUETOOTH
Bluetooth ist ein in den 1990er Jahren ursprünglich von Ericsson entwickelter
Industriestandard für die Funkvernetzung von Geräten über kurze Distanz.
Bluetooth bildet dabei die Schnittstelle, über die sowohl mobile Kleingeräte wie
Mobiltelefone und PDAs als auch Computer und Peripheriegeräte (wie in unserem
Fall der NXT) miteinander kommunizieren können. Hauptzweck von Bluetooth ist
das Ersetzen von Kabelverbindungen zwischen Geräten. Bluetooth ermöglicht
dem NXT-Stein mit allen Geräten die Bluetooth-fähig sind, kabellos zu
kommunizieren. Ausschließlich die neue MINDSTORMS Education Software wird
Dank Bluetooth in der Lage sein mit mehreren NXT-
Geräten gleichzeitig zu kommunizieren.
Ob Class I oder Class II ist ziemlich egal - auch wenn der
NXT nur Class II hergibt. Ansonsten Bluetooth Stack auf
dem PC installieren, Bluetooth-Stick in den USB Port stecken.
Der Abe USB Bluetooth Adapter ermöglicht eine kabellose Übertragung zwischen ihrem PC und dem NXT-Baustein über eine Entfernung von bis zu
10m. Der Dongle wird nur benötigt, wenn kein Bluetooth in den PC integriert ist.
Einstellen der Bluetoothverbindung:
Den BT-Dongle einfach am PC in den USB Anschluss stecken und
Windows sollte ihn von selbst erkennen (Windows XP/Vista). Nachdem Windows den BT-Dongle erkannt hat sollte in der
Taskbar
(unten rechts bei der Uhrzeit) ein BT-Symbol stehen. Wenn nicht, dann:
Start, Ausführen, bthprops.cpl eintippen (und OK klicken).
Dieses Fenster öffnet sich.
Hinzufügen anklicken. Es öffnet sich der Assistent zum Hinzufügen von Bluetooth-Geräten. Jetzt den NXT einschalten
(und im NXT-Menü BT einschalten!).
Ein Häkchen bei dem Eintrag "Gerät ist eingerichtet und kann erkannt werden" machen, dann auf weiter klicken. Nachdem das Bluetooth-Gerät erkannt wurde,
das Symbol vom NXT-BT anklicken (der Name des Bausteins erscheint). Nach der Auswahl öffnet erscheint eine neue Oberfläche. Hier bitte "Eigenen
Hauptschlüssel" wählen. 1234 eintippen
und weiter klicken. Der NXT sollte sich kurz akustisch bemerkbar machen da nun der "Passkey" bestätigt werden soll. Den Schlüssel am NXT eingeben (default
1234) und fertig ist die Bluetooth-Verbindung. Den Assistenten abschließen
durch drücken von "Fertigstellen". Auch das andere Fenster (siehe rechts) kann nun geschlossen werden. NXT Software starten und am Controller das "NXT
Fenster" anklicken (links oben). Suchen klicken und die Verbindung wird angezeigt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 75
DIE ERSTEN PROGRAMME
Für das erste Programm ziehen wir aus der allgemeinen Palette einen
Anzeige-Block
In der Konfiguration kann gewählt werden, ob ein Text, eine eigene Zeichnung
etc. erscheinen soll. Nehmen wir eine Abbildung.
Wenn das Symbol der Bombe erscheinen soll, so muss noch die Dauer
angegeben werden, wie lange die "Bombe" erscheinen soll. Dieses macht man
mit dem Warteblock bzw. Zeitblock.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 76
Die Zeit bitte auf 3 Sekunden einstellen. Nun wird das
Programm übertragen und gestartet. Das erste Programm ist
geschafft.
Hinweis:
Ein normaler Block verbraucht keine Zeit, der nächste Block
wird sofort aktiv wird, oder das Programm wird nach dem
letzten Block sofort beendet. Das Bild wird also auf das Display
gebracht und sofort danach ist das Programm zu Ende, wodurch das Display
wider gelöscht wird, wenn man keinen Zeitblock hinzufügt.
DAS ZWEITE PROGRAMM
Um eine Lampe anzuschließen benötigt man das Adapterkabel. Die Adapterkabel
ermöglichen das Anschließen von Sensoren, Motoren und Lampen der RCX-Generation an den NXT.
Das Lego Education Set enthält drei Adapterkabel mit jeweils 39cm Länge.
Verbindet eine Lampe an Port A mit dem Adapterkabel.
Erstellt ein Programm, das die Lampe 5 Sekunden leuchten soll.
Mit diesem Block kannst du eine Lampe ansteuern. Du benötigst einen Block, um
die Lampe anzuschalten, und einen weiteren, um die Lampe auszuschalten.
Der Warteblock hält den Roboter so lange in Warteposition, bis ein bestimmter Umstand
eintritt. Mit dem Schieberegler oder mit einem
Eingabewert kann man den Auslösepunkt festlegen. Das Programm läuft erst dann weiter,
wenn dieser Punkt unter- oder überschritten wird.
Aufgabe: Speicher das Programm unter Lampe.rbt ab und übertragt es.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 77
EINE EINFACHE AMPELANLAGE
Material: NXT Baustein, 3 Lampen,
Farbbausteine (rot, gelb, grün)
Aufgabe: 1. Erstelle eine Ampelschaltung wie in dem Bild unten links (Nur die
rote Lampe soll leuchten). Speichere dieses mit dem Namen
"Ampel.rbt" ab.
Eine normale europäische Lichtzeichenanlage steuert den Verkehr dabei mit Hilfe der drei Signalfarben Grün, Gelb und Rot. Zur Regelung des Verkehrs werden
diese Farben einzeln oder in Kombination angezeigt. Die Reihenfolge (auch
Signalfolge oder Farbbildfolge genannt) solch einer Lichtzeichenanlage ist dabei immer:
Grün: Der Verkehr ist freigegeben Gelb: Auf nächstes Signal warten
Rot: Keine Einfahrerlaubnis
Aufgabe: Erweitert das Programm "Ampel.rbt" und erstellt eine Ampelschaltung
Rot, Rot + gelb und grün. Die Lampen sollen jeweils 3 Sekunden leuchten.
Aus: www.wikipedia.org
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 78
VARIANTEN DER STANDARD-LICHTZEICHENANLAGE IN VERSCHIEDENEN
LÄNDERN
In einzelnen Ländern sind noch zusätzliche Farbkombinationen zugleich oder
hintereinander möglich:
Land Ampelphase
Bemerkung
Deutschland,
Großbritannien,
Österreich, Ungarn,
Schweiz, Polen,
Norwegen, Russland,
Rot-Gelb (gleichzeitig):
Zwischen rot und grün
(Siehe Bild rechts)
Achtung, gleich wird die
Erlaubnis zur Fahrt
gegeben
Schweden Grün-Gelb:
Achtung, es wird gleich
rot
Belgien, Dänemark,
Frankreich,
Griechenland, Irland,
Italien, Luxemburg,
Niederlanden, Australien,
Taiwan, Brasilien und
den Vereinigten Staaten.
Grün folgt direkt auf Rot -----
Vereinigte Staaten,
Südafrika, Taiwan
Rotes Blinklicht Stopp! Anhalten, dann
langsam weiterfahren,
wenn Kreuzung frei.
Österreich, Litauen, der
Türkei, Mexiko und Israel
Grünes Blinklicht am
Ende der Grünphase
Achtung, es wird gleich
gelb gezeigt
China Grünes Blinklicht am
Ende der Grünphase
Achtung, es wird gleich
rot gezeigt
Aufgabe: 2. Erstelle die verschiedenen Ampelschaltungen der
unterschiedlichen Länder. Speichere diese mit dem Namen z.B.
"Ampel_Dein_Land.rbt" ab.
3. Lasst jemanden erraten, aus welchem Land die Ampelschaltung
stammt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 79
SOUNDS UND KLÄNGE
Mit dem Klang-Block kann
man eine Klangdatei oder
Töne abspielen. Klangdateien
sind im *.rso Dateiformat
gespeichert. Es gibt einen
Konverter, um eigene Klänge zu erstellen.
Der Morsecode oder Morsekode ist ein Verfahren zur Übermittlung von
Buchstaben und Zeichen. Dabei wird ein konstantes Signal ein- oder
ausgeschaltet.
Der Code verwendet drei Symbole, die Punkt (·), Strich (−) und Pause ( ) genannt werden, gesprochen als Dit, Dah und "Schweigen". Genauer gilt
Folgendes:
Ein Dah ist üblicherweise dreimal so lang wie ein Dit.
Die Pause zwischen zwei gesendeten Symbolen ist ein Dit lang.
Zwischen Buchstaben in einem Wort wird eine Pause von Dah eingeschoben.
Die Pause zwischen Wörtern beträgt sieben Dits.
−− −−− ·−· ··· · / −·−· −−− −·· ·
M O R S E (space) C O D E
Lateinische Buchstaben Buchstabe im Code
A · — J · — — — S · · ·
B — · · · K — · — T —
C — · — · L · — · · U · · —
D — · · M — — V · · · —
E · N — · W · — —
F · · — · O — — — X — · · —
G — — · P · — — · Y — · — —
H · · · · Q — — · — Z — — · ·
I · · R · — ·
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 80
Aufgabe:
1. Erstelle ein neues Programm. Speichere dieses mit dem Namen
"morsen.rbt" ab.
2. Programmiert SOS.
3. 2. Was bedeutet: · — · · · — — · — — — / — · — · · — — ?
________________________________________________
Für die nächsten Aufgaben brauchst du einen einfachen Roboter mit 2 Motoren
an Ausgang A und C.
Bauanleitungen findest du im Lego Educator.
Beispiel :
Bauanleitungen vom Lego Designer 2.3 : http://ldd.lego.com/download
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 81
MOTOREN
NXT verfügt über drei Motorausgänge mit den Bezeichnungen A, B und C.
In der Konfiguration wählt man die Ausgänge (Ports), die Richtung, Lenkung, Leistung, Dauer und die nächste Aktion aus.
In dem oberen Beispiel läuft Motor an Port A 2 Sekunden vorwärts, dann 2 Sekunden rückwärts (Motor an Port C soll ebenfalls 2 Sekunden rückwärts
drehen).
Eine andere Möglichkeit ist Die beiden Motorblöcke aus der Vollständigen Palette
zu nehmen und dort aus der Leiste Aktion einzufügen. Ein Motorblock kann immer nur einen Block zurzeit ansteuern. In den Eigenschaften stellt man unter
Dauer für beide Motoren Unbegrenzt ein.
Damit die Bewegung kontrollierbar wird muss nun noch ein Warten-Block aus der Vollständigen Palette unter Warten eingefügt werden. Dort gibt es kein Icon
direkt für den Drehsensor, wohl aber ein Warten-Icon. Bei diesem Icon muss man unter Sensor noch den Drehsensor auswählen. Jeder Motor verfügt über
einen eingebauten Rotationssensor (Drehsensor), der über den normalen
Motoranschluss abgefragt wird. Für eine genauere Kontrolle, z.B. bei Drehungen, sind die Rotationssensor unverzichtbar.
Motor-Block aus der Vollständigen Palette Warten-Block
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 82
Das Rotationssignal
beinhaltet zwei Werte:
1. die Drehrichtung des
Motors
2. die Anzahl der Drehimpulse.
Der NXT-Baustein erhält 360 Drehimpulse. Das
entspricht 3600 für eine
Umdrehung.
Die Motoren drehen sich also solange, bis sie einen bestimmten Drehwinkel erreicht haben.
Soll der Roboter aber ein Quadrat fahren, so kann man sich mit Hilfe der Schleife
einige Blöcke sparen, da der Roboter nur 2
Bewegungen wiederholt. Im vorletzten Block der
allgemeinen Palette befindet sich der Schleife-
Block. Die beiden Bewegungs-Blöcke müssen
dann markiert und mit der Maus in den Schleife-
Block hineingeschoben werden.
Da der Roboter erst gerade aus fährt, dann eine
Rechtskurve macht, muss er dieses 4x
ausführen um ein Quadrat zu fahren. (Schleife
4x)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 83
AUFGABEN ZUR BEWEGUNG
Für alle Aufgaben gilt: speichert alle Programme unter einen sinnvollen Namen
ab!
1. Der Roboter soll 3 s vorwärts fahren und dann stehen bleiben.
2. Der Roboter soll 4 Umdrehungen vorwärts fahren und dann wieder zum Start zurück und stehen bleiben.
3. Wie 2. – nur soll der Roboter zwischen vorwärts und rückwärts fahren 1,5
s stehen bleiben.
4. Im Display soll für 3 Sekunden der Text "Jetzt geht´s los" erscheinen.
5. Der Roboter soll 3 s vorwärts fahren, dann eine ~90° Rechtskurve fahren
und dann wieder Umdrehung gerade aus fahren und dann stehen bleiben.
6. Der Roboter soll einen Kreis fahren. (Erst einen großen, dann einen
kleinen)
7. Der Roboter soll ein Quadrat fahren. Dann soll er ein Rechteck fahren
8. Erst soll Nr. 4 (Display) ausgeführt werden, dann soll eine Lampe aufleuchten bevor der Roboter startet und der Roboter soll eine Kurve mit
großem Radius fahren. Nun soll wieder eine Lampe für 2 Sekunden
aufleuchten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 84
LÖSUNGEN AUFGABEN SEITE 84
1. Der Roboter soll 3 s vorwärts fahren und dann
stehen bleiben.
2. Der Roboter soll 4
Umdrehungen vorwärts fahren und dann wieder
zum Start zurück und
stehen bleiben.
3. Wie 2. – nur soll der
Roboter zwischen vorwärts
und rückwärts fahren 1,5 s stehen bleiben.
4. Im Display soll für 3
Sekunden der Text "Jetzt geht´s los" erscheinen.
5. Der Roboter soll 3 s
vorwärts fahren, dann eine ~90° Rechtskurve
fahren und dann wieder
Umdrehung geradeaus fahren und dann stehen
bleiben.
6. Der Roboter soll einen
Kreis fahren. (Erst einen
großen, dann einen
kleinen)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 85
7. Der Roboter soll ein Quadrat fahren. Dann soll er ein Rechteck fahren
8. Erst soll Nr. 4 (Display) ausgeführt werden, dann soll eine Lampe aufleuchten
bevor der Roboter startet und der Roboter soll eine Kurve mit großem Radius
fahren. Nun soll wieder eine Lampe für 2 Sekunden aufleuchten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 86
DURCHMESSER, RADIUS UND UMFANG
Radius, Durchmesser und Umdrehung. Diese drei Faktoren sind sehr wichtig in
der Robotik. Soll ein Roboter besonders schnell fahren oder soll er eine Strecke
mit Hindernissen (Unebenheiten auf dem Boden) meistern, ist es ein Fahrzeug
für draußen (Off-Road)?
Als Radius (von lat. radius; "Strahl") (deutsch: Halbmesser) bezeichnet man in
der Geometrie den Abstand zwischen dem Mittelpunkt M eines Kreises und der
Kreislinie.
Der Radius r entspricht dem halben Durchmesser d. Zum Kreisumfang U verhält
sich der Radius wie folgt: .
Bei dem NXT Rad ist
das:
Der Durchmesser (griech. Diameter) ist die Entfernung zwischen den
Schnittpunkten eines Kreises mit einer Geraden, die dessen Mittelpunkt
schneidet.
Der Umfang ist die Strecke, die das Rad bei einer Umdrehung zurücklegt. Den
Umfang errechnet man mit der Formel:
// Der Durchmesser x Pi = der Umfang
Pi (π) ist eine mathematische Konstante, eine Kreiszahl mit dem unendlichen
Wert:
3,14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209
74944 59230 78164 06286 20899 86280 34825 34211 70679 …
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 87
Der Umfang des Rades bzw. Reifen bedeutet abgewickelt auf die Straße den
zurückgelegten Weg.
Bsp.: Ein Legorad mit einem Durchmesser von 3,18 cm hat einen Umfang von
9,99 cm.
Nach einer Umdrehung hat das Rad also 9,99 cm zurückgelegt. Jetzt ein paar
Aufgaben zum Üben. Die richtige Radgrößenwahl kann manchmal einen
Wettbewerb entscheiden!
Aufgaben:
1. Du hast diesen Roboter: Der
Durchmesser des Rades beträgt 5,5 cm.
Wie weit ist der Roboter gefahren, wenn
sich das Rad 8-mal gedreht hat?
________________________ cm
2. Du bereitest dich auf einen Wettkampf vor. Die Aufgabe lautet: Der Roboter
soll eine Strecke von 10 m so schnell es geht fahren. Du hast 4 Räder mit
folgenden Durchmessern zur Auswahl:
2,86 cm , 3,18 cm , 5,5 cm und 7,94 cm.
Wie viele Umdrehungen muss dein gewähltes Rad machen?
Erstelle eine Tabelle in der du die Umdrehungen vergleichen kannst.
Durchmesser Formel Umdrehungen
2,86 cm __________ . π = __________________
3,18 cm
5,5 cm
7,94 cm
Wenn der Roboter eine bestimmte Streckenlänge fahren soll, er das aber nicht
exakt so macht, kann es verschiedene Gründe dafür geben. Manchmal hängt es
vom Antrieb deines Roboters, dem Ladezustand der Batterien oder des Akku und von der Art der Oberfläche ab, auf welcher der Roboter läuft. Hier hilft es den
Durchschnitt zu errechnen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 88
Aufgabe:
1. Nimm deinen Roboter und lasse ihn 3 Mal drei Sekunden vorwärts fahren.
Markiere mit Kreide einen Punkt auf
den Reifen und zähle die exakten
Umdrehungen.
Was stellst du fest?
Berechne nun den Durchschnitt.
Ergebnis 1 + Ergebnis 2 + Ergebnis 3
3
d= 5,5 cm
Der Roboter legt in 3 Sekunden im Durchschnitt eine Strecke von
____________ cm zurück.
SENSOREN BLÖCKE
Neu in 2.1 ist die Einbindung verschiedener Sensoren.
1. Reihe v.l.n.r.: Berührungs-, Klang-, Licht-, Ultraschall-, NXT Tasten,
Drehsensor und Timer, Nachricht
2. Reihe : Temperatur-, Farbsensor, Energiezähler Eingang und Ausgang,
Neuer Farbsensor, Kompass-, EOPD-, Gyrosensor
3. Reihe : IR Seeker, Touch Mux
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 89
SENSOREN – ULTRASCHALLSENSOR
Delphine benötigen ihn zur Navigation, Kommunikation,
Lokalisierung von Fischen, Fledermäuse zur Navigation und Lokalisierung von Beutetieren. Der Ultraschallsensor.
Mit Ultraschall (US) bezeichnet man Schall mit Frequenzen, die oberhalb des vom Menschen wahrgenommenen Bereiches liegen. Das umfasst Frequenzen
zwischen etwa 20 kHz und 1...10 GHz. Der Vorteil eines Ultraschallsensors
besteht darin, dass diese Sensoren ohne eine Abtastung des zu vermessenden Objektes materialunabhängig funktionieren. Der Ultraschallsensor ist der einzige
digitale Sensor, er besitzt einen integrierten Mikrocontroller, der alle Ultraschallmesswerte zum NXT-Baustein per I2C-Kommunikation sendet.
(www.wikipedia.org)
Wie funktioniert das?
Der Ultraschallsensor eruiert den Abstand zu Gegenständen, indem er 12 Signalstöße bei 40 kHz aussendet und dann die Zeit misst, bis er eine Reflektion
des ausgesandten Signals empfängt. Die Zeit zwischen der Emission und dem
Empfangen des reflektierten Stoßes ist proportional zum Abstand zwischen Objekt und Sensor. Der messbare Distanzbereich liegt
zwischen 0 cm und 255 cm und kann daher durch ein
einziges Byte kodiert werden. Der Ultraschallsender benötigt die gelieferten 9 Volt, daher nimmt die
Messgenauigkeit mit abnehmender Batteriespannung ab.
Aufgaben:
1. Erkläre wie Ultraschall funktioniert. Nenne Beispiele in der Anwendung bei Menschen und suche im Internet nach Beispielen aus der Tierwelt.
2. Erkläre was das folgende Programm macht. Schreibe das Program
ab und übertrage es auf deinen Roboter. Achte darauf, dass der Sensor und die Motoren am richtigen Ausgang/Eingang
angeschlossen sind.
3. Der Roboter soll bis zu einem Hindernis fahren und sofort stehen bleiben.
4. Schreibe nun ein Programm für eine Alarmanlage. Sobald ein Hindernis in 25 cm Nähe des Sensors kommt, soll ein lautes Signal ertönen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 90
SENSOREN – LICHTSENSOR
Der Lichtsensor ist ein analoger Sensor. Die Empfindlichkeit des Sensors ist bei frontalem Lichteinfall
und bei Licht mit verhältnismäßig langer Wellenlänge (rotes
und infrarotes Licht) am größten. Je größer der Winkel des Lichteinfalls, desto schlechter wird das Licht vom Sensor
detektiert.
Der Lichtsensor erkennt keine Farben, kann diese aber "erahnen".
Das sehen wir: das sieht der Sensor:
Er misst die Helligkeit im Bereich von 0 bis 100%.
Wir benötigen auch die Testauflage mit der schwarzen Linie, die
mit dem NXT Satz ausgeliefert wird und einen Roboter mit
Lichtsensor. Dieser sollte möglichst nah über den Boden
angebracht werden. Das Grundprinzip der "Linie folgen" ist, dass
der Roboter versucht, auf dem Rand der schwarzen Linie zu
bleiben und sich von der hellen Umgebung abwendet. Der Roboter soll also von
vornherein einen Linksbogen fahren. Wenn der Sensor dann Weiß sieht muss der
Roboter einen Rechtsbogen fahren, bis er wieder Schwarz sieht, worauf er dann
erneut den Linksbogen fährt. Die Zahl, die als Grenze zwischen Hell und Dunkel
zu nehmen ist hängt von den Randbedingungen ab, wie z.B. der Helligkeit im
Raum. Man muss sie ausprobieren, dazu klickt man einen der Warteblöcke an
und setzt den eingeschalteten Roboter auf den Untergrund.
Aufgabe: 1. Schreibe ein Programm wobei der Roboter einer schwarzen Linie
folgt, aber gegen den Uhrzeigersinn fährt.
2. Baue einen Roboter, der sich nur innerhalb eines mit dunklen
Rand begrenzten Feldes bewegt.
3. Schreibe ein Programm, welches verhindert dass dein Roboter
über die Tischkante hinausfährt und damit vom Tisch fällt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 91
4. Der Roboter soll bis zu einer schwarzen Linie fahren und
anschließend einen Ton abgeben.
SENSOREN – TASTSENSOR
Der Tastsensor ist der einfachste Sensor. Bei Nichtbetätigung ist der Widerstand,
wie bei einem Schalter, unendlich groß. Bei Betätigung hingegen ist der
Widerstand ca. 500W groß. Durch die veränderten Widerstandswerte kann der NXT
feststellen, ob ein Gegenstand berührt wurde oder nicht. Der
Tastsensor wird analog
betrieben. Dieser passive Sensor hat
eine sehr geringe
Stromaufnahme.
(Einstellungen: Druck, Freigabe, Stoß)
Der Tastsensor des NXT erkennt nur zwischen 2 Zuständen.
0 = nicht gedrückt 1 = gedrückt
Aufgabe: Schließe den Tastsensor an Port 3. Der Roboter soll so lange
geradeaus fahren, bis er gegen ein Hindernis stößt. Versuche das
Programm zu erarbeiten, indem du den Text unten durcharbeitest.
- Schreibe ein neues Programm.
- Speichere es unter dem Namen "tastsensor.rbt" ab.
- Definiere den Sensortyp an Port 3.
- Der Roboter soll nun vorwärts fahren, so lange bis der Taster gedrückt
wird.
- Die Bedingung ist, das der Wert des Sensors = 1sein muss. Das bedeutet,
dass der Sensor gedrückt wurde. Wird der Sensor nicht gedrückt ist der
Wert = 0. Trifft der Roboter auf einen Gegenstand und der Tastsensor
wird gedrückt, die Bedingung wird also wahr, wird das Programm
fortgesetzt und der Roboter soll stoppen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 92
Aufgaben:
1. Der Roboter soll genau beim Hindernis stehen bleiben und einen Ton von
sich geben.
2. Der Roboter soll nach drücken des Tastsensors 5 Sekunden lang vorwärts fahren.
3. Der Roboter soll nach drücken des Tastsensors eine Melodie abspielen.
SENSOREN – GERÄUSCHSENSOR
Der Geräuschsensor, Tonsensor oder Soundsensor ist dem Lichtsensor in der Handhabung sehr ähnlich.
Dieser analoge Sensor misst Schalldruck entweder in dB oder in dBA.
Es können Werte im Bereich von 55 dB bis 90 dB gemessen werden. 90 db haben Autohupen oder sind LKW-
Fahrgeräusche. Dieser Sensor kann also nur hören wie laut
etwas ist.
Der Zusatz A gibt an, dass die unterschiedlichen Tonfrequenzen ähnlich dem
menschlichen Hörempfinden unterschiedlich bewertet werden, d.h. mittlere Frequenzen (Spitze
bei 2 kHz) werden stärker berücksichtigt. Der allgemeine Frequenzbereich reicht von 20 Hz bis
18 kHz.
Schalldruckpegel sind extrem schwierig zu
messen, also werden die Sensor-Messwerte auf dem MINDSTORMS NXT in Prozent angezeigt [%].
• 4-5% ist wie ein leises Wohnzimmer
• 5-10% Menschen die in einem Abstand miteinander sprechen • 10-30% ist normales Gespräch - nah an dem Sensor - oder Musik, die mit
einer "normalen" Zimmerlautstärke gespielt wird
• 30-100% ist das Schreien von Menschen oder Musik, die mit hoher Lautstärke gespielt wird.
Aufgaben: 1. Versuche den Roboter an der schwarzen Linie auf Zuruf zum
Stehen zu bringen.
2. Lasse den Roboter im Kreis fahren. Wenn geklatscht wird soll er
stoppen.
3. Schreibe ein Programm wobei der Roboter 5 Sekunden lang vorwärts fahren soll, wenn ein Mal laut geklatscht wird.
Bauidee: Nachtlicht mit Geräuschsensor
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 93
Zusatzaufgabe: Entwickelt ein Nachtlicht mit Geräuschsensor. Wenn das Baby
anfängt zu
weinen, schaltet sich das Licht ein und nach ca. 4 Min. wieder aus.
Zur Information - Anwendungsbeispiele:
Ein sog. Klatschschalter ist ein Schalter der auf Geräusche reagiert und mit dem
man z. B. durch ein- oder zweimaliges Händeklatschen einen Verbraucher, wie
z. B. die Beleuchtung ein- und ausschalten kann.
Polizei und Militär in den USA gehen zum Lauschangriff über: Sie entwickeln
Geräuschsensoren, die Pistolenschüsse oder Gewehrfeuer automatisch orten
können. Die Technik ist noch nicht ausgereift, hat aber schon zu
Fahndungserfolgen geführt. (www.spiegelonline.de)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 94
SENSOREN - FARBSENSOR
Die NXT Color Sensor arbeitet mit drei verschiedenen Farb-Licht emittierenden
Dioden (LED) zur Beleuchtung der Oberfläche und misst die Intensität der
einzelnen Farben die sich auf der Oberfläche spiegeln. Mit der relativen Intensität
der Reflexion jeder Farbe, berechnet der Farbsensor eine Zahl (siehe Bild Mitte).
Die Farb-Anzahl wird berechnet, indem der Sensor die Werte etwa 100-mal pro
Sekunde aktualisiert.
Um mit dem Sensor zu arbeiten, muss der Block von der Internetseite
www.hitechnic.com (Downloads - * zip Datei) heruntergeladen werden und in
der NXT Software unter Werkzeuge/Assistent Block-Import und -Export
importiert werden (siehe Seite 27).
Wenn der Farb-Sensor-Block nicht verfügbar ist, kann man auch den Standard-
Ultraschall-Block nehmen. Bei Verwendung des
Ultraschall-Blocks muss die Einstellung Zentimeter-
Modus genommen werden.
So testet man den neuen Sensor: Sensor in den
Port 2 Ihres NXT stecken und Ansicht> Ultraschall
cm> Port 2 wählen. Nun positioniert man den
Sensor ca. 1 / 4 "(6mm) vor einer farbigen
Oberfläche. Eine Farbenzahl im Bereich von 0 - 17
wird angezeigt. Wenn man den Sensor über
verschiedene farbige Flächen bewegt, ändern sich
die Werte. (0 wird als ?????? in
View-Modus dargestellt.)
0 ist Schwarz und 17 ist Weiß.
Farbsensor-Block
Aufgabe:
1. Der Roboter fährt über schwarze und rote Linien, bei einer roten Linie gibt er den Sound !Applaus, bei einer schwarzen
Linie den Sound !Error 02 ab.
2. Besorgt euch drei verschiedene Pappen in verschiedenen
Farben (Kunstunterricht). Legt die Pappen (z.B. rot, gelb, blau) mit einem Abstand auf den Tisch Der Roboter soll nun die rote
Pappe finden.
Dazu müßt ihr ihn suchen lassen. Wenn er die
rote Pappe gefunden hat, soll
er stoppen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 95
SENSOREN – TEMPERATURSENSOR
EIN AUTOMATISCHER FEUERMELDER
Früher wohnten Wächter auf hohen Türmen in den
Städten, die ein entstehendes Feuer durch ein
Hornsignal zu melden hatten. Feuermelder in unserer Zeit sehen anders aus.
Öffentliche Feuermelder sind der Öffentlichkeit zugänglich und werden von Hand ausgelöst.
Beim Betätigen des Feuermelders wird sofort Alarm
gegeben; zugleich läuft eine Kontaktscheibe ab und gibt in der Meldezentrale den Standort an, von dem die
Meldung kommt. Dennoch kommt es vor, dass die
Feuerwehr zu spät an die Brandstelle gelangt.
Deshalb hat man automatische Feuermelder gebaut, die bei jeder gefährlichen Temperaturerhöhung in
einem Raum, auf einem Schiff, in einem Bergwerk etc.
selbständig Alarm geben, ja sogar von sich aus die Brandbekämpfung einleiten.
Aufgaben:
1. Konstruiere einen Feuermelder mit dem NXT.
2. Schreibt ein Programm, wobei bei einer Temperaturerhöhung ein Signalton
und eine Lampe leuchten sollen (Alarm).
Tipp: Als Feuerstelle kannst du ein Teelicht nehmen.
Für Fortgeschrittene:
3. Entwerfe eine Löschvorrichtung und versuche die Kerze zu löschen
(Ventilator, oder Hydraulikpumpe – Wasser)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 96
SENSOREN – INFRAROT SEEKER
Wer am Robocup-Junior - Roboterfußball -
teilnehmen möchte, der braucht z.Zt. noch den Infrarot-Sucher, da der "Fußball" Infrarotstrahlen
sendet. Der HiTechnic-Infrarotdetektor ermöglicht das Registrieren und Orten von Infrarot-Lichtquellen.
Auch dieser Sensor-Block kann von der Internetseite
von www.hitechnic.com heruntergeladen werden und
muss noch importiert werden.
Wie bei den anderen Sensoren von HiTechnic kann dieser
Sensor auch mit dem Ultraschall-Block gesteuert werden.
Um den IR "Seeker" zu testen, steckt man den Anschluss
in Port 1 und wählt auf dem NXT Baustein "View",
Ultraconic cm, Port 1. Wenn man den Infrarotsensor
bewegt, ändern sich die Werte auf dem Display von 1-9.
Auf der Grafik sieht man, welcher Bereich welchen Wert
hat. 0 heißt, dass der Sensor kein Signal empfängt. Der Sensor kann diese
empfangen. Vorsicht: Sonnenlicht beeinflusst die Werte.
Das heißt, wenn der Roboter in Richtung 5 fährt und ein IR-Ball von 1 Uhr auf
dich zurollt, sollte im Display (View) eine 6 erscheinen. Der Sensor erweist sich
nach einiger Zeit aber als ungenau.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 97
BLÖCKE IMPORTIEREN
Um Blöcke zu importieren, diese erst von der entsprechenden Internetseite
downloaden. Oft stehen die Blöcke als *.zip Datei zur Verfügung. Die Datei
entpacken. Dann unter Werkzeuge den Assistent Block-Import und Export....
wählen. Es öffnet sich dieses Fenster:
Tetrix Blöcke
Die Version 2.1 hat die Servo- und Motoren Blöcke vom Tetrix System bereits
integriert.
Das Hilfemenu ist hier allerdings in englischer Sprache.
Die Datei suchen (Durchsuchen) – in
diesem Beispiel der Farbsensor.
Auswählen zu welcher Palette der
Sensor hinzugefügt werden soll
(Sensor) und importieren klicken
(nicht im Bild). Fertig!
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 98
WENN - DANN (IF-THEN) BEDINGUNG
Eine Bedingte Anweisung ist in der Programmierung ein Programmabschnitt,
der nur unter einer bestimmten Bedingung ausgeführt wird. Eine Verzweigung legt fest, welcher von zwei (oder mehr) Programmabschnitten, abhängig von
einer (oder mehreren) Bedingungen, ausgeführt wird.
Bedingte Anweisungen und Verzweigungen bilden, zusammen mit den Schleifen,
die Kontrollstrukturen der Programmiersprachen. Sie gehören zu den wichtigsten
Bestandteilen der Programmierung, da durch sie ein Programm auf unterschiedliche Zustände und Eingaben reagieren kann.
Zum Beispiel: WENN der Temperatursensor den WERT X (z.B. Temperatur <25) ermittelt soll
der Roboter etwas machen. Was er machen und nicht machen soll, wird in die Bedingung gesetzt. Ist die Temperatur höher, macht er etwas anderes.
WENN der Temperatursensor den WERT X (z.B.
Temperatur <25) ermittelt macht der Roboter etwas
ODER der Lichtsensor hat den WERT X (z.B. Helligkeit
>50) ermittelt, dann soll er etwas anderes machen. Ebenso umgekehrt. Wenn der Temperatursensor den
WERT X (z.B. Temperatur >25) ermittelt macht der
Roboter etwas ODER der Lichtsensor hat den WERT X (z.B. Helligkeit <50) ermittelt, dann soll er etwas anderes
machen.
Aufgaben:
1. Der Roboter soll vorwärts fahren, wenn der Tastsensor gedrückt wird soll er rückwärts fahren.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 99
2. Baue einen kleinen Hindernis Parcours auf. Stößt der Roboter an ein
Hindernis, gibt er einen Ton ab und fährt rückwärts, dreht um 45 Grad nach links und fährt weiter.
3. Der Roboter überprüft den Tastsensor. Ist der Tastsensor bei "Start"
gedrückt, erscheint "Danke für das drücken" am Display, sonst erscheint "Drück
mich" am Display.
4. Der Roboter soll einer schwarzen Linie nachfahren
SCHLEIFEN
Eine Schleife ist eine Kontrollstruktur in Programmiersprachen. Sie wiederholt
eine Befehlsfolge – den so genannten Schleifenrumpf oder Schleifenkörper – so lange, wie eine Laufbedingung gültig ist oder bis eine Abbruchbedingung (stopp)
eintritt. Dies geschieht z.B. bis ein bestimmter Wert erreicht ist (Zähl-Schleife)
oder eine Bedingung erfüllt ist. Schleifen, deren Laufbedingung immer erfüllt ist oder die ihre
Abbruchbedingung niemals erreichen, und
Schleifen, die keine Abbruchbedingungen haben, sind Endlosschleifen.
In der Konfiguration kann man die verschiedenen
Arten der Schleifen auswählen: Endlosschleife,
Sensorschleife, Zeitschleife, Zählschleife und Logiksignal.
Aufgaben: 1. Der Roboter soll ein gleichmäßiges Rechteck fahren. Ändere das Programm so
ab, dass er immer in einem anderen Muster fährt. Befestige einen Filzstift an den NXT und lass deine Figur vom Roboter aufzeichnen.
2. Der Roboter soll bis zum bis zum Hindernis fahren. Er soll alle 2 s einen Ton abgeben, solange, bis das Hindernis weggeräumt wurde und anschließend
weiterfahren. 3. Zeichne auf ein großes Stück Pappe 5 schwarze Linien mit einem "Edding".
Der Roboter soll an der 2. schwarzen Linie stehen bleiben. Übt mit dem Programm. Der Roboter soll mal an der 3., an der 4. etc. Linie stehen bleiben.
4. Baue eine Art "Fernbedienung" für deinen NXT. Die Fernbedienung besteht aus 2
Tastsensoren, die mit langen Kabeln mit dem Roboter verbunden sind. Sind
beide gedrückt, fährt er vorwärts, ist der Linke gedrückt, fährt er links, ist der Rechte gedrückt, fährt er rechts. Wird kein Sensor gedrückt, bleibt er stehen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 100
MULTITASKING
Der Begriff Multitasking bzw.
Mehrprozessbetrieb bezeichnet die Fähigkeit mehrere Aufgaben (Tasks) nebenläufig
auszuführen. Dabei werden die verschiedenen
Prozesse in so kurzen Abständen immer abwechselnd aktiviert, dass der Eindruck der
Gleichzeitigkeit entsteht.
Aufgabe: 1. Baue die Kandidaten "Bumper" für eine
Quizsendung: 3 Kandidaten bekommen eine Frage gestellt. Wer sie beantworten kann,
drückt seinen Knopf. Bei ihm
brennt eine Lampe und die anderen Kandidaten werden "gesperrt". (Diese super Idee stammt von Heiko Kromp, Robis)
VARIABLEN
Was sind Variablen?
Mit Variablen kann man einen Text, Zahlen oder Logik schreiben und lesen um
sie an verschiedenen Programmteilen nutzen zu können. Variablen müssen definiert werden. Nach Ende des Programms werden die Variablen mit den
Inhalten gelöscht. In dem NXT-G Block Variable kann man Werte speichern und in einem anderen
Teil des Programms wieder abfragen.
Im Menü "Bearbeiten" kannst man unter der Funktion "Variable definieren" eine
Variable anlegen und benennen.
Besser ist es sinnvolle Namen (anders als in diesem Beispiel) zu wählen, das erleichtert das Lesen und Suchen von Fehlern. Die drei Variablen Logik 1, Zahl 1
und Text 1 sind vordefiniert und immer vorhanden. Anschließend kann der Variablen-Block in das Programm gezogen werden und der Name der Variable aus der Liste gewählt werden. Hier legt man nun fest, ob die Variable gelesen
oder geschrieben werden soll. Es gibt 3 Arten von Variablen: Logik (ja oder nein), Text (Ausgabe auf den NXT Display) , Zahl.
Weiterführender Hinweis unter: http://www.debacher.de/wiki/NXT-G
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 101
Aufgaben:
1. Der Roboter soll zählen, wie oft der Tastsensor gedrückt wurde. 2. Der Roboter soll langsam beschleunigen.
3. Der Roboter soll anfahren und abbremsen.
9688 LEGO EDUCATION ENERGIE SET MIT LEGO MINDSTORMS NXT
Im Sommer 2010 erschien das neue 9688 LEGO Energie Ergänzungsset. Das
neue Set, bestehet aus Solarmodul, Energie-Meter, E-Motor in Verbindung mit
9797 LEGO MINDSTORMS NXT. Der Einsatz von Körperkraft, Sonne, Wind und
Wasser zur Gewinnung von Strom steht im Mittelpunkt der Experimente. Baue zu
zweit selbst ein Solarfahrzeug oder Windgenerator und mache Übungen zur
Energieversorgung, - transport, -speicherung, - umwandlung und/oder -
verbrauch
Der Energiezähler ist ein großes Plus für den NXT. Ein NXT ist nicht unbedingt erforderlich um es zu bedienen. Wenn auch etwas schwerfällig in der Größe, ist
der Energiezähler doch ganz leicht.
Die Batterie (Akku) kann direkt von dem Solarmodul, mit einer Standard-
Batterie PF (Batterie oder Akku) oder, falls der Mindstorms NXT eingesetzt wird,
über Kabel geladen werden bzw. mit Strom versorgt werden.
Ein einfaches Programm:
Ein Motor A, Leistung 100, unendlich drehend und eine Schleife. In dieser schleife der Lebenserhaltungsblock.
Dieser Block verhindert, dass der NXT in den
Schlafmodus wechselt. Verwende diesen Block, wenn dein Programm längere Wartezeiten erfordert, als die
im NXT eingestellte Zeit bis zur Aktivierung des Schlafmodus. (Dieses Zeitintervall wird im Menü des NXT konfiguriert.)
Der neue E-Motor im Set hat keine internen
Reduktoren und ist mit seiner Leistungsfähigkeit gut
geeignet um mit dem Soloarmodul verbunden zu werden.
Foto: www.electrckbricks.com
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 102
Das Experiment zeigt, ob die Sonnenenergie ausreicht, um einen Motor
anzutreiben. Mit dem Energiedisplay kann diese Energie nun gespeichert werden. Dank der gespeicherten Energie kann auch bei verdunkeltem Sonnenlicht die
gleiche Leistung an den Motor weitergegeben werden.
In Verbindung mit dem NXT kann so ein Solarstrom-Generator gebaut werden,
der sich automatisch anpassen und seine Position, um mehr Effizienz zu haben,
ausrichten kann.
Ein Solar Auto oder ein Windenergiegenerator.
ENERGIEZÄHLER EINGANG
Mithilfe dieses Blocks können eingehende Daten des LEGO
Energiezählers ausgelesen werden. Der Block kann folgende
Parameter des Energiezählers auslesen: Eingangsspannung (V), Eingangsstrom (A), Eingangswattleistung (W) und Joule (J).
Der Ausgang ist umgekehrt.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 103
DAS GESTEUERTE ENERGIEHAUS – EIN GRUPPENPROJEKT
Um mit dem Energie Set, dem NXT und Lego Mindstorms-Sensoren ein ganzes
Haus zu regeln, benötigt man ein schönes Spielehaus. Das Playmobil-Haus
eignet sich darum, da es sehr groß und von einer Seite offen ist. Dieses Haus
kann nun mit verschiedenen Sensoren und Motoren "verbessert" werden.
die Temperatursteuerung soll im Gebäude optimiert wird. Beispielsweise
werden Wohnräume hauptsächlich zwischen 7 und 10, bzw. 17 und 23 Uhr
geheizt
Die lichtsensorgesteuerten Rollläden bewirken eine optimale
Sonneneinstrahlung
Integriert in diese intelligente Steuerung sind selbstverständlich
Wassersensoren, Regenmelder, Windmesser, Bewegungsmelder sowie andere
Sensoren für eine Alarmanlage
Die Beleuchtung kann an – oder abgeschaltet werden
Türklingel
Das Sonnensegel soll ausfahren bei Sonne
Die Fenster schließen bei Regen
Automatischer Türöffner
Zeitlichtsteuerung
Erweiterungen selbst bauen
Und vieles mehr.
Foto: PLAYMOBIL® Neues Wohnhaus Traumhaus HAUS 4279
Zur Erweiterung gibt es einen schönen Wintergarten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 104
FAQ
Wie programmiert man einen Linienverfolger?
Wo findet man weitere NXT-G Blöcke?
Eine Reihe von NXT Blöcken zum downloaden.
Die wohl größte Sammlung der Blöcke und von Bauanleitungen findet man
unter:
www.nxtasy.org
Diese reicht von einfachen Funktionalitäten wie der Anzeige des
Batterieladestatus über die Unterstützung von Sensoren von Drittanbietern (etwa
dem Gyrosensor von HiTechnic) bis hin zu recht komplexen Features wie der
Erweiterung von NXT-G um Arrays.
Wie kann man die Blöcke in einer Schleife sooft wiederholen lassen,
wie es eine Variable angibt?
Bei der Schleife muss der Zähler aktiviert werden. Mit einem auf Gleich
gestelltem Vergleichsblock kann man die Variable mit dem Zähler der Schleife
vergleichen. Die Logik die man als Ergebnis bekommt geht wieder an die
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 105
Schleife. Diese hat außer dem Zähler auch die Einstellung: Wiederholen bis Logik
-> wahr.
Wie kann man mit dem Handy Daten (Zahlen) an den NXT senden?
Man installiert die NXT Mobile Application auf das Handy und folgendes
Programm auf dem NXT:
Dann startet man das Programm auf dem Handy und stellt eine BT-Verbindung
her, geht unter "Program
Control" und startet das
Programm auf dem NXT.
Dann kann man mit den
Zifferntasten von 1-9
wählen, wie viele
Umdrehungen der Motor an
Port A machen soll. (T.
Sasdrich)
Was sind das für Verbindungen unter den Blöcken?
Das sind Datenknoten. Das sind Informationen/Parameter die man von einem
Block zu einem anderen weiterleiten kann. In einer Hochsprache werden diese
"Übergabevariablen" genannt.
Das können zum Beispiel Sensorwerte sein.
Man kann so z.B. von einem US Sensor einen Draht von dem Parameter für die
Entfernung zum Anzeigenblock ziehen. Schon bekommt man die Entfernung
angezeigt.
Beispiel: Der Anzeige Block zeigt an, was man im Textblock eingibt.
Wie lasse ich die Motoren gleichzeitig arbeiten, aber in
unterschiedlichen Richtungen oder unterschiedlicher
Geschwindigkeit?
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 106
oder:
Man will den Sensorwert in Form einer Gradzahl auf dem Display
anzeigen lassen. Der Motor soll laufen bis der Tastsensor betätigt
wird und dann soll der NXT die Gradzahl ausgeben. Was muss ich
tun?
Drehen bis Berührung:
Gradzahl
anzeigen:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 107
Beides zusammen:
(www.nxt-forum.de)
Wie viele Aktionen kann der NXT eigentlich gleichzeitig ausführen?
Bis zu 255. Hochtaste festhalten dann kommt das Verkettungssymbol und man
kann überall am Ablaufträger neue Abläufe erstellen.
Woher bekomme ich zusätzliche Blöcke für NXT-G?
Auf nxtasy.org, dem wohl größten (englischsprachigen) Forum für den NXT, gibt es auch ein Repository, das neben Bauanleitungen auch eine große Menge an
zusätzlichen Blöcken für NXT-G enthält, die offizielle von LEGO® für den NXT
vorgesehene Programmiersprache mit graphischer Oberfläche.
Wie kann ich meinem NXT einen persönlichen Touch verleihen? Wie auch immer man will! Eine der einfachsten Möglichkeiten ist, den Namen des NXT-Bausteins beliebig (Maximallänge 8 Zeichen, allerdings) abzuändern, indem man das NXT-Fenster in der Software nutzt. Einfach einen neuen Namen in der
Textbox auf der rechten Seite des Fensters eingeben (im Bereich "NXT Data")
und mit dem "Return"-Schalter direkt rechts neben dem Text bestätigen. Man kann natürlich auch die voreingestellten Sounds des NXT ändern. Beim
Einschalten spielt der NXT z.B. die Sounddatei "! Startup" ab. Um das zu sehen,
verbindet man den NXT mit dem Computer, klickt den Reiter "Memory" und markiert die Checkbox "Show System Files". Wenn man irgendeine .rso Datei in
"! Startup.rso" umbenennt und auf den NXT lädst, dann spielt er beim Hochfahren von nun an diesen Sound ab. Im Unterordner der installierten
Software "engine\sounds" der Software findet man eine ganze Menge
Sounddateien.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 108
Wozu ist der Dateizugriff-Block nützlich?
Man kann z.B. ein Programm erstellen, in dem man einen Text schreiben kann. Dieser wird dann in einer Datei gespeichert. Dieser wird dann auf den Computer
geladen oder mit einem anderen Programm bearbeitet. - Oder man kann die Werte eines Sensors in eine Datei schreiben. Ein anderes Programm kann den
Wert dann verarbeiten. Z.B. ein Scanner.
Herunterladen auf mehrere NXT Wenn ein Unterrichtsprojekt gemacht werden soll oder man für einen
Wettbewerb weitere NXT in Reserve haben muss, kann man mit der Funktion
"Herunterladen auf mehrere NXT" in dem Menu Werkzeuge dieses tun. Nach klicken auf den Untermenüpunkt, erscheinen alle angeschlossenen NXT im
Sichtfenster. NXTs und Programme auswählen und auf herunterladen klicken.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 109
MESSWERTERFASSUNG
Messwerterfassung, das ist Daten sammeln, speichern und analysieren. Dafür ist
die Software NXT-G 2.1 angedacht und ausgelegt.
Die Messwerterfassungssoftware funktioniert mit allen Sensoren des Lego
Mindstorms Education Basissets zuzüglich des optionalen Temperatursensors,
sowie Sensoren von Drittanbietern.
Wo findet Messwerterfassung im "normalen" Leben statt? Z.B. in der
Klimaforschung, Wetterstationen und als Flugschreiber, die sogenannte
Blackbox.
Ein NXT Roboter kann so programmiert werden, dass er Messwerte erfasst und
diese im NXT Baustein ablegt. Diese Werte können später aus der Log-Datei des
Bausteins in die Software geholt werden. Der NXT ist auch zur Echtzeit Messung,
als kleines Labor, stets bereit.
Die Software liefert 3 verschiedene Grundwerkzeuge:
Die Prognose-Werkzeuge, um ein Ergebnis vorherzusagen
und es dann überprüfen zu können
Das Erfassungs-Werkzeug, Messen der Daten 1:1
im Experiment. Daten werden im
Koordinatensystem visuell dargestellt.
Das Analyse-Werkzeug, die Auswertung der Daten (Minimum,
Maximum, Durchschnitt) und der Vergleich mit der Prognose.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 110
DIE OBERFLÄCHE DER MESSWERTERFASSUNG
1. Die Werkzeugleiste: Hier findet man alle gängigen Befehle.
2. Mein Portal:
3. Robot Educator
4. Experiment-Einstellungen
5. y-Achse
6. Koordinatensystem
7. x-Achse
8. Messwerterfassungs-Controller
9. Wertetabelle
10. Kleines Hilfe-Fenster
Messwerterfassungs-Controller
Download und Upload zum NXT:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 111
ZUORDNUNGSAUFGABE
Aufgabe: Du findest unter der Abbildung 10 Begriffe. Nummeriere die weißen
Sterne und ordne die Begriffe ihnen zu und schreibe deine Ergebnisse in die
Tabelle.
Wertetabelle, Mein Portal, Robot Educator, Koordinatensystem, Messwerterfassungs-
Controller, x-Achse, Experiment-Einstellungen, Werkzeugleiste, y-Achse, Kleines
Hilfefenster
Nummer Begriff
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 112
ERSTE SCHRITTE
Nach der Installation liegen 2 Icon auf dem Desktop ab. Mit
Doppelklick auf das Data Logging Icon klicken und die
Software starten.
Vor einem Experiment muss man es erst konfigurieren. Hier
stellt man die Dauer eines Experiments und die zu
verwendenden Sensoren ein, sowie die Anzahl und länge der
Messwerte. Es können bis zu 4 Sensoren gleichzeitig
verwendet werden und man kann zwischen den
Maßeinheiten umschalten.
In der Wertetabelle werden alle Daten der x- und y-Achse aus der Prognose und
den Messdatensätzen aufgeführt. Prognosen und Daten können einzeln ein- und
ausgeblendet und Farben verändert, Legenden formatiert und Maßeinheiten
angepaßt werden.
Alle Werte werden hier numerisch dargestellt.
Durch klicken auf wechselt man direkt in
dieMesswerterfassung im NXT –Programmier-Fenster.
Die Voreinstellungen werden
übernommen und der Block
automatisch eingefügt. Die
Werte können in der
Konfiguration geändert werden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 113
VERSUCHE ZUR WÄRMELEHRE
Warmwasser
Beschreibung: Um Wasser zu erwärmen werden oft Tauchsieder genutzt. Der
Versuch soll erklären, wie die im Tauchsieder gewonnene Wärmeenergie
verschiedene große Wassermengen erwärmt.
Geräte: Becherglas 600 ml, NXT, Temperatursensor, Tauchsieder
Versuchsdurchführung: Erwärme verschiedene große Wassermengen (200,
300 ... 500 ml) in jeweils gleichen Zeiten (2 Minuten), messt die
Temperaturerhöhung und übertragt sie in eine Tabelle.
Aufgaben:
1. Fertigt eine Tabelle an
Wassermenge
in ml
Wassertemperatur
vor dem Versuch
in 0C
Wassertemperatur
nach 2 Minuten
Heizdauer in 0C
Temperatur-
Unterschied
zwischen Anfangs- und
Endtemperatur in 0C
200
300
2. Wie kann man die Beobachtungen in einem allgemeinen Ergebnissatz zusammenfassen?
3. Führe eine eigene Messreihe durch. Erhitze verschiedene Wassermengen
auf ca. 50 0C. Notiere die Zeit die nötig ist, diese Temperatur zu erreichen.
Wassermenge in ml Zeit in sec.
GERÄUSCHPEGELMESSUNG IM STRAßENRAUM
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 114
Durchführung von Geräuschpegelmessungen
Lärmpegel werden in dB(A) gemessen. Dies entspricht etwa der veralteten
Einheit Phon. Bei 0 dB(A) liegt die Hörschwelle des Menschen. Ein Motorrad
erzeugt im Leerlauf in einem Meter Abstand ca. 80 dB(A), und die
Schmerzgrenze liegt bei etwa 120 dB(A). Die Messungen werdendurch die
Schülerinnen/Schüler gruppenweise als außerschulische Arbeit oder im Rahmen
von Exkursionen und in verschiedenen Straßentypen durchgeführt. Die Auswahl
ist nach lokalen Gegebenheiten zu kürzen oder zu erweitern.
Hinweis:
Um die Sicherheit im Straßenverkehr zu gewährleisten, ist es angebracht, die Schülerinnen und Schüler auf die Regeln der Verkehrssicherheit hinzuweisen.
Aufgaben:
1. Führt an verschiedenen Orten Messungen des Straßenlärms durch. Die
Messungen sollen alle 3 Minuten dauern. Das Intervall der Messung kann 5 Sekunden betragen. Zeichnet die Messpunkte in eine Karte. Speichert die Daten
auf dem NXT und wertet diese in der Schule aus. Vergleicht die Werte.
2. Nutze den NXT als Messgerät. Lege eine Tabelle mit verschiedenen
Geräuschen und der Lautstärke in dB.
Für Fortgeschrittene: Baut eine Lärmampel. Von 0-60 dB grün, 61-90 dB gelb und 91 –
160 dB rot.
Pegelbereiche für Lärm in der Umwelt dB(A) Beispiele Wahrnehmungsbereich
0 Definierte Hörschwelle
10 Blätterrauschen im Wald bei Windstille, Schneefall,
normales Atmen
20 Tropfender Wasserhahn, leichter Wind,
Blätterrauschen
30 Flüstern (1 m Abstand), Ticken eines Weckers
40 Brummen eines Kühlschranks (1 m Abstand); sehr
leise Radiomusik
50 Leise Radiomusik (1 m Abstand)
60 Umgangssprache; PKW in 15 m Abstand
70 Rasenmäher (7 m Abstand), Schreibmaschine (1 m
Abstand)
80 Pkw mit 50 km/h 1 m Abstand, max.
Sprechlautstärke
90 Lkw-Motor 5 m Abstand; Pkw mit 100 km/h (1 m
Abstand)
100 Kreissäge; Lärm in einem Kraftwerk,
Posaunenorchester
110 Propellerflugzeug (7 m Abstand), Bohrmaschine;
laute Diskothek
120 Verkehrsflugzeug 7 m Abstand, Beginn der
Schmerzgrenze
130 Düsenflugzeug (7 m Abstand), Walkman
Maximalbelastung Schmerzgrenze
160 Gewehrschuss in Mündungsnähe
(Quelle: SEIDEL, 1998; GRIEFAHN; 1988; modifiziert und erweitert von:
Ministerium für Umwelt und Forsten Rheinland-Pfalz, Ministerium für Umwelt und Naturschutz des Landes Nordrhein-Westfalen 2004)
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 115
WIR BAUEN EIN FERNTHERMOMETER
Es gibt in der Technik Räume, deren Temperatur von der Ferne her überwacht
werden muss. Entweder ist es in ihnen so warm, dass man nicht in unmittelbarer
Nähe mit einem Thermometer messen kann, oder die Anwesenheit von Menschen ist aus anderen Gründen unmöglich. In solchen Fällen braucht man
ein Fernthermometer.
Versuchsdurchführung: Umwickelt das Thermometer des NXT mit Kupferdraht, so dass ihr so eine Art
"Fühler" habt.
Stelle nun eine Kerze im bestimmten Abstand in die Nähe des Drahtes.
Aufgaben:
Wie ist die Wärmeentwicklung im Abstand zum Draht? Lege eine Tabelle an und
übertrage die Werte. Fasse Deine Beobachtungen zusammen.
LICHTMESSUNG MIT DEM NXT
Aufgabe: Ermittelt die Sensorwerte für die Farbe rot, blau und gelb. Trage die
Ergebnisse in die Tabelle ein und vergleicht eure Werte.
Farbe rot blau gelb weiß schwarz
Wert
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 116
Rund um die Robotik
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 117
SIEGESZUG DER KÜNSTLICHEN INTELLIGENZ
Seine technologische Vision beschreibt Moravec in diesem Buch wie folgt:
"Ich sehe diese Maschinen als unsere Nachkommen. Im Augenblick glaubt man
das kaum, weil sie eben nur so intelligent sind wie Insekten. Aber mit der Zeit
werden wir das große Potential erkennen, das in ihnen steckt. Und wir werden unsere neuen Roboterkinder gern haben, denn sie werden angenehmer sein als
Menschen. Man muss ja nicht all die negativen menschlichen Eigenschaften, die
es seit der Steinzeit gibt, in diese Maschinen einbauen. Damals waren diese Eigenschaften für den Menschen wichtig. Aggressionen etwa brauchte er, um zu
überleben. Heute, in unseren großen zivilisierten Gesellschaften machen diese Instinkte keinen Sinn mehr. Diese Dinge kann man einfach weglassen - genauso
wie den Wesenszug der Menschen, dass sie ihr Leben auf Kosten anderer sichern
wollen. Ein Roboter hat das alles nicht. Er ist ein reines Geschöpf unserer Kultur und sein Erfolg hängt davon ab, wie diese Kultur sich weiterentwickelt. Er wird
sich also sehr viel besser eingliedern als viele Menschen das tun. Wir werden sie also mögen und wir werden uns mit ihnen identifizieren. Wir werden sie als
Kinder annehmen - als Kinder, die nicht durch unsere Gene geprägt sind,
sondern die wir mit unseren Händen und mit unserem Geist gebaut haben.[1]"
1 aus: "Computer übernehmen die Macht: Vom Siegeszug der künstlichen
Intelligenz", Hamburg 1999, Seite 136
Aufgaben:
1. Diskutiert das Zukunftsbild Moravecs und sammelt Pro- und Contra
Argumente zur Robotik.
2. Sucht im Internet nach Beispielen zu "Insekten Robotern", Humanoiden etc.
3. Wer ist Hans Moravec?
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 118
ROBOTER – FEIND ODER FREUND?
Text 1
Das Jahr 2050: Endstation Pflegeroboter-Heim
Deutschland im Jahr 2050: 40 Prozent der Einwohner sind 60 Jahre und älter -
17 Pflegebedürftige werden von einem Pfleger betreut. Wohl dem, der sich dann einen CARE-O-BOT oder einen RI-MAN leisten kann.
"Mädchen, die heute auf die Welt kommen, haben eine 50-prozentige Chance, einmal 100 zu werden", so Frank Schirrmacher, Autor von "Das Methusalem-
Komplott". Deutschland vergreist: Niemals zuvor gab es hierzulande mehr ältere
als jüngere Menschen. Die Kombination aus steigender Lebenserwartung und geringer Geburtenrate ist bereits heute eine enorme Herausforderung für unsere
Sozialsysteme. Und wenn in den kommenden Jahren weiterhin nur 1,36 Kinder je Frau geboren werden, so wird sich die Situation in naher Zukunft weiter
verschärfen. Für 2050 hat das Statistische Bundesamt folgende Prognose
berechnet: Deutschland wird 68,5 Millionen Einwohner haben, heute sind es 82,4 Millionen. Fast 40 Prozent werden über 60 sein, ihre Zahl steigt um 6,6 Millionen.
Nur jeder siebte Deutsche wird noch unter 20 sein, heute ist es jeder fünfte. Auf
100 Deutsche zwischen 20 und 60 kommen 85 Senioren. Das Durchschnittsalter liegt bei über 50 Jahren....
Forschung und Wirtschaft haben diese Entwicklung längst erkannt: Pflege und
Rehabilitation bilden in der Robotik seit vielen Jahren einen sich rasch
entwickelnden Forschungsbereich. Weltweit arbeiten Institute und Firmen unter Hochdruck an der Entwicklung von künstlichen Humanoiden. In den USA sind
bereits Krankenhausroboter auf dem Markt, die Röntgenbilder von einer
Abteilung in die andere bringen. An der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania, wird derzeit an einem "Nursebot" gearbeitet, einem persönlichen
Roboterassistenten für gebrechliche und kranke Menschen. VON OLIVER CREUTZ
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 119
Text2:
Roboter kann fehlerlos Violine spielen
Da staunt das Publikum: Toyota hat einen Roboter entwickelt, der auf einer Violine die fehlerfreie Version des Stücks "Pomp and Circumstance" von Edgar
Elgar spielen kann. Doch damit nicht genug - der Roboter kann auch bei der Hausarbeit oder in der Pflege von Menschen eingesetzt werden.
Bei den neu vorgestellten Humanoiden handelt es sich um einen Violine spielenden Roboter, der sogar wie ein echter Mensch ein Vibrato hinbekommt.
Der 1,50 Meter große Roboter läuft wie seine menschlichen Ebenbilder auf zwei
Beinen, wiegt 56 Kilogramm und ist mit insgesamt 17 Gelenken in seinen Händen und Armen versehen, um auch sehr feinfühlige Bewegungen ähnlich
denen eines Menschen auszuführen. Der Roboter sei so konzipiert, dass er Mitarbeitern im Pflegedienst zur Hand gehen und im Haushalt helfen kann, hieß
es.
Toyotas andere neue Roboterschöpfung, der einsitzige "Mobiro", eine Abkürzung
von Mobilitätsroboter, kann Menschen angetrieben von einer Batterie mit einer
Geschwindigkeit von 20 Kilometern in der Stunde über kurze Distanzen hinweg transportieren. Dabei ist er in der Lage, selbstständig Hindernissen auszuweichen
und kann auch per Fernbedienung gesteuert werden.
"Wir nutzen Industrieroboter seit den 80er Jahren, sie wurden mit der Zeit
perfektioniert und können an mehreren Automodellen mitarbeiten oder unterschiedliche Aufgaben erledigen", sagte Toyota-Chef Katsuaki Watanabe.
"Jetzt wollen wir die Entwicklung von gesellschaftlich nützlichen Robotern
beschleunigen und dabei auf unsere Kenntnisse im Bereich der Automobile zurückgreifen", sagte Watanabe.
Vor drei Jahren hatte Toyota seinen ersten menschenähnlichen Roboter vorgestellt, der Trompete spielen konnte. Die Konkurrenten Honda und Sony
sind dem Autobauer aber um Längen voraus. Japan gilt als großer potenzieller Markt für Roboter, da der Anteil der alten Menschen an der Bevölkerung rapide
zunimmt. Mehr als 30.000 Japaner sind über 100 Jahre alt.
VON OLIVER CREUTZ
(DPA/AFP/OC) nach: http://www.welt.de (Welt online)
Aufgaben:
B1. Beschreibe das Bild und werte es aus.
B2. Sucht euch einen Text aus und fasst das Ergebnis des Textes mit eigenen
Worten zusammen.
B3. Diskutiert, ob man Menschen durch Roboter ersetzen kann oder soll. Welche
Gefahren oder Chancen entstehen durch den Einsatz von Robotern?
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 120
SCHLAGZEILEN
Roboter bedient und hilft im Altenheim
Menschenähnlich
Holländer gründen Heim für Roboter
Roboter werden aus Erfahrung klug
Roboteranzug macht gelähmte Menschen mobil
MENSCHELNDE ROBOTER WERDEN BESSER BEHANDELT
Aufgaben:
i) Bildet Kleingruppen. Besprecht die Zeitungsschlagzeilen in der Kleingruppe und
versucht sie einer Branche, einem Unternehmen zuzuordnen.
ii) Sucht euch eine Schlagzeile aus. Schreibt einen Text zu der Schlagzeile.
Hilfe: Wie ist das Verhältnis Roboter – Mensch? Ist der Mensch überflüssig?
iii) Präsentiert eure Ergebnisse.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 121
KÜNSTLICHE INTELLIGENZ IM DIENSTE DES MENSCHEN
Beruf Wachmann
Um zehn Uhr abends dreht sich der Schlüssel am Haupttor der Universität
ein letztes Mal im Schloss, dann nimmt der Pförtner schnaufend seine
Jacke und macht sich auf den Heimweg. Nur die schnauzbärtigen Herren
vom Wachschutz flanieren noch durch die notdürftig beleuchteten
Fakultätsflure und Dekanate. Suchend wandert die Stabtaschenlampe über
Schreibtische und Regale. Hier summt noch eine übereifrige
Kaffeemaschine, dort schlummert ein dezent alkoholisierter Landstreicher
über mitgebrachten Plastiktüten. Ansonsten keine weiteren
Vorkommnisse, die ganze Nacht lang nicht. Und genau genommen die
ganze nächste Woche, den nächsten Monat, das nächste Jahr auch nicht.
Wenig aufregend ist das alles. Und so sitzen die ordnungsgemäß
bemützten Wachmänner im Dienstzimmer und trinken Kaffee. Es knattert
das Funkgerät, im Radio knarzt Rod Stewart. In zwei Stunden werden sie
wieder zum Rundgang durch die Universität aufbrechen. Durch die
Biologielabore, wo Mäuse hinter Labortüren piepsen. Durch das
Theologiedekanat, wo immer alles so schön aufgeräumt ist. In zwei
Stunden. Doch jetzt sitzen sie da, starren auf die Schreibtischlampe und
träumen vom großen Auftritt. Was könnte nicht alles passieren: ein
Flächenbrand mit Funkenflug, eine Geiselnahme im Audimax...
Plötzlich schreckt der Wachmann auf. Ein Griff zur Taschenlampe, ein
prüfender Blick zur Uhr. Der Kollege ist eingenickt, sein Kinn sinkt
langsam auf die Brust. Vier Uhr morgens, bald Zeit für den Rundgang.
Gemächlich schenkt er den Kaffee ein. Noch zwei Stunden bis Dienstende.
Von Philipp Köster, aus: http://www.spiegel.de (spiegel online)
Wachleute arbeiten meistens mit Detekteien zusammen, doch sie können
auch externe Aufträge übernehmen. Sie arbeiten dann direkt für die
Unternehmen oder Betriebe. Eine offizielle Ausbildung gibt es nicht.
Viele der angestellten Wachleute machen nach abgeschlossener
Ausbildung und Arbeitserfahrung im Betrieb Kariere. Sie können an
Weiterbildungskurse und Wochenendseminare teilnehmen.
Außerdem können Wachleute weitere Qualifikationen anstreben und
Prüfungen ablegen, die ihnen vom Vorteil sind und ihrer Karriere auf die
Sprünge helfen könnten.
Es gibt unterschiedliche Ausbildungsgänge, die den Lehrling auf den Beruf
zum Wachmann vorbereiten. Einige der angebotenen Ausbildungen sind in
Blockform organisiert und dauert zwischen einem und drei Jahren. Früher
wurde dieser Beruf ohne eine qualifizierte Ausbildung ausgeübt, wobei es
auch heute noch manchmal so ist. Außerdem wurde dieser Beruf auch als
Zweitberuf ausgeübt. Am Ende jedes Lehrganges musste man eine
schriftliche und eine mündliche Abschlussprüfung absolvieren. Viele der
Wachschutzleute sind ehemalige Polizisten, Sicherheitsleute oder
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 122
Werkschutzkräfte, die auf Grund gesundheitlicher Probleme ihren Beruf
nicht mehr ausüben können. Durch bestimmte Fortbildungskurse können
sie die Qualifikation zum Wachmann erreichen.
BERLIN - Wachmann Mosro ist wahrscheinlich der ungewöhnlichste
Mitarbeiter, den ein Sicherheitsdienst engagieren kann: Er misst gerade mal
118 Zentimeter, wiegt 25 Kilogramm und besteht vorwiegend aus einer
metallfarbenen Plastikhaut, Elektrochips und Kabeln. Sein Körper erinnert an
eine schmal geschnittene, rechteckige Tonne, statt eines Kopfes trägt er eine
knallrote Signalleuchte auf dem Rumpf. Wachmann Mosro ist ein Roboter.
Der Kasten auf Rädern funktioniert vollelektronisch, arbeitet maximal 14 bis
16 Stunden am Stück, bevor er sich für einige Stunden zurückzieht und neue
Lebenskraft aus dem 220-Volt- Stromnetz saugt. Sein Revier: Lagerhallen,
Rechenzentren, Kunstausstellungen – überall dort, wo mobiles Wachpersonal
gebraucht wird.
Bevor Mosro seinen Dienst aufnehmen kann, wird seine Route vom
Wachschutz programmiert. Erkennt er mit seinem eingebauten
Infrarotsensor einen Eindringling, gibt der Roboter per Funk Alarm – und
wartet auf Verstärkung aus der Leitzentrale. Eingesetzt wurde Mosro (das
steht für mobiler Sicherheitsroboter) bereits auf Großveranstaltungen, zuletzt
bei der Fußball-Weltmeisterschaft im vergangenen Jahr. Im Olympiastadion
streifte er nachts zwischen den VIP-Shuttles in der Garage umher, um die
Fahrzeuge vor Manipulationen zu schützen.
Entworfen und programmiert werden die Sicherheitsroboter von der Firma
Robowatch Technologies GmbH in Berlin-Pankow. Dann setzen Fachleute aus
Jena und Korea die Elektroteile zusammen. Jens Hanke gründete Robowatch
im Oktober 2000. Heute arbeiten 45 Mitarbeiter in Pankow – Entwickler,
Ingenieure, Informatiker, Programmierer und Designer. Geschäftsführer
Hanke rechnet für das kommende Jahr erstmals mit einem Umsatz im
zweistelligen Millionenbereich. Mehr will er nicht verraten. (AUSZUG AUS
DEM GEDRUCKTEN TAGESSPIEGEL VOM 24.11.2007)
Lest alle Texte durch. Unterstreicht alle unbekannten Wörter und versucht diese
Hilfe des Internets zu klären.
Aufgaben: a) Was ist die Aufgabe eines Wachmanns und wie wird man
Wachmann?
b) Warum werden heute immer mehr Überwachungsroboter
eingesetzt?
c) Nenne Vor- und Nachteile von Wachrobotern
d) Sucht im Internet nach einem Beispiel für einen Wachroboter.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 123
LÖSUNGEN
Aufgaben
1.
Pro: Verbesserung von Produktion und Produktionsabläufen, Steigerung der
Lebensqualität, schnellere und längere Arbeitsweise
Contra: Arbeitsplätze werden verringert, menschliche Arbeitskraft wird
überflüssig, könnten ohne menschliche Kontrolle Entscheidungen treffen...
2.
Humanoide: http://www.dribblers.de , www.graupner-robotics.de
Insekten: http://www.sri.com/robotics/climbing.html ,
http://www.lynxmotion.com , http://www.hexapodrobot.com
3. Hans Peter Moravec (* 30. November 1948 in Kautzen, Österreich) ist
Professor für Robotik an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh,
Pennsylvania, USA. Der kanadische Staatsbürger ist seit den 1970er Jahren Vorreiter in der Roboterentwicklung, mit sehr vielen Veröffentlichungen zur
künstlichen Intelligenz, zum Transhumanismus und zur Futurologie. Moravec promovierte 1980 an der Stanford University zum Doctor of Philosophy durch die
Entwicklung eines ferngesteuerten, mit einer Fernsehkamera ausgerüsteten
Roboters der durch einen Computer gesteuert wurde. 2003 war er Mitbegründer der SEEGRID Corporation, einem Roboter-
Unternehmen, das sich die Entwicklung von völlig autonomen Robotern zum Ziel
gesetzt hat. (Quelle: Wikipedia)
B1 Ein Roboter der Geige spielt. Musik ist Gefühl, Emotionen. Roboter drücken
Gefühle aus, werden dem Menschen ähnlich gemacht....
B3 Chance: Roboter im Gesundheitswesen, "Roboterpatient"
(http://www.ehrensenf.de/linktipps/roboter-patient) , Wachdienst, Haushalt,
Raumfahrt...
Gefahr: keine menschliche Zuwendung (Altenpflege), Kampfroboter ...
i. Verschieden Thematiken werden angedeutet: Roboter übernehmen Aufgaben
von Menschen im Altenheim, helfen Kranken, werden wie Menschen behandelt
(Heim für Roboter). Es geht um Ethik. Roboter "menschenähnlich".
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 124
a) Was ist die Aufgabe eines Wachmanns und wie wird man Wachmann?
Wachleute im Objektschutz üben die so genannte "Revierkontrolle" aus. Das
heißt, dass die Sicherheitsmitarbeiter an den Objekten der verschiedenen
Kunden des Wachschutzunternehmens regelmäßig vor Ort sind. Die Aufgabe der
Mitarbeiter ist es, die verschiedenen gewerblichen, öffentlichen und privaten
Objekte regelmäßig zu kontrollieren. Das bedeutet nicht einfach nur, dass man
dort vorbeifährt. Vielmehr machen die Sicherheitsmitarbeiter Rundgänge bei den
zu überwachenden Objekten und kontrollieren die zum Beispiel die Schließung
der Türen, die Fenster und ob sonst alles in Ordnung ist. Beispielsweise kann es
auch zu den Aufgaben gehören, die Tätigkeit der Angehörigen von Fremdfirmen
und des Reinigungspersonals, insbesondere wenn diese in sicherheitsrelevanten
Abteilungen tätig sind, zu überwachen. Im Alarmfall ist es wichtig, schnell und
zuverlässig zu reagieren und zu entscheiden, was zu tun ist.
Um diese Tätigkeit ausüben zu können, ist üblicherweise eine Aus- oder
Weiterbildung im Wach- und Sicherheitsgewerbe erforderlich.
b) Warum werden heute immer mehr Überwachungsroboter eingesetzt?
Die Roboter arbeiten länger, ohne Pause und werden nicht krank. Er braucht
keinen Lohn – nur Einmalkosten für die Anschaffung – evtl. Wartungskosten. Er
braucht keinen Urlaub und ist nicht manipulierbar. Er zeigt keine Angst.
c) Nenne Vor- und Nachteile von Wachrobotern
Nachteil: Arbeitsplätze gehen verloren, fehlende Menschlichkeit, Beweglicher bei
Verfolgung
Vorteil: Überwachungsroboter sind sinnvoll, wenn die Überwachung eines
Objekts durch Menschen gefährlich, unzumutbar oder aus Kostengründen nicht
möglich ist. Überwachungsroboter sind schlichte Konstruktionen, die sich in einer
einfach strukturierten Welt zurechtfinden. Schon eine Büroeingang kann sich als
zu schwierige Hürde erweisen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 125
d) Beispiel: MOSRO Der mobile Sicherheitsroboter
Der mobile und unabhängige Überwachungsroboter MOSRO eignet sich als
sinnvolle Ergänzung zu qualifizierten Überwachungsdiensten und stationären
Alarmanlagen. Er garantiert eine Dauerüberwachung ohne
Ermüdungserscheinungen oder Konzentrationsschwächen.
Mosro wird nach Kundenwunsch ausgestattet (bis zu 240 Sensoren), individuell
programmiert und exakt auf seinen Einsatzort und Aufgabenbereich eingestellt.
Über neuronale Netze navigiert er sich mit ca. 4 km/h selbstständig durch
Hallen, Fabriken, Geschäftsräume oder Einkaufszentren. Ohne Pause – bis zu 18
Stunden lang.
Der Wachroboter kann sehen, hören, riechen, fühlen und sogar sprechen.
In seinem 25 kg leichten, wendigen Korpus bündelt er die modernsten
Technologien der gesamten Branche. Ausgestattet mit Radarsensoren,
Bewegungsscannern, Ultraschallsensoren und Kamera ist er in der Lage, selbst
bei völliger Dunkelheit und durch Wände hindurch Bewegungen zu identifizieren.
Dabei ist MOSRO permanent über Funk, ISDN oder GSM mit der Einsatzzentrale
verbunden. Er erkennt potenzielle Gefahren wie Rauch, Gas oder auch
ungewöhnliche Temperaturschwankungen und alarmiert unmittelbar die
Kontrollstation. Einmal entdeckte Personen verliert der Roboter nicht mehr aus
den "Augen". Er fordert sie dazu auf, sich über ihren Fingerabdruck zu
identifizieren – mit deutlichen Worten in bis zu 24 Sprachen. Wird die
Identifikation verweigert oder schlägt sie fehl, löst er Alarm aus.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 126
LEGO DESIGNER 4.0
Mit der Installation des kostenlosen Programms liefert Lego mehrere Bausätze
für fertige Modelle mit. Bei Bedarf führt eine schrittweise Bauanleitung den
Spieler zur fertigen Figur. Einmal fertige Modelle gibt der LEGO Digital Designer
Bilddatei oder auf dem Drucker aus.
Mit dem Lego-Designer 4.0 können beliebig 3D-Modelle aus Lego-Bausteinen
zusammengesetzt werden. Für die AG ein nützliches Werkzeug um
Robotermodelle, die gebaut worden sind als Bauanleitungen festzuhalten. Der
Lego Designer ist leicht zu bedienen und es lassen sich Bauanleitungsfilme damit
herstellen. Die Bausteine zieht man bei gedrückter linker Maustaste auf die
Arbeitsfläche. Mit dem Mausrad kann man ein- und ausscrollen. Mit der rechten
Maustaste lässt sich die Ansicht drehen, ganz so wie Sie es mit einem richtigen
Modell auch machen würden.
Der besondere Clou: Wenn man ein Modell fertig hat, kann man sich über das
Menü "Anzeige, Preis ermitteln" anzeigen lassen, was das Modell mit echten
Bausteinen kosten würde.
Die Freeware unterstützt in Version 2.3 auch den Roboter-Bausatz von Lego, den
Mindstorms NXT.
• Systemvoraussetzungen mindestens:
· Prozessor: 800 MHz
· RAM: 256 MB
· Grafikkarte: 32 MB · 100 MB Festplattenspeicher
· DirectX 8.0 oder höher
• Systemvoraussetzungen empfohlen:
· Prozessor: 2,0 GHz · RAM: 512 MB
· Grafikkarte: 256 MB
Den Designer kann man kostenlos downloaden. Einfach "Lego Designer 2.3" in eine
Suchmaschine eingeben und es werden einige Links angeboten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 127
ROBOTER BEISPIEL – SOCCER -
ROBOCUP
INFRAROT-BALL FÜR ROBOTER-FUSSBALL
MS1005 HiTechnic-Infrarot-Ball
Der Infrarot Soccerball kann zum Ballspielen
oder -suchen in Verbindung mit dem IR Detektor Sensor (MS1042) Verwendung
finden. 20 LED’s sorgen in vier Modi für verschiedene Einsatzmöglichkeiten: Vollsignal, Pulssignal sowie 1200Hz und 600 Hz Signal. Einsatz findet der Ball
(Durchmesser 75mm) bei RoboCup Jr. Es werden 4 x AAA Batterien benötigt
(nicht im Lieferumfang enthalten).
Der Robot Soccer-Ball enthält viele Infrarot LEDs, die ihn in jede Richtung
strahlen lassen. Der Ball kann dadurch von den Infrarotsensoren - HiTechnic IR Detektor V2 - erkannt werden. Dieser Ball ist aus farbigem, transparentem
Kunststoff gefertigt und enthält 20 IR-Sendedioden im Inneren. Die IR-Dioden können sowohl kontinuierliches, als auch gepulstes Infrarotlicht aussenden.
Somit können Roboter den Ball leichter orten. Alternativ zur Ortung über die
Dioden kann der Ball auch über die blaue Farbe erkannt und verfolgt werden (z.B. mit einer Kamera). Zur Steuerung der Dioden enthält der Ball einen kleinen
ATTiny Microcontroller. (Conrad Elektronik)
ROBOCUPJUNIOR SOCCER REGELN 2010
Auszug aus den Regeln :
Ein großes Lob an die Robotik-AG Rockenhausen von Heiko Baumann
http://www.robotik-ag.eu – ein Besuch lohnt sich!
Ein Team besteht aus einem oder mehreren Mitgliedern. Alle Mitglieder müssen derzeitig Schüler sein.
Jedes Team muss einen Kapitän haben. Der Kapitän ist die verantwortliche Person für die Kommunikation mit den Schiedsrichtern. Das Team kann seinen
Kapitän während des Wettbewerbs wechseln. Der Kapitän darf keine gelbe oder
rote Kleidung tragen (die Schüler auch nicht), die vom Roboter erkannt werden kann (um eine Beeinträchtigung mit der Farbe des Ziels zu vermeiden).
Teams, die die Regeln nicht befolgen dürfen nicht teilnehmen. Im Falle eines Verstoßes kann das Team augenblicklich ohne Warnung disqualifiziert werden.
Jedes Team darf maximal 2 Roboter haben. Der Austausch eines Roboters
innerhalb des eigenen Teams oder mit anderen Teams ist verboten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 128
Die Roboter werden in aufrechter Position mit allen ausgefahrenen Anbauteilen
gemessen.
Die Größe des Roboters darf folgende Größen nicht überschreiten:
Durchmesser 22 cm, Höhe 22 cm, Gewicht 2,5 kg, Ball "Dribbling" Zone 3 cm Roboter dürfen nicht gelb oder rot sein.
Roboter müssen per Hand gestartet werden und autonom agieren. Die Benutzung einer Fernbedienung ist verboten. Robotern ist es nicht erlaubt eine
drahtlose Kommunikation auszuüben. Roboter müssen so konstruiert und programmiert sein, dass ihre Bewegung nicht auf eine Dimension beschränkt ist
(das bedeutet eine Achse). Er muss im Stande sein sich in alle Richtungen zu
bewegen, zum Beispiel beim Drehen. Roboter müssen so gebaut und konstruiert werden, dass sie nicht in den Zielbereich eindringen. Es ist ihnen erlaubt die
Querlatte zu benutzen.
Der Torwart ist ein Roboter, der dafür vorgesehen ist die meiste Zeit vor dem
Tor, innerhalb des Strafraums zu verbringen. Jedes Team darf nur einen Torwart haben. Teams können jedoch auch keinen Torwart, dafür aber zwei Stürmer
haben. Der Torwart muss auf den Ball reagieren. Sobald der Ball den Strafraum
berührt, hat der Torwart eine Vorwärtsbewegung auszuführen um den Ball vom Tor abzuwenden. Der Roboter kann nicht seitwärts und dann mit einer
Vorwärtsbewegung reagieren.
Es wird zwei verschiedene Arten von Feldern geben: GENI und GENIII.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 129
GENI: Das Spielfeld hat eine Größe von 122cm x 183cm. Die Ecken sind
abgeflacht.
GENIII: Das Spielfeld hat eine Größe von 122cm x 183cm. Um das Feld ist eine Abseits-Zone.
Die absolute Größe (inklusive der Abseits-Zone) beträgt 182cm x 243cm.
Das Spiel besteht aus zwei Halbzeiten von 10 Minuten. Zwischen den Halbzeiten
wird es eine fünfminütige Pause geben.
Es wird erwartet, dass alle Teilnehmer, Schüler und Mentoren gleicherweise, die
Mission des RoboCupJunior respektieren. Es geht nicht darum ob du gewinnst oder verlierst, aber wie viel du lernst, das zählt!
Die genauen Regeln sind hier zu finden:
http://www.robocup-german-open.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 130
ROBOTER BEISPIEL "TRECKER ROBOTER"
Um Ideen zu bekommen reichen oft auch andere Bausysteme von Lego. Der hier
vorgestellte Trecker ist ein umgebauter Dünen-Buggy/Großer Traktor, Artikel-
Nr.: 8284 von Lego Technic. Oft haben auch Schüler Lego Bausätze zu Hause
und können diese umbauen.
Dieses Modell ist ein Beispiel für Fortgeschrittene Schüler ab Klasse 10. Der
Trecker wird mit 1 Motor angetrieben und 1 Motor für die Lenkung.
Bestandteile: Lego Artikel-Nr.: 8284
1 NXT
2 Motoren 1 Vision Subsystem for NXT (Camera) von www.Mindsensors.com
2 Infrared distance sensor for NXT - Sharp - www.Mindsensors.com
1 Port Splitter for NXT - www.Mindsensors.com www.Mindsensors.com Kabel
1 Kompass Sensor von www.Mindsensors.com
Programmiert wurde der Trecker mit NXC.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 131
Dieser Roboter wurde konstruiert für die Fieldrobot Weltmeisterschaft in
Osnabrück 2008.
Beschreibung des Wettbewerbs (www.fieldrobotevent.de)
Im ersten Teilwettbewerb muss der Roboter dem Verlauf einer weißen Linie
folgen. Diese Linie hat eine Breite von ca. 1-2 cm. Die kleinste zu durchfahrende
Kurve innerhalb dieser Strecke hat einen minimalen Kurvenradius von nicht
unter 10cm. Der umgebende Boden ist in einem Bereich von mindestens 15 cm
jeweils links und rechts der Linie schwarz eingefärbt. Die Strecke ist im ersten
Abschnitt (etwa 2/3 der gesamten Strecke) völlig eben und ohne jegliche
Steigung. Im zweiten Abschnitt sind leichte Unebenheiten eingebaut, deren
Steigung maximal 1cm Höhe auf 20cm Strecke beträgt. Die Gesamtlänge der
Strecke beträgt ca. 10 m und ist als in sich geschlossener Kurs aufgebaut.
Im zweiten Teilwettbewerb muss der Roboter dem Verlauf einer seitlich
begrenzten Strecke folgen, die eben und ohne jegliche Steigung ist. Im ersten Abschnitt besteht die seitliche Begrenzung aus Banden, die eine Höhe von
mindestens 25 cm und einen Abstand von etwa 75 cm zueinander haben. Der
zweite Streckenabschnitt wird seitlich durch künstliche Maispflanzen begrenzt. Diese Maispflanzen haben eine Höhe von ca. 35cm und sind in einem Versatz
von etwa 10cm zueinander angeordnet. Die Reihenbreite beträgt ebenfalls 75cm. Im hinteren Streckenabschnitt können vereinzelt Pflanzen auf der linken oder
rechten Seite fehlen.
Die Gesamtlänge dieser Strecke beträgt ca. 15 m und ist wie im ersten
Teilwettbewerb als in sich geschlossener Kurs aufgebaut.
Im Freestyle-Wettbewerb könnt Ihr die besonderen Fähigkeiten Eures Roboters
demonstrieren – ganz egal ob es um Landtechnik oder um andere Bereiche geht.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 132
WIE ORGANISIERE ICH EIN ROBOTER-TEAM?
Teambildung (Wie bilde ich ein Team?)
"Ein Team besteht aus einer Anzahl von Schülern – eigentlich eine Zwangsgemeinschaft
mit unterschiedlichen Charaktereigenschaften, vielfältigen Fähigkeiten und mehr oder
weniger ausgeprägten sozialen Kompetenzen. Die einzelnen Mitglieder weigern sich,
gleich behandelt zu werden. Sie treten manchmal uniform auf, nützen aber jede
Möglichkeit, eine Spur Individualität einzubringen." So eine Definition der Züricher
Hochschule Winterthur.
Jedes Team braucht also Mitglieder und einen (volljährigen) Coach.
Gute Coaches haben ein gutes Gespür für den Entwicklungsprozess: Sie sollten sich auf
das Wesentliche konzentrieren und sich dort in Zurückhaltung üben, wo die Mitglieder
keinen "Chef" wünschen.
Der Coach fördert die bestehende Motivation der Schüler, indem er ihre Stärken nutzt,
sie fordert und sie selbständig eigene Projekte abwickeln lässt. Ein Coach sollte die Ziele
für die Gruppe formulieren, unterstützend eingreifen, Streit schlichten und klare Regeln
definieren, sowie die Aufmerksamkeit auf ein produktives Ziel richten.
Es kann in einem Team oder einer AG mehrere Coaches geben.
Ein homogenes Team braucht eine gute Führung.
Ein technisches Fachwissen ist keine Grundvoraussetzung für einen Coach. Ein Coach
sollte Teamgeist und Teamarbeit erzeugen. Ein Mentor, also jemand mit "echtem"
Fachwissen kann die AG oder das Team unterstützen. Oftmals finden sich Elternteile oder
Bekannte der Familie, die z.B. als Ingenieur arbeiten oder bei einer Elektronikfirma.
Gerade die Eltern bilden einen wichtigen Teil der AG oder des Teams. Können sie doch
als freiwillige Helfer die Schüler zu einem Wettbewerb fahren, für Essen und Getränke
sorgen oder auch Kulissen bauen für div. Wettbewerbe.
Machen Sie sich einen Plan, eine Übersicht, wer welche Rolle und Aufgabe übernehmen
kann.
Checkliste für die Vorbereitung auf einen Wettbewerb:
Die Schüler wurden informiert/gefragt
Die Eltern wurden informiert
Zeitplan erstellt mit Terminen für die AG bis zum Wettbewerb
Teamname gewählt / Team gebildet
Teamrollen besprochen
Sponsoren angeschrieben / Förderverein angeschrieben / Spendensammeln
Schulleitung informiert
Presseartikel geschrieben / Presse informiert
Treffen mit freiwilligen Helfern, Mentor, Team und Verteilung der Aufgaben
T-Shirt mit Sponsor oder Schulname/Teamname
Anreise / Fahrzeug(e) organisieren
Verpflegung für den Wettbewerbstag
Dokumentation der Vorbereitungen und des Wettbewerbs / Foto / Film
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 133
SPONSOREN ODER GELDER "FINDEN"
Sponsoren finden:
1. Firmen finden: Suchen Sie im örtlichen Branchenbuch nach Firmen , die sich mit der
Thematik Mechatronik, Elektronik, Ingenieure, Antriebstechnik, alternative Energien etc.
beschäftigen. Schreiben Sie diese Firmen an oder besser 2.
2. Ansprechpartner finden: Erkundigen Sie sich nach einem direkten Ansprechpartner,
der für Ihr Anliegen zuständig ist. Ob per Brief oder per Telefon – die persönliche
Ansprache vermeidet die Anonymität. Vereinbaren Sie einen Termin mit Schülern, die
mit ihren Roboter etwas präsentieren können. Demonstrationen überzeugen schneller als
Informationen. Wenn ein Termin nicht zu vereinbaren ist, dann
3. Anschreiben erstellen: Es sollte eine kurze, aber prägnante oder gar ausgefallene
Zusammenfassung Ihrer Roboter AG und Ihres Vorhabens beinhalten. Achten Sie dabei
auf eine vom Empfänger verständliche Sprache; Fachbegriffe die der Empfänger nicht
kennen kann sollten Sie nicht verwenden.
3. Was leisten wir: Ein Überblick über das was Sie machen wollen soll Interesse beim
Sponsor wecken. Benennen Sie konkret Gegenleistungen, die Sie Ihrem Sponsor bieten
können, z.B. gemeinsames Auftreten bei schulinternen Veranstaltungen, Platzierung auf
Plakaten oder Broschüren oder T-Shirts.
Wer erfährt von Ihrer AG oder der Teilnahme an einem Wettbewerb":
Benennen Sie z.B. Zuschauer- oder Besucherzahlen bei Veranstaltungen die Sie
besuchen wollen. Wenn vorhanden, dann legen Sie ihrem hoffentlich zukünftigem
Sponsor Presseveröffentlichungen etc. vor.
4. Infomappe: Legen Sie Ihrem Anschreiben eine Informationsmappe bei.
Berichten Sie hier über die AG, der Teilnehmer oder warum Sie diese AG machen wollen.
Auch sind Fotos gerne gesehen oder allgemeine Informationen über den NXT.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 134
BEISPIEL FÜR EIN SPONSORENANSCHREIBEN:
Roboter-Team xxx der Haupt- und Realschule yyy sucht Sponsoren
Sehr geehrter Herr .....,
Ich bin Lehrer an der ...... Schule und habe das Projekt Lego Mindstorms Roboter ins Leben gerufen.
Die neue Roboter AG versucht den Schülern den Weg im Umgang mit
zukunftsweisenden Medien zu erleichtern und eine evtl. berufliche Entscheidungshilfe zu sein, gleichzeitig ist sie eine Begabtenförderung für
leistungsstarke Schüler. Ziel ist es Schülern die Angst vor dem Umgang zu nehmen und Interesse an einem Ingenieurberuf zu wecken.
Neben dem (freien) Entwickeln und Bauen der verschiedensten Lego Mindstorms
Robotern wird den Schülerinnen und Schülern die Programmierung des NXT
beigebracht. Die Programmierung erfolgt auf dem PC, basiert auf graphischer
Oberfläche, ist kinderleicht und führt schnell zu Erfolgserlebnissen. Es sind also
keinerlei Vorkenntnisse notwendig. Im Verlauf der AG wird immer wieder mal
etwas Neues zur Programmiermöglichkeit des NXT gesagt. So lernen die
Schülerinnen und Schüler spielerisch schon etwas über die Struktur von
Computerprogrammen, wie z.B. die Verwendung von Schleifen oder den Umgang
mit Variablen.
Die AG soll die Schülerinnen und Schüler auf die Teilnahme an verschiedenen
Wettbewerben wie z.B. dem Robocup und der First Lego League vorbereiten.
Letzteres ist ein internationaler Roboterwettbewerb für Kinder und Jugendliche
von 10 – 16 Jahren. Es handelt sich dabei um ein Förderprogramm, das sich das
Ziel gesetzt hat, Kinder und Jugendliche in einer sportlichen Atmosphäre an
Wissenschaft und Technologie heranzuführen.
Um dieses Vorhaben realisieren zu können sind wir auf Mittel angewiesen, die
eine Schule nicht immer leisten kann. Zur Durchführung des Projektes fehlen uns
..... €.
Als Gegenleistung werden wir Ihr Logo auf T-Shirts und Plakaten bei
Wettbewerben und Veranstaltungen tragen.
Über eine positive Antwort würde ich mich sehr freuen.
Sollte ich Ihr Interesse geweckt haben, so können Sie mich jederzeit erreichen
unter ..........
Mit freundlichen Grüßen
.........
Anlage: Infomappe
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 135
AUSSCHREIBUNG / BESCHREIBUNG DER AG (SCHULPROGRAMM)
Roboter – AG ab Jg. 6
Die Lego-Roboter AG baut auf das Lego Mindstorms System auf. Kern dieses
Systems ist ein kleiner Microcomputer (der NXT), welcher programmiert werden
und in Roboter eingebaut werden kann. Dieser Mikrocomputer ist in der Lage,
Motoren anzusteuern. Außerdem können auch noch weitere Aktoren wie z.B.
Lampen oder Sensoren daran angeschlossen werden. Dadurch ist der NXT in der
Lage, mit seiner Umwelt zu agieren.
In dieser AG haben die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, aus Lego-
Technik- Elementen das zusammen zu bauen, was sie gerne möchten.
Neben dem (freien) Entwickeln und Bauen der verschiedensten Roboter wird den
Schülerinnen und Schülern die Programmierung des NXT beigebracht. Die
Programmierung erfolgt auf dem PC, basiert auf graphischer Oberfläche, ist
kinderleicht und führt schnell zu Erfolgserlebnissen. Es sind also keinerlei
Vorkenntnisse notwendig. Im Verlauf der AG wird immer wieder mal etwas
Neues zur Programmiermöglichkeit des NXT gesagt. So lernen die Schülerinnen
und Schüler spielerisch schon etwas über die Struktur von
Computerprogrammen, wie z.B. die Verwendung von Schleifen oder den Umgang
mit Variablen.
Die AG soll die Schülerinnen und Schüler auf die Teilnahme an verschiedenen
Wettbewerben wie z.B. dem Robocup und der First Lego League vorbereiten.
Letzteres ist ein internationaler Roboterwettbewerb für Kinder und Jugendliche
von 10 – 16 Jahren. Es handelt sich dabei um ein Förderprogramm, das sich das
Ziel gesetzt hat, Kinder und Jugendliche in einer sportlichen Atmosphäre an
Wissenschaft und Technologie heranzuführen.
EIGENER, SCHULINTERNER WETTBEWERB - BERGSTEIGER
Aufgabe:
Der Roboter soll auf einem bestimmten Weg einen Berg erklimmen. Wenn er
oben angekommen ist, soll er einen Schalter auslösen um die Zeit zu stoppen.
Der Schalter kann eine einfache Konstruktion aus der Physik sein (Batterie und
Glühbirne), wo der Roboter gegen fährt.
Sieger ist der Roboter mit der schnellsten Zeit.
Bsp. Parkour
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 136
WIE BAUT MAN AM BESTEN EINEN BERG?
Styropor/Hartschaum
Wird eine Holzplatte als Untergrund verwendet, so lässt sich die Landschaft mit
Styropor- oder Hartschaumplatten (in verschiedenen Stärken erhältlich), die
direkt auf die Platte geklebt werden, in groben Zügen vorformen. Styropor ist
leicht und lässt sich einfach bearbeiten - man kann es mit einem Messer leicht
auf die passende Form zuschneiden. Als Kleber eignet sich Leim recht gut -
allerdings dauert es etwas länger, bis er zwischen zwei Styroporplatten
aushärtet. Lösungsmittelhaltige Kleber lösen das Styropor auf und dürfen daher
nicht verwendet werden.
Wenn die weiße, blaue oder rosa (je nach Farbe der Platten) Groblandschaft
fertig ist, kann sie problemlos mit Gips fertig modelliert werden.
Ein Vorteil dieser Methode ist, dass die Landschaftsoberfläche "massiv" ist.
Alugitter
Wenn die Anlage einen Untergrund aus Spanten besitzt, so kann auf diese, wenn
sie nach der Geländeform geschnittenen sind, ein Alugitter mit einem Tacker
oder Nägeln angebracht werden. Dieses Gitter wird in die gewünschte
Geländeform gebogen und kann danach mit Gipsbandagen belegt werden. Dazu
kann man auch Stoffstücke in Gips tränken und auf das Gitter auftragen. Man
muss darauf achten, dass sich die Gipsbandagen gut mit dem Gitter verbinden
um eine stabile Oberfläche zu erhalten. Über die Gipsbandagen sollte man noch
eine normale Gipsschicht aufbringen, um später auch bspw. Bäume mit Steckfuß
einsetzen zu können.
Das Gitter sollte nicht aus normalem Metall sein, da es durch die Feuchtigkeit
des Gips zu rosten anfängt.
Kunststoffgitter haben den Nachteil, dass sie nicht formstabil sind und so vom
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 137
Gewicht des Gips eingedrückt werden - um dies zu verhindern, muss man es
während der Bauarbeiten unterstützen.
Seitenansicht (Modell):
Start
Maße:
Diese Linie hat eine Breite von ca. 1-2 cm. Die kleinste zu durchfahrende Kurve innerhalb
dieser Strecke hat einen minimalen Kurvenradius von nicht unter 10cm. Die Steigung
beträgt maximal 1cm Höhe auf 20cm Strecke. Die Gesamtlänge der Strecke beträgt ca.
10 m und ist als in sich geschlossener Kurs aufgebaut.
EIGENER, SCHULINTERNER WETTBEWERB - SUMOBOT
Für Schüler ist es wichtig, ihre Leistungen zu messen. Darum habe ich in meiner Schule immer einen Wettbewerb durchgeführt. Per Aushang wurden auch
Schüler animiert, die in keiner AG oder keinem Informatikunterricht waren. Die Sieger bekamen Urkunden, der 1. Platz einen kleinen Pokal.
Der Wettbewerb: Zwei Roboter spielen jeweils gegeneinander. Das Ziel ist es, den Gegner aus
dem Ring zu drängen. Nach zwei Minuten bekommt der Sieger drei Punkte, der Verlierer keinen. Bei Unentschieden bekommt jeder zwei Punkte. Der
Gesamtgewinner (hier spielt Jeder einmal gegen jeden anderen Gegner) gewinnt
eine Urkunde. Es werden 3 Durchgänge gefahren. Nach jedem Durchgang darf an dem Roboter
und dem Programm gearbeitet werden
Richtlinien: Entscheidungen werden gemeinsam getroffen. Entspricht ein Roboter nicht den Grundgedanken wird er aus dem Wettbewerb genommen.
Niemand will sein Lego beschädigt haben, also sollte kein Roboter zerstörend
agieren. Details der verschiedenen Bauarten der Roboter können während der Testphase
studiert werden. Ein Nutzen dieser Veranstaltung ist das Kennenlernen neuer
Ideen und Techniken. Roboter, bei denen keine Absicht erkennbar ist den Gegner zu konfrontieren,
können vom Schiedsrichter wegen Inaktivität zum Verlierer erklärt werden!
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 138
Das Spielfeld: Das Spielfeld besteht aus einem kreisrunden Brett mit 1 m Durchmesser. Es ist
schwarz lackiert und hat einen 2 cm breiten weißen Rand.
Spieldetails: In jedem Kampf werden zwei Roboter in Spielfeldmitte in 20 cm Abstand
voneinander aufgestellt. Zu Beginn der Kampf startet jeder Spieler seinen Roboter und entfernt sich augenblicklich. Nun sollen die Roboter einander vom
Spielfeld drängen oder z. B. durch Umkippen den gegnerischen Roboter
bewegungsunfähig machen. Ein Bot gilt als aus dem Ring gedrängt, wenn er vom Spielfeld kippt und den Boden berührt (Brettstärke 18 mm). Nach zwei
Minuten werden die Roboter gestoppt (oder auf Wunsch beider Spieler früher,
wenn sich die Bots in einer ausweglosen Lage befinden). Der Roboter muss beim Start der Kampf in einem gedachten Würfel von 20 cm
Kantenlänge Platz finden und darf maximal 1,5 kg wiegen. Sollte ein Roboter größer oder schwerer sein entscheidet die Mehrheit der Spieler über seinen
Verbleib . . .
Punkte: Die Bewertung der Kampf ist einfach: Nach zwei Minuten bekommt der Sieger
drei Punkte, der Verlierer keinen. Bei Unentschieden bekommt jeder zwei
Punkte.
Zu den Robotern:
Breite max.: 20 cm
Länge max.: 20 cm Höhe max. 20 cm
Gewicht max.: 1,5 kg
Der Spaß steht im Vordergrund.
Sonderpreis für den Besten & schönsten Roboter!
Info für alle Kämpfe: Die Regeln:
Die Roboter müssen sicher sein, d. h. keine herum schießende Teile, keine auslaufenden Batterien,
etc. Roboter können von Einzelpersonen oder von einem Team angemeldet werden.
Der Roboter darf nur folgende "Programmable Bricks" verwenden: RCX (1. 0, 1. 5, 2. 0) NXT, Scout, Cybermaster, oder Microscout.
Erlaubt sind mehrfache Batteriekästen, Motoren, etc.
Nicht verwendet werden dürfen: weitere Steuerungen (kein Control Center, funkgesteuerter Cybermaster, keine Steuerung über den PC, keine Vision Command Kamera, etc. ).
Nur Legoteile dürfen verwendet werden (Ausnahme: Home Made Sensoren) und nur "normale"
Konstruktionsmethoden - kein sägen, kleben, schrauben oder schmelzen von Teilen. Man kann so viele oder wenige Einzelteile verwenden wie gewünscht, der ganze Roboter sollte aber in einen
Würfel von 20 cm Seitenlänge bzw. auf eine Grundfläche von 20 cm Kantenlänge passen. Der Veranstalter übernimmt keine Haftung für etwaige Schäden.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 139
Einige Fotos:
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 140
Rätsel Kopiervorlagen – Arbeitsblätter - Lösungen
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 141
INTERNETRALLYE: KLEINE GESCHICHTE(N) DER ROBOTER
Notiere jetzt zuerst die Uhrzeit, zu der Du mit der Bearbeitung anfängst.
Versuche, die folgenden Fragen zu beantworten. Jede Aufgabe ergibt bei
korrekter Beantwortung 5 Punkte.
Für jede der Aufgaben hast Du bis zu 5 Minuten Zeit. Für besonders schnelle
Bearbeitung gibt es Zusatzpunkte, für besonders langsame Bearbeitung werden
Punkte abgezogen.
Wichtig: Du musst die angegebenen Links nutzen!
Was ist ein Roboter?
Link: http://www.chemie.de/articles/d/45201/
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Was steht hinter dem Begriff "Roboter – Robotik"?
http://www.graupner-robotics.de/robot/einfuehrung.html
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Wann erschien der erste kommerziell genutzte Roboter?
Link:
http://www.zdnet.de/it_business_technik_invasion_der_arbeitsmaschinen_robot
er_als_flexible_helfer_story-11000009-39121507-4.htm
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Suche und schreibe 6 Arten von Roboter auf!
Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Roboter
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 142
Einer der berühmtesten Roboterhunde heißt und wurde entwickelt für:
Link: http://de.wikipedia.org/wiki/Aibo
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Was versteht man unter Androiden & Cyborgs?
Link: http://www.kantel.de/robot/folio030.html
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Von wem wurde der Begriff "Künstliche Intelligenz" wann geprägt?
http://www.tagesschau.de/inland/meldung228316.html
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Was ist eine Roboboa™?
Links: http://www.robosapien.de/RoboBoa.html oder
http://www.wowwee.com/en/products/toys/robots/robotics/robocreatures:robob
oa
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Wie groß und was wiegt der Honda Asimo?
http://www.honda-robots.com/german/html/asimo/frameset2.html
________________________________________________________________
________________________________________________________________
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 143
LÖSUNG KLEINE GESCHICHTE(N) DER ROBOTER:
Was ist ein Roboter?
Nach der Definition des ROBOT INSTITUTE OF AMERICA von 1979 ist ein Roboter ein umprogrammierbares, multifunktionales Manipulationswerkzeug,
das dazu dient, Materialien, Teile, Werkzeuge oder spezialisierte Geräte anhand verschiedener vorprogrammierter Bewegungsabläufe zu bewegen, um
eine Reihe an Aufgaben zu erledigen.
Was steht hinter dem Begriff "Roboter – Robotik"? Die Bezeichnung Roboter leitet sich aus dem Ursprung "Frondienst leisten" sowie
"ausüben schwerer Tätigkeiten" ab, welche in abgewandelten Formen bis in das
14. Jahrhundert zurückreichen.
Wann erschien der erste kommerziell genutzte Roboter?
Die ersten kommerziell genutzten Roboter erschienen in den frühen 60er Jahren
auf der Bildfläche, als die ganze Welt von der Atomzeitalter-Wissenschaft des
Kalten Krieges besessen war. Das von Engelberger gegründete Unternehmen
Unimation entwickelte Roboterarme für Fabriken, während Barrett Electronics
mit einem fahrerlosen Wagen für Gemüselagerhäuser herauskam, der sich an im
Boden verlegten Drähten orientierte, von denen Signale ausgingen.
Suche und schreibe 6 Arten von Roboter auf!
Autonome mobile Roboter, Humanoide Roboter, Industrieroboter, Personal
Robots, Portalroboter, Serviceroboter, Spielzeugroboter, Erkundungsroboter, Laufroboter, BEAM, Transportroboter
Einer der berühmtesten Roboterhunde heißt und wurde entwickelt für:
AIBO - ein Haustier-Ersatz für Allergiker
Was versteht man unter Androiden & Cyborgs?
In der weitesten Definition sind Androiden künstliche Wesen, die von Menschen nicht zu unterscheiden sind. Cyborg (Cybernetic Organism = kybernetischer Organismus), eine Mischform aus menschlichen und künstlichen Organismen.
Von wem wurde der Begriff "Künstliche Intelligenz" wann geprägt? Geprägt wurde der Begriff der Künstlichen Intelligenz (artificial intelligence) 1955
von dem amerikanischen Informatiker John McCarthy.
Was ist eine Roboboa™?
Der erste Schlangen-Roboter fürs Kinderzimmer
(Film unter: http://de.youtube.com/watch?v=zhl-2dSr25g&feature=related )
Wie groß und was wiegt der Honda Asimo?
Die Größe und das Gewicht wurden bei ASIMO weiter verringert, um ihn
benutzerfreundlicher zu machen. So wurde der Roboter von 160 cm auf 120 cm
geschrumpft. Dabei verringert sich das Gewicht auf 54 kg, wenn man das
Verhältnis Volumen/Gewicht beibehält.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 144
MULTIPLE CHOISE
Wann war der Kaufstart des NXT- Bausatz in Deutschland? August 2006
Mai 2006
Januar 2007
Was ist ein großer Vorteil gegenüber dem Vorgängermodell bezüglich
"Datenaustausch" PC zu NXT? Daten können über Infrarot übertragen werden
Daten können über W-LAN gesendet werden Daten können über Bluetooth übertragen werden
Wie viel Sensoren Ein-/Ausgänge hat der NXT? 4 Eingänge und 3 Ausgänge
3 Eingänge und 4 Ausgänge 4 Eingänge und 4 Ausgänge
Wie heißt der Roboter der auf der Consumer-Verkaufspackung abgebildet ist? T-Rex
Alpha Rex
Rex Gildo
Welcher Prozessor ist im NXT eingebaut? Atmel® 8-bit ARM® Prozessor
Atmel® 16-bit ARM® Prozessor
Atmel® 32-bit ARM® Prozessor
Welche System-Eigenschaften treffen für den NXT zu?
Soundausgabe mit 8-bit Auflösung und einer Samplingrate von 10 - 125KHz
Kamera: Discip® Farbkamera; Auflösung: 195 X 195 Pixel, Delux® 5mm Objektiv
Co-Processor: Atmel® 8-bit AVR Prozessor, 4 KB FLASH-RAM, 512 Byte
RAM, 8 MHz
Auf welcher Sprache ist die (Original)Firmware des NXTs? nur Englisch Englisch und Deutsch
Englisch, Französisch, Deutsch
Wie viele Drähte sind in einem Verbindungskabel?
5 Drähte 6 Drähte
7 Drähte
Wie viel g wiegt der NXT-Stein mit dem Original-Akku?
rund 255g rund 250g
rund 245g
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 145
Welche Farbe haben die Kontakte der NXT-Buchsen/bei den Verbindungskabeln?
Silber/Gold Gold/Silber
Gold/gold
Wie nennt sich das Design des NXT das teilweise umstritten ist?
Stupid-Design
Studen-Design Studless-Design
Wie genau kann der Motor des NXT-Sets sich regeln?
auf 50 Winkelminuten genau
auf 60 Winkelminuten genau auf 70 Winkelminuten genau
Was bedeutet wenn bei dem NXT Display links ganz oben in der Ecke das Bluetooth-Zeichen und daneben ein "<" steht?
Bluetooth ist eingeschalten und ist für andere bluetoothfähige Geräte sichtbar
Bluetooth ist eingeschalten und ist mit anderen Geräten verbunden
Bluetooth-Verbindungsfehler
Wie viel Zahnräder sind in einem (Servo-)Motor? 5
6 7
(Zahnrad des Drehsensors ist nicht mitgerechnet, das auf der Welle des
Motors ebenfalls nicht!) -
Wie viele Teile sind im Lego NXT Education Basis Set?
431 481
535
Pro richtige Antwort 2 Punkte. Du hast __________________ von 30
Punkten.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 146
Lösung: Multiple Choise
Wann war der Kaufstart des NXT- Bausatz in Deutschland? - August 2006
Was ist ein großer Vorteil gegenüber dem Vorgängermodell bezüglich
"Datenaustausch" PC zu NXT? - Daten können über Bluetooth übertragen
werden
Wie viel Sensoren Ein-/Ausgänge hat der NXT? - 4 Eingänge und 3 Ausgänge
Wie heißt der Roboter der auf der Consumer-Verkaufspackung abgebildet ist?
Alpha Rex
Welcher Prozessor ist im NXT eingebaut? - Atmel® 32-bit ARM® Prozessor
Welche System-Eigenschaften treffen für den NXT zu? - Co-Processor:
Atmel® 8-bit AVR Prozessor, 4 KB FLASH-RAM, 512 Byte RAM, 8 MHz
Auf welcher Sprache ist die (Original)Firmware des NXTs? – nur englisch
Wie viele Drähte sind in einem Verbindungskabel? - 6 Drähte
Wie viel g wiegt der NXT-Stein mit dem Original-Akku? rund 255g
Welche Farbe haben die Kontakte bei den NXT-Buchsen/bei den
Verbindungskabeln? - Gold/Gold
Wie nennt sich das Design des NXT das teilweise umstritten ist? Studless-
Design
Wie genau kann der Motor des NXT-Sets sich regeln? (Achtung: Benennung!)
- auf 60 Winkelminuten genau (60 Winkelminuten (60') = 1°)
Was bedeutet wenn bei dem NXT Display links ganz oben in der Ecke das
Bluetooth-Zeichen und daneben ein "<" steht? - Bluetooth ist eingeschalten
und ist für andere bluetoothfähige Geräte sichtbar
Wie viel Zahnräder sind in einem (Servo-)Motor? (Zahnrad des Drehsensors
ist nicht mitgerechnet, das auf der Welle des Motors ebenfalls nicht!) - Sechs
Zahnräder sind eingebaut. Die Größe der Einzelnen ist unterschiedlich.
Wie viele Legoteile sind im Lego NXT Education Basis Set?
431
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 147
FINDE MIT HILFE DES INTERNET FOLGENDE FRAGEN HERAUS
a) Notiere deine Ergebnisse auf ein Blatt oder in dein Heft. Schreibe die Fragen
mit ab.
b) Woher hast du die Information? Schreibe die Quelle (Link) mit auf.
1) W. Grey Walter entwickelte 1948/1949 die zwei "Schildkröten" Elsie und Elmer.
Was konnten diese Roboter?
2) Wie heißt der Roboter in Fritz Langs Film "Metropolis"?
3) Wie lautet das "Nullte" Robotergesetz von Isaac Asimov?
4) Wann landete das erste Roboterfahrzeug "Sojourner" erfolgreich auf dem Mars?
5) In welcher Disziplin treten Forscherteams und ihre Roboter beim
internationalen Wettbewerb "RoboCup" an?
6) Das Wort Roboter wird 1921 erstmals in einem Theaterstück erwähnt. Wer
schrieb dieses Stück?
7) Was konnte Shakey Ende der 1960er Jahre als erster Roboter tun?
8) Warum reiten seit 2005 Roboter Kamele?
9) Was ist "ReWalk"? Für welche Menschen? 10) Nenne 5 Roboterarten, die dem Menschen das "Leben leichter" machen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 148
Lösung: Finde mit Hilfe des Internet folgende Fragen heraus
W. Grey Walter entwickelte 1948/1949 die zwei "Schildkröten" Elsie und Elmer.
Was konnten diese Roboter?
Lösung: W. Grey Walters Schildkröten waren lichtempfindlich. Die Namen Elmer und
Elsie der dreirädrige Roboterfahrzeuge mit Schutzpanzer waren abgeleitet aus
ELektroMEchanische Roboter, LichtSensitiv.
Wie heißt der Roboter in Fritz Langs Film "Metropolis"?
1927 kommt es zur Erstvorführung von Fritz Langs "Metropolis". Darin entwickelt der
wahnsinnige Wissenschaftler Rotwang den Roboter namens "Falsche Maria", den er
seiner verstorbenen Frau nachempfindet.
Wie lautet das "Nullte" Robotergesetz von Isaac Asimov?
In "Robots and Empire" erweitert Science-Fiction-Autor Isaac Asimov seine drei Gesetze
der Robotik um ein weiteres, Nulltes Gesetz:
"Ein Roboter darf der Menschheit keinen Schaden zufügen oder durch Untätigkeit
gestatten, dass die Menschheit zu Schaden kommt."
Die ursprünglich drei Gesetze der Robotik von Isaac Asimov lauten:
1. Ein Roboter darf keinen Menschen verletzen oder durch Untätigkeit zu Schaden
kommen lassen.
2. Ein Roboter muss den Befehlen eines Menschen gehorchen, es sei denn, diese Befehle
stünden im Widerspruch zum Ersten Gesetz.
3. Ein Roboter muss seine eigene Existenz schützen, solange dieser Schutz nicht dem
Ersten oder Zweiten Gesetz widerspricht.
Wann landete das erste Roboterfahrzeug "Sojourner" erfolgreich auf dem Mars?
Der amerikanischen Sonde Pathfinder mit dem Marsmobil "Sojourner" gelingt am 4. Juli
1997 eine spektakuläre Landung:
"Um Treibstoff und damit Geld zu sparen, fällt das Landegefährt nur leicht gebremst auf
die Marsoberfläche. Riesige Airbags dämpfen den Aufprall. Die Fotos der Pathfinder-
Sonde und die Ausflüge des Sojourner sind (fast) live im Internet zu beobachten. Mehr
als 500 Millionen Surfer klicken sich im ersten Monat auf die Webseite der Mission."
In welcher Disziplin treten Forscherteams und ihre Roboter beim
internationalen Wettbewerb "RoboCup" an?
Fußball
Das Wort Roboter wird 1921 erstmals in einem Theaterstück erwähnt. Wer
schrieb dieses Stück?
Karel Capek (1890 - 1938)
Was konnte Shakey Ende der 1960er Jahre als erster Roboter tun?
Shakey war der erste selbstständig navigierende Roboter.
Warum reiten seit 2005 Roboter Kamele?
Kamelrennen haben in arabischen Ländern eine lange Tradition. Genauso lange ist die
Tradition, Kinder als Jockeys bei den Rennen einzusetzen. Nach heftiger Kritik hatte der
Präsident der Vereinigten Arabischen Emirate, Anfang Juli 2005 das Mindestalter für
Kamel-Jockeys auf 18 Jahre festgesetzt. So entstand die Idee, Jockey-Roboter zu
entwickeln, die leichter sind als erwachsene Menschen.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 149
EINE WEBSEITEN-RALLYE
In der Tabelle findest du einige Internetadressen. Fülle die Tabelle aus.
Zeit ca. 40 Minuten.
URL Inhaber Thema Inhalt
1 www.nxt-forum.de
2 www.vs-moebel.de
3 www.qfix.de
4 www.hands-on-technology.de
5 www.robocup-junior.de
6 www.lukas.internet-freaks.net
7 www.dienxteebene.blogspot.com
8 www.legoengineering.com
9 http://ricquin.net/lego/laurens
10 www.nxt-roboter.de
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 150
BILD MIT FEHLERN
In dem rechten Bild haben sich 10 Fehler eingeschlichen. Finde Sie alle.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 151
Lösung: Bild mit Fehlern
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 152
IN WELCHE RICHTUNG DREHT DAS LETZTE ZAHNRAD?
Das Zahnrad links unten treibt das System an (Pfeilrichtung). In welche Richtung
dreht sich das Rad mit dem Fragezeichen? Zeichne die Drehrichtungen ein.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 153
IN WELCHE RICHTUNG FÄHRT DER ROBOTER?
Ein NXT fährt in Richtung Osten. Dann macht er mehrere Lenk- und
Drehmanöver (siehe unten). In welche Richtung fährt der Roboter nach
Abschluss der Manöver?
Ihr blickt in Fahrtrichtung von hinten auf den Roboter.
900 Drehung nach links
2 ½ Drehungen auf der Stelle im Uhrzeigersinn
3 Sekunden rückwärts
1350 nach rechts
5 Sekunden vorwärts
450 nach links
2700 nach rechts
3600 Drehung links herum
450 links
900 rechts
1800 rechts
450 links
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 154
RUNDFAHRT
Wie oft ist der Roboter auf seinem Weg rechts abgebogen?
Lösungen
S. 12 In welche Richtung dreht das letzte Zahnrad? = im Uhrzeigersinn
S. 13 In welche Richtung fährt der Roboter? = nach Norden
S.14 Rundfahrt = 26x nach rechts
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 155
KREUZWORTRÄTSEL
Die Lösungswörter können andere Zahlen überschreiben.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 156
Lösung: Kreuzworträtsel
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 157
OFT GESTELLTE FRAGEN (FAQ)
WAS IST AUF DEM DISPLAY DES NXT ZU SEHEN?
Auf dem NXT-Display (monochrom) lassen sich kleine Grafiken und Animationen darstellen. Der eingebaute Lautsprecher gibt nicht nur Pieptöne, sondern auch
Sounds aus, von deren Klang man allerdings nicht zu viel erwarten darf. Die
Sounddateien benutzen ein eigenes Format (*. rso), das von der Programmier-Software erzeugt wird.
BEINHALTET LEGO EDUCATION NXT ANDERE BAUELEMENTE, ALS DIE
BISHERIGEN LEGO MINDSTORMS SCHUL-SETS?
Ja. MINDSTORMS Education NXT verwendet vorwiegend LEGO TECHNIK Balken
und Verbindungselemente, statt der traditionellen LEGO System Elemente. Das TECHNIC System hat viele Vorteile. TECHNIC Roboter können schneller gebaut
werden und sind viel stabiler, als Roboter, die aus SYSTEM Steinen bestehen. Sie besitzen mehr Funktionalität und haben mehr Bewegungsmöglichkeiten.
Jedoch beinhaltet das neue LEGO MINDSTORMS Education NXT Set auch viele
SYSTEM Steine, die sehr vielfältig zum Roboterbau mit dem neuen System eingesetzt werden können.
WIE NENNT SICH DIE GRAFISCHE PROGRAMMIERSPRACHE?
Offiziell wird sie als NXT-G bezeichnet.
Die Software ist auf PCs und auch auf Macs (PowerPC und Intel) getestet
worden.
WAS IST BLUETOOTH ?
Bluetooth ist eine Funkverbindung für kurze Distanzen, die eine kabellose Kommunikation zwischen Geräten wie Mobiltelefone, PDA’s, Laptops, etc.
ermöglicht. Bluetooth-Kommunikation erfordert keine Sichtverbindung zwischen den kommunizierenden Geräten.
Bluetooth-Geräte senden als Short Range Devices im lizenzfreien ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical Band) zwischen 2,402 GHz und 2,480 GHz. Sie dürfen weltweit zulassungsfrei betrieben werden. Störungen können aber
zum Beispiel durch WLAN-Netze, schnurlose (drahtlose) Telefone, Garagentoröffner oder Mikrowellenherde verursacht werden, die im gleichen
Frequenzband arbeiten. Um Robustheit gegenüber Störungen zu erreichen, wird ein Frequenzsprungverfahren (Frequency Hopping) eingesetzt, bei dem das
Frequenzband in 79 Frequenzstufen im 1-MHz-Abstand eingeteilt wird, die bis zu
1600 Mal in der Sekunde gewechselt werden. Es gibt jedoch auch Pakettypen, bei denen die Frequenz nicht so oft gewechselt wird (Multislot-Pakete). Am
unteren und oberen Ende gibt es jeweils ein Frequenzband als Sicherheitsband
(Guard Band) zu benachbarten Frequenzbereichen. Theoretisch kann eine Datenübertragungsrate von 706,25 kbps beim Herunterladen (Download) bei
gleichzeitigen 57,6 kbps beim Heraufladen (upload) erreicht werden
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 158
(asymmetrische Datenübertragung). Seit der Version 2. 0 + EDR können Daten
durch EDR (Enhanced Data Rate) maximal etwa dreimal so schnell übertragen werden, also mit rund 2,1 Mbit/s. Bereits seit Version 1. 1 kann ein Bluetooth-
Gerät gleichzeitig bis zu sieben Verbindungen aufrechterhalten, wobei sich die beteiligten Geräte die verfügbare Bandbreite teilen müssen (shared medium).
Bluetooth unterstützt die Übertragung von Sprache und Daten. Eine Verschlüsselung der transportierten Daten ist ebenfalls möglich.
WIE KANN BLUETOOTH IM NXT-STEIN GENUTZT WERDEN?
Bluetooth ermöglicht dem NXT-Stein mit allen Geräten die Bluetooth-fähig sind, kabellos zu kommunizieren. Ausschließlich die neue MINDSTORMS Education Software wird Dank Bluetooth in der Lage sein mit mehreren NXT-Geräten
gleichzeitig zu kommunizieren. Wie ist die neue MINDSTORMS Education NXT
Software konzipiert? Die neue Software ist eine Symbolsoftware, wie auch sein Vorgänger ROBOLAB. Durch Klicken und Ziehen mit der Maus erstellen die
Schüler ihre Programme. Sie ist sehr intuitiv und anwenderfreundlich, sowie
kompatibel zu PC und Mac.
Ob Class I oder Class II ist ziemlich egal - auch wenn der NXT nur Class II hergibt. Ansonsten Bluetooth Stack auf dem PC installieren, Bluetooth-Stick in
den USB Port stecken und ansonsten entsprechend der Lego Anleitung vorgehen.
Sollte funktionieren. Der für den NXT benötigte Treiber befindet sich auf der NXT CD und wird eigentlich bei der Installation von LabView mit installiert
(Treiberverzeichnis VXIPNP leider z. T. im Root).
FUNKTIONIERT BLUETOOTH IN KLASSENZIMMERN, WO MEHRERE NXT-
BAUSTEINE UND COMPUTER LAUFEN?
Ja. Ein Bluetooth Gerät hat einen Namen oder ein Label, die ihm zugewiesen sind, so dass jedes Gerät eigens "bei seinem Namen gerufen" werden kann. Der
Computer kann alle aktiven Bluetooth Geräte im Raum suchen und sie auflisten,
so dass man auswählen kann, mit welchem der Computer kommunizieren soll. Per Bluetooth-Verbindung kann man auf einen einzelnen, spezifischen NXT-
Baustein herunterladen, ohne befürchten zu müssen, unabsichtlich Programme auf anderen NXTs zu überschreiben.
KÖNNTEN BEI EINEM WETTBEWERB ANDERE MEINEN NXT ÜBER
BLUETOOTH UMPROGRAMMIEREN ODER KONTROLLIEREN?
Nicht, wenn man eine einzige Vorsichtsmaßnahme trifft – schalten Sie Bluetooth auf dem NXT-Baustein aus. Wenn Bluetooth abgeschaltet ist, kann ein anderer
Computer oder NXT-Baustein es nicht "anschalten" und aus der Entfernung mit dem NXT-Baustein kommunizieren. Bluetooth ist ein ganzes
Kommunikationssystem und es gibt eine Reihe von Lösungen für das Problem,
aber es ganz abzuschalten, ist eine sichere Methode.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 159
WELCHE BLUETOOTH DONGLE SIND (FÜR DEN NXT) KOMPATIBEL?
1. Kensington 33085
2. D-Link DBT-120 35 3. D-Link DBT-122
4. IBM T40p Laptop built-in 5. Anycom USB 240
6. Anycom USB 250
7. Toshiba PA3405U-1BTM 8. MSI StarKey 3X-faster 30 XP SP1
9. AVM BlueFRITZ! USB v2. 0 10. QTrek Bluetooth USB
11. Evertech USB Adapter 12. Conceptronic CBTU
13. IOGear GBU211 14. Belkin F8T013 40
15. Belkin F8T012 30
16. Targus MOBT90UO, no Adapter included, with mouse 17. EPOX BT-DG02
18. Airnet ABT101 17 19. Targus ACB10US 30
20. Apple Mac internal Bluetooth
21. Abe UB22S 22. Belkin F8T003 ver 2 (short range)
23. Cables Unlimited USB-1520
24. Dell TrueMobile Bluetooth Module 25. Dell Wireless 350 Bluetooth Internal Card
26. MSI Btoes 27. TDK GoBlue
28. Billionton USBBTC1A
29. Logitech Bluetooth Hubs von den Tastaturen 30. Belkin F8T009
31. Toshiba BT1. 2/2. 0
DER STEIN LÄSST SICH NICHT MEHR EINSCHALTEN OBWOHL NEUE
BATTERIEN EINGELEGT SIND. ES IST NUR EIN LEISES KLOPFEN ZU
HÖREN. WAS IST ZU TUN?
Aus irgendeinem Grund scheint der NXT in den Modus für den Download der Firmware geraten. Man könnte außerdem den Reset-Knopf des NXT drücken. Das ist ein kleiner Knopf am Boden desjenigen Verbinderloches auf der
Unterseite des NXT-Gehäuses, das dem USB-Port am nächsten ist. Er lässt sich
mit einer aufgebogenen Büroklammer betätigen, aber auch mit einer LEGO-Antenne.
Danach verbindet man den NXT durch das USB-Kabel mit dem Computer und wählt in der Software "Tools -> Update Firmware".
Zu den Batterien: Die NXT Firmware und die Programme sind im FLASH-Speicher
gespeichert und gehen nicht verloren, auch wenn die Batterien für längere Zeit
entfernt werden. Somit droht kein Verlust von Firmware und Programmen mehr beim Wechseln der Batterien.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 160
IN DER PACKUNG IST JA NUR DIE ANLEITUNG FÜR DAS EINFACHE
GRUNDMODELL IN GEDRUCKTER FORM. KANN ICH DIE BAUANLEITUNGEN
FÜR DIE ANDEREN MODELLE AUS DER LABVIEW-SOFTWARE HERAUS
IRGENDWIE AUSDRUCKEN? ODER IN GEDRUCKTER FORM BEI LEGO
BEKOMMEN?
Verschiedene/weitere Bauanleitungen findet man auch unter
http://mindstormsforum.de/linkliste/
oder
http://education.lego.com -> Suche: "building instructions"
oder
http://www.active-robots.com/products/mindstorms4schools/building-
instructions.shtml
oder
http://www.nxtprograms.com/index1.html
oder
http://us.mindstorms.lego.com/en-
us/Community/NXTLog/DisplayProjectList.aspx
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 161
MIR IST EIN RIESEN FEHLER UNTERLAUFEN. WÄREND DEM DOWNLOAD
DER FIRMWARE 1.04 WURDE DAS USB KABEL AUSGESTECKT. SEITHER
IST MEIN NXT TOT. EIN LEISES TICKEN IST ZWAR NOCH HÖRBAR. ICH
KANN NUN DIE FRIMWARE NICHT MEHR AUF DEN NXT LADEN. AUCH NACH
DEM RESET WIE IN DER BETRIEBSANLEITUNG BESCHRIEBEN IST ES
NICHT MÖGLICH DIE FRIMWARE NEU ZU LADEN.
1. Ich konnte meinen NXT wieder in Betrieb nehmen nach folgender
Prozedur:
Gesamte Software vom Mindstorms deinstalliert. Achtung Treiber etc. einfach alles. Deinstallation über Mindstorms deinstallieren. Danach
über Windows Software auch noch die Treiber etc.
(Start/Einstellungen/Systemsteuerung/Software/Lego. . . 2. PC ausschalten. /Einschalten.
3. Mindstormsoftware ab CD neu installieren Achtung: Sprache Englisch. 4. PC ausschalten/Einschalten.
5. Update Driver 1. 02 von der Lego Internetseite Updates herunterladen.
6. Ins gleiche Verzeichnis wie Mindstorms entpacken. 7. Setup ausführen.
8. PC ausschalten/Einschalten.
9. Nun kann die Mindstorms Software gestartet werden. 10. NXT zurücksetzen. Hardwarereset wie in der Anleitung angegeben.
11. USB einstecken. 12. Warten bis sich die USB Schnittstelle als installiert meldet.
13. Firmware update Version 1. 03 ausführen.
Danach hat sich mein NXT wieder gemeldet.
Zweite Möglichkeit:
NXT PC-Software updaten mit Vers. 1. 02, dann wird nach 5 Sek. "Reset" auch
wieder unter USB erkannt und man kann beliebig das neue Firmwareupdate
aufspielen. Im Anschluss geht er auch wieder ganz normal an und hört auf zu ticken.
MINDSTORMS NXT Driver v1. 02
VERBRAUCH "NXT = STROMFRESSER"
Getestet wurde mit einem Multimeter, der NXT (aufgebaut als RoboArm T-56)
mit fast frischen Batterien bestückt und angesteuert mit BricxCC Command Center.
Batteriespannung liegt bei 8,4 Volt.
Hier nun die Resultate:
Stromaufnahme vom NXT ohne angeschlossenen Sensoren und Motoren: 70mA Jeder nur angeschlossene (nicht drehende) Motor saugt: 15mA
Dreht sich ein Motor (ein bisschen Arbeit muss er schon leisten bei dem Modell),
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 162
kommen dazu: ca. 150mA
Dreht sich ein Motor und ich blockiere ihn, sind es schon über: 1200mA. Der Lichtsensor (inactiv, LED leuchtet nicht): 3mA
Der Lichtsensor (activ, LED leuchtet): 23mA
Interessanterweise: ist ein Motorausgang auf "Off" gestellt anstelle von "float"
kommen pro Ausgang, auch wenn kein(!) Motor angeschlossen ist dazu: 40mA(!)
Bluetooth Verbindung (nur eingeschaltet, keine Kommunikation): 30-60mA (kein
konstanter Strom)
Den NXT einschalten: ca. 170mA (Spitzenstrom) Verbrauch beim ausgeschaltetem NXT: ca. 0,1mA
Der RobArm T-56 benötigt also: 70mA (Grundversorgung) + 3*15mA
(3 angeschlossene Motoren) + 3*40mA (3 Ausgänge auf "off") + 23mA (Lichtsensor) macht ca. 260mA Verbrauch fürs nix tun!
Drehen sich zwei Motoren, kommen nochmal mind. 300mA dazu (insgesamt fast
600mA!) ohne richtig Arbeit leisten zu müssen!
Immerhin, im Ruhezustand kann man die Motorausgänge auf "float" stellen, dann reduziert sich der Stromverbrauch von 260mA auf 140mA.
Das ist fast die Hälfte!
Man hätte nicht erwartet, dass der NXT auch im "Ruhezustand" so viel Strom
verbrauchen kann! Kein Wunder, dass die Batterien dauernd leer sind. Das spricht für den Akku der Education Version.
WIE VIEL KOSTET DAS KOMPLETTE UND NEUE NXT SET NR. 8547?
Ein neues NXT Set kann man ab 295,- € erwerben u.a. im Shop von VS Möbel.
http://www.vs-moebel.de/legoshop
WIEVIELE SOUNDS BESITZT DER NXT UND WIEVIEL SPRICHT ER?
Das NXT-Programm hat ungefähr 110 Sounds vorinstalliert, man kann allerdings
mehr herunterladen! Die Sound (files) befinden sich als einzelne Dateien (*.
rso) auf der CD.
KANN MAN AUCH NXT-SOUNDDATEIEN AUS GÄNGIGEN SOUNDFORMATEN
(Z. B. MP3 ODER WAV) ERSTELLEN UND WENN JA WIE?
Natürlich geht das!
Das Programm heißt Wav2Rso
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 163
HAT DER NXT AUCH SCHON PROGRAMME/FUNKTIONEN VORINSTALLIERT,
SO, DAS MAN AUCH MIT DEN ROBOS SPIELEN KANN, OHNE SIE VORHER
SELBST PROGRAMMIERT ZU HABEN?
Auf dem NXT gibt es nur 1 simples Test Programm, nach dem Motto:
fährt und piepst! Wenn man kompliziertere Programme benutzen will, muss man
diese selbst programmieren, es gibt für den Anfang im NXT-Programm, einige
Anleitungen!
WIE VIEL DAUERSTROM HÄLT DER NXT AUS?
Für die Motoren hat der NXT sogenannte "Motor Driver". Für den Motor A den LB1939 (Single-Channel Low Saturation Voltage Forward/Reverse Motor Driver)
und für die Motoren B und C den LB1836 ( Low-saturation, Bidirectional Motor
Driver for Low-voltage Applications ). der LB1930 Treiber kann max. 800 mA pro Channel und der LB1836 Treiben max. 400 mA pro Channel treiben und haben
einen sogenannten Thermal shutdown, d.h. wenn es denen zu heiß wird,
schalten sie ab! Wer mehr wissen möchte findet hier die Datenblätter
http://www.datasheetcatalog.net/de/ Man sollte sich aber nicht auf die Thermosicherung verlassen, da sie meist nur
unter Idealbedingungen funktioniert und z.B. bei einem Kurzschluss evtl. nicht
schnell genug reagiert.
WIESO HAT DER NXT NUR 4 SENSOR PORTS UND ICH LESE ES SEIEN 7
SENSOREN MÖGLICH?
Der NXT hat wirklich nur 4 Sensor Eingänge die Du selber anschließen kannst. Jeder Motor hat jedoch einen Rotationssensor fest integriert. Dieser wird dann
jedoch über den Motor Port angesteuert
Somit sind maximal 7 Sensor Anschlüsse möglich.
Prinzipiell sind sogar über 128 Sensoren möglich. Dieses ist jedoch nur durch die Verwendung der I2C-Schnittstelle, die der NXT noch zusätzlich bietet, möglich. Man benötigt hierfür spezielle Sensoren, die diese I2C Schnittstelle unterstützen.
Der einzige Sensor mit I2C, der von Lego mit dem Mindstorms NXT Set ausgeliefert wird, ist der Ultraschall-Sensor. Die anderen drei Sensoren sind nach
dem vom RCX bewährten Prinzip aufgebaut.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 164
WAS SIND DIE MÖGLICHKEITEN UND GRENZEN DES
ULTRASCHALLSENSORS?
Der Ultraschallsensor sendet einen Schallimpuls aus und wartet dann auf das Echo. Je länger es dauert bis das Echo den NXT erreicht, desto weiter ist das
Objekt entfernt. Die maximale Entfernung, bis zu der ein Objekt erkannt werden kann, hängt stark von dessen Eigenschaften ab: Der Sensor erkennt eine große
flache Wand oder die Decke (wenn er senkrecht nach oben gedreht wird) ab 160
bis 130 cm, eine Getränkedose aber erst unterhalb von 25 cm, und dann auch nur, wenn er direkt darauf gerichtet wird. Weiche oder gekrümmte Gegenstände
reflektieren Schall nicht gut und sind daher schwer zu erkennen. Wickelt man jemanden in eine flauschige Decke ein, kann man ihn dadurch für den
Ultraschallsensor regelrecht "unsichtbar" machen.
WIRD ES DURCH MEHRERE ULTRASCHALLSENSOREN, DIE IN EINEM
RAUM BETRIEBEN WERDEN, NICHT ZU EINEM CHAOS KOMMEN? WIE
WEISS DER NXT, OB DAS "ECHO", DAS ER HÖRT, NICHT VON DEM
ULTRASCHALLSENSOR EINES ANDEREN NXT STAMMT?
Ja das stimmt, mehrere Ultraschallsensoren in einem Raum sind ein Problem. Es
kommt zu wild schwankenden Abstandsmesswerten. Bis jetzt gibt es dafür noch keine einfache Lösung (Achtung FLL-Teilnehmer das betrifft vor allem euch!),
aber hoffentlich findet LEGO oder einer der Leser dieser FAQ einen Weg. Bis dahin sollte man sich aber auf einen Ultraschallsensor beschränken.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 165
NÜTZLICHES
Ausschreibung für die Roboter AG
In der Roboter AG werden mit Lego Mindstorms Roboter gebaut und
programmiert. Es werden keine Vorkenntnisse benötigt, denn es geht vor allem
darum Spaß am Umgang mit Robotern zu haben. Durch den Umgang mit den
Lego Robotern ist es einfach eine Programmiersprache zu erlernen und ein
Gefühl für den Umgang mit Sensoren zu erlangen.
Alle Schüler und natürlich Schülerinnen ab 7. Klasse sind herzlich willkommen,
nach Absprache auch jüngere Teilnehmer.
In dieser AG bereiten sich Schülerteams gezielt auf die Teilnahme an
Wettbewerben/einem Wettbewerb vor. Für diesen Wettbewerb müssen die
Teams einen Roboter konstruieren und programmieren, der imstande ist, eine
Reihe komplexer Aufgabenstellungen zu lösen.
Roboternacht
In meiner Schule habe ich immer 1x im Jahr eine Roboternacht gemacht. Dort
wurde dann gebastelt, geplaudert, probiert, gespielt....
Im Sommer haben wir dann zuerst gegrillt und später angefangen.
Auch Eltern durften dann dort mitmachen oder eine Freund oder Freundin.
Achtung, sind auch Mädchen mit dabei, unbedingt eine weibliche Person zum
Übernachten anfragen.
Am nächsten Morgen haben dann die Eltern die Schüler abgeholt, bzw. wurde
erst gemeinsam gefrühstückt und dann aufgeräumt.
Ein Musterschreiben (Kopiervorlage) für eine Anmeldung ist auf der nächsten
Seite.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 166
LINKS
http://www.philohome.com/crimp/crimp.htm NXT Kabel selbst bauen (englisch)
http://www.philohome.com/nxt.htm Bauanleitungen für den NXT
http://dienxteebene.blogspot.com Die NXTe Ebene ist die deutsche
Schwesterseite von The NXT STEP,
einem Blog, der Neuigkeiten und
Wissenswertes rund um den LEGO MINDSTORMS NXT anbietet.
http://nxtasy.org Stein für Stein. Eine super Infoseite auf
Englisch mit tollen Ideen und weiterführenden Links
http://robotics.benedettelli.com RCX Robotics NXT Robotics Homebrew Sensors & Accessoires
http://www.legoeducation.com Links, Bauanleitungen, Anweisungen
zum Lego Schul Programm
http://www.legoengineering.com Programme für RCX und NXT Robolab und NXT Software
http://www.matthias-paul-scholz.homepage.t-online.de/lego/nxt/index.html
Informative englische Homepage
http://www.hitechnic.com HiTechnic Produkte, Sensoren, Aktoren
http://www.mindsensors.com NXT Sensoren und Zubehör
http://www.nxt-forum.de größtes deutschsprachiges Forum
http://www.roboticslearning.com FIRST LEGO League Team and Mentor Workshops
http://lego.brandls.info Infos und Bauanleitungen zu Sensoren
http://www.vs-moebel.de/legoshop Verkauf von Lego Education
http://www.lpe-technik. de Verkauf von Lego Education
http://www.nxtprograms.com/projects.html Gute Bauideen in Englisch
http://vernier.com/nxt/projects.html Projekte mit Sensoren von Vernier
http://www.nxtprogramms.com Projekte für NXT 1.0 und 2.0
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 167
ROBOTERWETTBEWERBE/GLOSSAR
Nachfolgend eine Aufstellung von Roboterwettbewerben und
Ihrer Veranstalter auch für Lego Roboter.
Logo Titel/Link Land
http://www.robocup.de/
Deutschland
Robocup International
The Robocup Federation
Weltweit
http://www.hands-on-technology.de/
Hands on Technology (u. a. Deutschland,
Schweiz, Österreich)
DE, AT, CH,
weltweit
http://spurt.uni-rostock.de/
Deutschland
Universität Rostock
Deutschland
http://www.roberta-home.de/
Fraunhofer Institut
Deutschland
http://www.roboter.lo.to/
Roboterwettbewerb der Universität Dortmund
Deutschland
http://www.robolympics.ch/
Robolympics Hochschule Rapperswil
Schweiz
http://www.eurobot.org/ Europa
http://www.robotik-ag.eu
IGS Rockenhausen
Deutschland
http://www.mm-robo.de/
MicroMountains Network e. V. &
IHK Schwarzwald-Baar-Heuberg
Deutschland
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 168
FACHBEGRIFFE EINFACH ERKLÄRT
Adapter
Eine besondere Steckverbindung, um einen
Nicht-NXT-Sensor an den NXT anzuschließen.
Aufgabe
Eine Reihe von Programmbefehlen. Eine Aufgabe
erzeugt die festgelegte Ausgabe, bis eine
bestimmte Bedingung erfüllt ist.
Aufrufen
Lädt ein gespeichertes Programm von der
Festplatte und macht dieses zum aktuellen
Programm.
Ausgang
Die drei Anschlussstellen (A/B/C) des NXT für die
Motoren und Lampen.
Backup
Sicherheitskopie
Befehl
Eine Programmanweisung, die zur Ausführung
eines bestimmten Schrittes führt.
Bug
Fehler in einem Computerprogramm
Bestimmungswerte
Angaben zur Programmierung, die
Programmanweisungen näher beschreiben
Compiler
Übersetzer für Hochsprachen
Dauer
Zeitspanne, während der eine Aktion läuft oder
ein Zustand andauert.
Download
Beim Herunterladen werden Daten von einer
Gegenstelle angefordert und zum NXT
übertragen. Herunterladen ist somit das
Gegenstück zum Hochladen bzw. "Upload".
Firmware
Software, die in verschiedene elektronische
Geräte in einem programmierbaren Chip, und
zwar heute fast ausschließlich in Microcontroller
eingebettet ist. Sie ist zumeist in einem Flash-
Speicher, einem EPROM oder einem EEPROM
gespeichert, der heute zumeist in den
Microcontrollerbaustein integriert ist.
Die Firmware enthält meistens elementare
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 169
Funktionen zur Steuerung des Gerätes, Ein- und
Ausgaberoutinen, gelegentlich auch
umfangreichere Funktionen für Arbeiten mit
Speicher, CPU und anderen Komponenten.
Hardware
Oberbegriff für die maschinentechnische
Ausrüstung eines Systems z. B. eines
Computersystems.
Icon
Der englische Ausdruck Icon (griechisch =
Bild, deutsche Bezeichnung: Symbol) bezeichnet
im Computerbereich ein Piktogramm, welches
eine Datei auf der Festplatte oder einen Link
repräsentiert.
Infrarot
Die Wellenlängen, die zur Kommunikation
zwischen Geräten verwendet wird. Infrarot
ermöglicht eine drahtlose Kommunikation mit
Peripheriegeräte
Laden
Übertragen eines Programms auf den NXT.
LEGO Mindstorms
Robolab
Robolab ist eine ikonische
Programmierumgebung für die Mikrocomputer
RCX und NXT von LEGO. Weitere Informationen
erhalten Sie im Methoden- und Werkzeugmodul
"Phykonische Programmierung".
Mikrocontroller
Mikrocontroller sind Ein-Chip-Computersysteme,
bei welchen nahezu sämtliche Komponenten (wie
z.B.: CPU, Programmspeicher (meist auf ROM-
oder Flash-Basis), Arbeitsspeicher (auf SRAM-
Basis), Ein-/Ausgabe-Schnittstellen) auf einem
einzigen Chip (Integrierter Schaltkreis)
untergebracht sind.
Mikroprozessor
Ein Mikroprozessor ist eine Recheneinheit eines
Computers in sehr kleinem Maßstab, der über
Software andere Bestandteile steuert. Die
grundlegende Eigenschaft des Prozessors ist
seine Programmierbarkeit. Bei einem
Mikroprozessor sind alle Bausteine des kleinen
Prozessors auf einem Mikrochip vereinigt
ML-CAD
LDraw ist ein offener Standard für Lego-CAD-
Programme (z.B. MLCad) und beinhaltet eine
große Bibliothek an Legobausteinen. Hiermit
lassen sich auf sehr einfache Weise virtuelle
Legomodelle zusammensetzen und anschließend
photorealistische Bilder rendern.
www.engeln.info
Lehrerhandbuch NXT Education System Seite 170
Multitasking
bezeichnet die Fähigkeit eines Betriebssystems,
mehrere Aufgaben (Tasks) nebenläufig
auszuführen.
NXT
Der NXT ist ein Mikrocomputer der Firma LEGO,
an den unterschiedlichste Sensoren (Licht-,
Temperatur-, Geräusch-, Ultraschall-, uvm.) und
Aktoren (Motoren, Lampen uvm.) angeschlossen
werden können. Er wird wie der RCX mit einer
ikonischen Form von LabView programmiert.
RCX
Der RCX ist ein Microcomputer der Fa. LEGO, an
den unterschiedlichste Sensoren (Licht-,
Temperatur-, Geräusch- etc.) und Aktoren
(Motoren, Lampen uvm.) angeschlossen werden
können.
Schleife
Ein Programmabschnitt, der sich so oft wie
angegeben wiederholt.
Speichern
Legt ein Programm auf der Festplatte des
Computers ab.
Symbole
Bildliche Darstellung von Programmbefehlen
Task
Aufgabe
Verknüpfen
Verbinden von Befehlen