Semesterarbeit SS06 LEGO Mindstorms NeXT Generation Claudia Frischknecht und Thomas Other Betreuer Christian Plessl Andreas Meier Professor Dr. Lothar Thiele

Mindstorms Grundlagen: Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Mindstorms Grundlagen: Vergleich zu RCX NXT Generation Sensortests: Ultraschall-, Licht-, Ton-, Tastsensor Bluetooth: Kommunikation mit dem Lego Baustein Projekt: Planung und Umsetzung

Vergleich zu RCX Tastsensor, Lichtsensor verbessert Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Vergleich zu RCX Tastsensor, Lichtsensor verbessert Ultraschallsensor, Tonsensor, NXT Baustein neu entwickelt Rotationssensoren in den Motoren USB und Bluetooth LEGO Software LabView (Mac kompatibel) LEGO TECHNIC Bauelemente

NXT Generation NXT Baustein * CPU: 32-bit ARM7 Mikrocontroller 48 MHz Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt NXT Generation NXT Baustein * CPU: 32-bit ARM7 Mikrocontroller 48 MHz Co-Prozessor: 8-bit AVR Mikrocontroller 4 MHz * 4 Eingangsports / 3 Ausgangsports * 100 x 64 Pixel LCD Display * USB 2.0 und Bluetooth * Lautsprecher Motoren * 3 Motoren mit integriertem Rotationssensor Sensoren * Ultraschallsensor * Tastsensor * Tonsensor * Lichtsensor

Ultraschall Sensor Digitaler Sensor Eigener Mikrocontroller Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Ultraschall Sensor Digitaler Sensor Eigener Mikrocontroller übermittelt Messwerte an den NXT Baustein Genauigkeit: ± 3 cm Sichtweite: 150 cm

Ultraschall Sensor: Sichtfeld Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Ultraschall Sensor: Sichtfeld

Ultraschall Sensor: kritische Bereiche Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Ultraschall Sensor: kritische Bereiche

Tastsensor Tonsensor Licht Sensor Analoger Sensor Kollisionserkennung Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Tastsensor Analoger Sensor Kollisionserkennung Gedrückt bei: 34 Gramm entspricht 0.34 Newton Tonsensor Misst Schalldruck entweder in dB oder dBA Besteht aus: Mikrophon, Gleichrichter und Mittelwertbilder Licht Sensor 2 Operationsmodi: Ambient Light / Reflected Light (LED) Farben können nicht eindeutig einem Wertebereich zugeordnet werden

Bluetooth Kommunikation unter mehreren NXT Robotern möglich Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Bluetooth Kommunikation unter mehreren NXT Robotern möglich Kommunikation mit PC / Handheld / Mobilephones LMS2006 Protokoll: System Kommandos FILE I/O Hardware Control (Boot, Device Infos, Bluetooth reset) Direkte Kommandos Program Control (Start, Stop) Play Sound (Tone, Soundfile) Control Sensors / Motors Bluetooth Comm. Control (Send / Receive Messages) Device Control (Power Down, Battery Level)

Bluetooth LMS2006 Protokoll Packetformat: Perl: Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Bluetooth LMS2006 Protokoll Packetformat: Perl: Library für NXT Kommunikation Skriptsprache, daher flexibel und einfach ausbaufähig Zur Zeit nur File I/O implementiert

Projekt Explorer Testumgebung: Projektidee: Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Projekt Explorer Testumgebung: Projektidee: Raum erforschen, Karte zeichnen, Licht- und Lärmverhältnisse in der Karte eintragen Aufgaben: Bewegungsplanung / Kollisionsverhinderung Konstruktion einer Karte aus den Sensordaten Lokalisation im Raum

(höhere Programmiersprachen sind in Entwicklung) Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Next Byte Codes (NBC) versus LEGO Software (höhere Programmiersprachen sind in Entwicklung)

Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Explorer #1 Aufgaben: Konstruktion einer Karte aus Sensordaten

Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Explorer #2 Aufgaben: Startpositionierung Bewegungsplanung Kollisionsverhinderung

Explorer #3 Aufgaben: Messung der Umgebungsbedingungen: Gewichtung Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Explorer #3 Aufgaben: Startpositionierung Konstruktion einer Karte aus den Sensordaten Bewegungsplanung, Kollisionsverhinderung Messung der Umgebungsbedingungen (Ton, Licht) Kurskorrektur Abbruchbedingung Speichern der Karte im Targa (TGA) Bildformat Messung der Umgebungsbedingungen: Gewichtung Kurskorrektur: FIFO Buffer Abbruchbedingung: Start Umgebung

Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Explorer #3

Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Resultat

Next Steps Navigation: Allgemein: Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Next Steps Navigation: Lokalisation Integrierter Kompass Allgemein: Parallelisierung Rechtwinklige Raumecken Bluetooth

Schlussfolgerung + Rotationssensoren + Digitaler Ultraschallsensor Übersicht Mindstorms Grundlagen Sensortests Bluetooth Projekt Schlussfolgerung + Rotationssensoren + Digitaler Ultraschallsensor + Bluetooth + Grosses Display + Geeingnet für PPS (auch mit Assembler) - Abhängigkeit von Versorgungsspannung - Belastbarkeit der LEGO TECHNIC Bauteile