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ROBOTIKPROJEKTE MIT DEM LEGO NXT UND DER PROGRAMMIERSPRACHE NXC U. Friedrich - Realschule Helmbrechts - 2012.

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Präsentation zum Thema: "ROBOTIKPROJEKTE MIT DEM LEGO NXT UND DER PROGRAMMIERSPRACHE NXC U. Friedrich - Realschule Helmbrechts - 2012."—  Präsentation transkript:

1 ROBOTIKPROJEKTE MIT DEM LEGO NXT UND DER PROGRAMMIERSPRACHE NXC U. Friedrich - Realschule Helmbrechts

2 Kennenlern-Runde Wer hat Roboter bereits im Unterricht eingesetzt? Haben Sie bereits mit LEGO Robotern gearbeitet? RCX oder NXT? Welche Programmierumgebung wurde verwendet? (NXT-G, RIS, RoboLab, NQC, NXC, RobotC, Lejos, andere) Wer hat bereits an Wettkämpfen teilgenommen?

3 Ziel des Workshops

4 Geplanter Ablauf Vorstellung NXT mit seinen neuen Möglichkeiten Vorstellung der Programmierumgebung NXC Crashkurs NXC (vom Hallo Welt-Prg. bis Multitasking) I²C-Sensoren von Drittanbietern verwenden Vorstellung Wettbewerbe und NXT-Projekte (falls Zeit) RoboCup Staffelstein Challenge RoboSoccer RoboCup Staffelstein

5 Der NXT Der aktuelle Baustein von Lego: NXT 2.0 Atmel-32-Bit-ARM-Prozessor 256 kb Flash-Speicher, 64 KB RAM, 48 MHz Koprozessor 8 MHz Atmel 8-Bit Bluetooth USB Mbit/s 3 Motorausgänge mit Rückkanal 4 Sensoreingänge, analog und digital (I²C) der vierte Eingang ist ein High-Speed-Port Atmel-32-Bit-ARM-Prozessor 256 kb Flash-Speicher, 64 KB RAM, 48 MHz Koprozessor 8 MHz Atmel 8-Bit Bluetooth USB Mbit/s 3 Motorausgänge mit Rückkanal 4 Sensoreingänge, analog und digital (I²C) der vierte Eingang ist ein High-Speed-Port

6 Was wurde verbessert? Grafisches Display (100x64px) Mehr Sensoren (4 statt 3) Verbesserte und neue Sensoren Bessere Motoren (mit eingeb. Drehsensor) Statt Infrarot jetzt USB- bzw. Bluetoothverbindung zum PC Akku mit Transformator (optional zur Batterie) I²C-Bus für alle Sensoreingänge Datenlogging für Messwerterfassung

7 Kosten für Schule LEGO MINDSTORMS Education NXT Basisset ,- Euro für 2-3 Schüler ab 5. Klasse Das Set enthält 431 Elemente inkl. LEGO NXT Stein 1 wiederaufladbarer Akku 3 NXT Servo-Motoren, 2 NXT Berührungssensoren, 1 NXT Lichtsensor, 1 NXT Geräuschsensor, 1 NXT Ultraschallsensor, 1 USB Datenkabel,, 3 Lämpchen, 7 Verbindungs- und 3 Adapterkabel, Bauanleitungen, Sortierübersichten, feste Sortiermagazine in stabiler Aufbewahrungsbox

8 Interessante Sensoren von Drittanbietern

9 I²C Bus I²C steht für Inter-Integrated Circuit von Philips entwickelter serieller Datenbus Kommunikation zwischen Controller und Peripherie-ICs Seit 2006 keine Lizenzkosten mehr häufig verw. Es gibt einen Master und einen Slave nur zwei Datenleitungen Start- / Stopsignale bestimmen das Zeitverhalten Adressierung mit 7Bit

10 Vernier-Sensoren Stromsensor (Gleich- und Wechselstrom – Niederspannung) 58,00 Euro Boden-Feuchtigkeitssensor 141,00 Euro Gassensor (Sauerstoffkonzentration) 279,00 Euro Gasdrucksensor (alle gasförmigen Medien) 123,00 Euro Spannungssensor (Gleich- und Wechselstrom – Niederspannung) 58,00 Euro

11 NXT-Sensoren von Hitechnic IR-Receiver (Infrarotsensor)55,34 IR-Seeker Farbsensor V2 Beschleunigungssensor Gyrosensor Kompasssensor EOPD-Abstandssensor

12 mindsensors.com NXTCam V3 149,75 $ NXTSumoEyes 39,95 $ Linesensor Array44,95 $ Playstation controller interface42,95 $ 3-Achsen-Beschleunigungssensor49,95 $ HighPrecision IR-Entfernungssensor49,95 $ - long range 30 bis 140 cm - middle range 10 – 80 cm - short range 4 – 30 cm Pneumatischer Drucksensor39,95 $ Powermeter for NXT

13 Multiplexer Ermöglichen mehr Sensoren an einem Eingang Hitechnic Touch-Multiplexer Hitechnic Sensor-Multiplexer Mindsensors I2C-Multiplexer Mindsensors Touchsensor-Multiplexer (18,- $) Mindsensors Motor-Multiplexer (54,- $) Mindsensors Port-Splitter für I2C (11,- $)

14 Bedienung des NXT

15 NXC Not exactly C textorientierte Programmiersprache (Industriestandard C) entwickelt von John Hansen unterstützt viele professionelle Sensoren (Vernier, Mindsensors, Hitechnic etc.) trigonometrische und statistische Funktionen FREEWARE Kostenlos!

16 IDE von NXC mit BricxCC

17 Hallo Welt! task main() Hauptprogramm Text ausgeben TextOut (x, Zeile, String) Zahl ausgeben NumOut( x, Zeile, Zahl )

18 Sound und Töne

19 Motoren ansteuern An den Ausgängen A, B und C können die Motoren angeschlossen werden. Zum Steuern der Motoren stehen folgende Funktionen zur Verfügung: OnFwd(Ausgang, Leistung) Vorwärtsfahren OnRev(Ausgang, Leistung) Rückwärtsfahren Off(Ausgang) Motoren aus mit Bremse Float ( Ausgang ) Motoren aus ohne zu bremsen Als Ausgang können die entweder ein Ausgang (OUT_A, OUT_B oder OUT_C) oder gleichzeitig mehrere Ausgänge (OUT_AB, OUT_AC, OUT_BC oder OUT_ABC) angegeben werden. Die Leistung, aus der sich die Drehgeschwindigkeit ergibt, kann mit ganzen Zahlen aus dem Bereich von 0 bis 100 zwischen 0% und 100% festgelegt werden. 1,5 s 75% Stopp 1,5 s 75%

20 Exaktes Fahren mit dem Rad-Encoder Dein Roboter soll genau in die Garage fahren, natürlich ohne Unfall! Zeitsteuerung hängt jedoch vom Ladezustand der Akkus ab RotateMotor( AUSGANG_MOTOR, LEISTUNG, WINKEL ) Fahrstrecke exakt 150 cm Der Rad-Durchmesser beträgt 5,5 cm. Wie viele Umdrehungen werden benötigt, um 150 cm zu fahren? UMFANG = 1 Umdrehung (360 Grad) = 5,5 cm x π = 17,27 cm 150 cm / 17,27 cm = 8,69 Umdrehungen = 3127 Grad

21 Sensoren verwenden Touchsensor 1. Sensortyp und Port festlegen 2. Warten bis Sensorwert gleich 1

22 Der Ultraschall-Sensor 1. Sensortyp und Port festlegen 2. Warten bis Sensorwert <= 20 Hinweise: Der US-Sensor ist der komplexeste Sensor von Lego (I²C) Messbereich 5 – max. 250 cm Probleme mit Textilien, Messkeule muss beachtet werden Hinweise: Der US-Sensor ist der komplexeste Sensor von Lego (I²C) Messbereich 5 – max. 250 cm Probleme mit Textilien, Messkeule muss beachtet werden

23 Schleifen und Wiederholungen Wiederholung mit Bedingung (hier immer gültig Endlosschleife) Einlesen Sensorwert von Port 4 Ausgabe Sensorwert Zeile 1, x=0 200 msec Warten Flackern Sensor als I²C-Sensor an Port 4

24 Linienfolgen mit dem Lichtsensor Algorithmus folgt diesem Prinzip: helllinksBodenwert hell links drehen dunkelrechtsBodenwert dunkel rechts drehen

25 Linienfolgen Kalibrierung des Lichtsensors View 1.Wähle mit den grauen Pfeiltasten das Menü View 2.Bestätige mit orange Enter Reflected light 3.Wähle erneut mit den Pfeiltasten Reflected light 4.Bestätige mit orange Enter 5.Wähle den Port (3) 6.Positioniere den Roboter auf die weiße Fläche und notiere den gemessenen Lichtwert (z. B. 64) 7.Positioniere den Roboter auf die schwarze Linie und notiere den Lichtwert schwarz (z. B. 28) Berechnung des optimalen Schwellwerts Berechnung des optimalen Schwellwerts: (heller Wert + dunkler Wert) : 2 z. B = : 2 = 46 Schwellwert wäre optimal bei 46 Berechnung des optimalen Schwellwerts Berechnung des optimalen Schwellwerts: (heller Wert + dunkler Wert) : 2 z. B = : 2 = 46 Schwellwert wäre optimal bei 46

26 Schleifen und Wiederholungen repeat (Anzahl) {} Wiederholung mit Zähler repeat (Anzahl) {}

27 Bedingungen (Auswahlstrukturen) if(Bedingung){..} else{..} Ein- und zweiseitige Auswahl if(Bedingung){..} else{..} Operator==!=<><=>=Bedeutung ist gleich ist ungleich kleiner als größer als kleiner gleich größer gleichBeispiel if (a == 1) {... } if (a != 1) {... } If (x < 4) {... } if (x > 20) {... } if (x <= 10) {... } if (x >= 25) {... } Logische Verknüpfung && II AND ORBeispiel if (a > 1) && (i == 5) ) { … } if (a != 1) || (i <= 5) ) { … }

28 LEGO Wettbewerbe First Lego League First Lego League 9- bis 16-jährige First Tech Challenge First Tech Challenge 14- bis 18-jährige WRO World Robot Olympiad WRO World Robot Olympiad 7- bis 19-jährige

29 Wettbewerbe für Schulen: FIRST LEGO LEAGUE Video FLL 2009 Smart Move Internationaler Wettbewerb Jedes Jahr unter einem Motto Robot-Game und Forschungsauftrag nur Lego-Bauteile erlaubt!

30 Wettbewerbe für Schulen: ROBOCUP Video Humanoid-League RoboCup 2009 Video Standardplattform Michael Jackson Internationaler Wettbewerb mit WM viele Ligen (Humanoid, Smallsize, Middlesize etc.) keinerlei Bauteilbeschränkung – nur Größe/Gewicht!

31 Robocup junior Rescue Roboter müssen Opfer in einem unbekannten Parcours finden Hindernisse und unterbrochene Linien erschweren die Aufgabe Punktewertung

32 Robocup junior Dance Das Team führt eine Choreografie zusammen mit selbstbebauten Robotern auf Bewertung durch eine Jury

33 Robocup junior Soccer Spielfeld mit bzw. ohne Bande Tore farblich unterscheidbar (gelb/blau) 2 Halbzeiten a 10 min Jedes Team hat zwei Roboter (Torwart/Angreifer)

34 Challenge RoboSoccer Der Robocup-Ball sendet infrarotes Licht zur leichteren Lokalisation aus Der Roboter muss den Ball suchen und dann darauf zu fahren Wir spielen 2 gegen 2 bzw. 3 gegen 3 auf dem offiziellen Spielfeld LPE ca. 89,25

35 Challenge RoboSoccer I2C-Sensor aus den USA liest die hellste Stelle innerhalb eines Sichtfeldes von ca. 240 Grad Er hat fünf Dioden, die infrarotes Licht erkennen Er liefert als Wert die Richtung mit dem hellsten Wert Sieht er keinen Ball / Licht liefert er den Wert 0 zurück Hat Modi für gepulstes und normales Infrarotlicht Hitechnic IRSeeker V.2 Ca. 50,- USD

36 Hitechnic-Sensoren einlesen Wie müsste der Algorithmus für das BALLFOLGEN BALLFOLGEN lauten?

37 Das Internet ist ein wahres Füllhorn für tolle NXT-Projekte und kann der Phantasie auf die Sprünge helfen Projektbeispiele

38 Kreativität Projektideen E-Gitarre Soundfiles *.rso

39 Farbsortiermaschine Video Farbsortiermaschine mit Lego Colorsensor

40 Video Lenkradsteuerung

41 Fernsteuerung mit Wii-Remote

42 Zutrittskontrolle mit RFID Website mit Projektbeschreibung Video des Projektes

43 RFID-Roverbot mit Kompass Website RFID-Rover

44 NXT-Seilbahn Website NXT-Seilbahn

45 Farb- und Graustufenscanner Website Farb und Graustufenscanner

46 Portraitplotter mit Webcam

47 Segway (ohne Gyro) Video Segway mit Lichtsensor Video Segway mit Lichtsensor verbessert Video Segway mit Gyrosensor und PS2-Fernsteuerung

48 Wertvolle NXT-Links Gutes NXT-Forum RobotC Forum RobotC Soldaat von Xander Soldaat NXTCentral (Bauanleitungen) Paul NXT Ideen (gut!) Lego CAD-Software Windowsoberfläche NXT Bluetooth – Fernsteuerung Tolle Utilities für den NXT

49 DialogOS Sprachsteuerung für den NXT Professionelle Sprachengine der Uni Saarbrücken Grafische intuitive Programmierumgebung Bluetooth oder USB-Verbindung zw. PC NXT Einzel-Lizenz 98,- Euro Schul-Lizenz 523,- Euro

50 RobotC textorientierte Programmiersprache (Industriestandard C) entwickelt an der Carnegie Mellon University / USA unterstützt viele professionelle Sensoren (Vernier, Mindsensors, Hitechnic etc.) trigonometrische und statistische Funktionen nur Englisch Einzelplatz 69,- Euro Schullizenz (alle PCs) 299,- Euro


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