LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent...

60
2013 Frank Engeln 2013 © [LEGO MINDSTORMS EDUCATION - EV3 ROBOTER]

Transcript of LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent...

Page 1: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

2013

Frank Engeln 2013 ©

[LEGO MINDSTORMS EDUCATION - EV3 ROBOTER]

Page 2: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

2

Vergleich EV3 Education und Home Version:

Vergleich EV3 Education und NXT Education Versionen:

Page 3: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

3

Die Funktionen des LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick

Starten und Beenden

Es dauert 20 bis 30 Sekunden bis das System startet, weil der LEGO MINDSTORMS Education EV3

Intelligent Brick mit Linux als OS in ARM betrieben wird und ein No Sleep-Modus verfügbar ist

Port View

Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte

von Sensoren gemessen werden können.

Folgende Bilder zeigen die EV3 Brick Anzeige und den Wert von einem gemessenen Tastsensor.

Page 4: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

4

Motorsteuerung

Mit den Tasten auf LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick, können die Motoren

angeschlossenen Motoren gesteuert werden - vorwärts oder rückwärts. Der EV3 erkennt

automatisch an welchem Ausgang ein Motor angeschlossen ist.

Es gibt 2 Anschlüsse Kombinationen, "A und D" und "B und C."

Die Bilder zeigen den EV3 Large Motor Anschluss an A-und einen weiteren an dem D-Port.

Die obere Taste steuert den linken Motor mit A-Anschluss und die rechte Taste steuert den Motor

mit D-Anschluss.

On-Brick Programmierung

On-Brick Programmierung

Programm können auch nur mit dem LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick erstellt

werde, also ohne PC.

Folgenden Programme können kombiniert werden: die Bewegung der Motoren, Sensoren,

Wiederholungen etc.

Page 5: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

5

On-Brick-Programmierung – was ist zu tun?

1. Wähle "Brick-Programm" im Display.

2. Ein Bildschirm zur On-Brick-Programmierung erscheint. Wähle den Ort, um die

Programmblöcke zu setzen. Mit den Bedientasten auf dem EV3 Brick werden die Blöcke

ausgewählt. Ein Pfeil nach oben erscheint, wenn man richtig gewählt hat.

3. Eine Auswahlliste erscheint, nachdem man den Up-Button auf dem EV3 gedrückt hat. Mit

dem mittleren Button kann man den gewünschten Block auswählen.

* Es gibt viele Programmblöcke (up-Button drücken).

4. In der gleichen Weise, bitte Einschub andere Blöcke ausgewählt und dem Programm

hinzugefügt.

5. Bei einigen Programmblöcken können auch Parameter geändert werden. Durch die nach

oben und unten-Tasten werden Werte geändert. Ist der richtige Block gefunden wird die

mittlere Taste gedrückt.

Page 6: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

6

6. Mit dem linken und danach dem mittlerem Button, wird das Programm gestartet und

getestet.

Gespeicherte Programme können in die LEGO Mindstorms Education EV3 Software

übertragen werden.

On-Brick- Datenprotokollierung – was ist zu tun?

Auch Datenlogging ist nur mit dem LEGO MINDSTORMS Education EV3 Brick möglich. Sensorwerte

messen und diese auslesen ist ohne PC möglich.

Es folgt die Erklärung für On-Brick Datenprotokollierung am Beispiel des Ultraschallsensors.

Vorbereitung: Schließe den Ultraschallsensor am Port 3 des EV3 an. 1. Protokollierung: starte Select "Brick Datalog" für die Protokollierung.

2. Protokollierung einrichten. Wähle das Schraubenschlüssel-Symbol in der unteren rechten Ecke, um das Messverfahren des Sensors zu ändern oder die Abtastrate zu ändern. Man kann innerhalb von 1 Abtastung (Sample)/Minute, 0,1 sample/Sekunde, 1 Abtastung/Sekunde, 10 Abtastungen/Sekunde, 100 Abtastungen/Sekunde und 1.000 Samples/Sekunde wählen. 3. Nun startet man mit der Aufzeichnung des Wertes, indem man das runde Symbol neben dem Werkzeug-Symbol aktiviert.

Page 7: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

7

Bei einer Abtastrate von 1.000 Abtastungen/Sekunde wird die Grafik auf dem Bildschirm nicht dargestellt, sondern die Daten werden direkt gespeichert. 4. Durch drücken des mittleren Buttons auf dem EV3 werden die Aufzeichnungen gespeichert.

Spezifikationen des LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick

Bezeichnung LEGO MINDSTORMS Education EV3

Prozessor ARM9 300MHz

Speicher 16MB Flash 64MB RAM

Betriebssystem Linux basiert

Display 178 x 128 Pixel

Ausgänge 4 Output Ports

Eingänge 4 Input Ports analog digital 460.8Kbit/s

USB Übertragungsgeschwindigkeit

Höchste Übertragung(480Mbit/s)

USB Verbindungen untereinander

Mehrere EV3s können verbunden werden (bis zu 4 EV3s)

Wi-Fi Kommunikations-Dongle ist erhältlich

Page 8: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

8

SD Karte Micro SD Karte bis zu 32 Gb wird unterstützt

Anschluss an andere Systeme iOS Android Windows

Benutzeroberfläche 6 Buttons Beleuchtungsfunktion

Programmgröße 0.950KB

Sensoren Kommunikation 1000 Mal/Sekunde 1ms

Data Logging Maximal 1,000 Samples / Sekunde

Bluetooth Kommunikation Bis zu 7 Slaves

Power Wiederaufladbarer Akku DC oder 6 AA Batterien

Akku Informationen

Art der Batterie Lithium Ionen

Kapazität 2050mAh

Kompatibilität mit NXT wiederaufladbare Batterie DC

nicht verfügbar

Batterieladung mit Transformator 10V DC verfügbar

Kann der EV3 mit stärken AA Batterien länger betrieben werden?

Nur wenn es wieder aufladbare Batterien sind

Dauer der Batterieladung 4 Stunden (vollgeladen)

Page 9: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

9

Buttons on LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick

①zentraler Button ② linke Taste ③ rechte Taste ④Up-Taste ⑤ Down-Taste ⑥ Return-Taste

Firmware

Es gibt keine Kompatibilität zwischen LEGO MINDSTORMS Education EV3 und dem LEGO MINDSTORMS Education NXT. Für den Einsatz von LEGO MINDSTORMS Education EV3, muss die EV3 Firmware heruntergeladen werden. Die Firmware kann nicht auf den NXT heruntergeladen und genutzt werden.

Klang

Premium-Lautsprecher sind eingebaut.

Anzeige

Das Display verbesserte sich von 100x64 Pixel auf 178x128 Pixel. Es gibt keine Hintergrundbeleuchtung.

Micro SD-Card Slot

Man kann nicht auf den Inhalt der SD-Karte als Laufwerk direkt von einem Windows-oder Mac PC zugreifen. Die Speicherkarten sind im Handel erhältlich. Mit der EV3 Software kann man Projekte, die auf der SD-Karte gespeichert sind, zugreifen.

HiTechnic Sensoren

Obwohl die Sensoren von HiTechnic für den EV3 anwendbar sind, haben einige von ihnen nicht die automatische ID-System-Erkennung. Es gibt keine eigenen Blöcke von HiTechnic für die EV3 Software im Augenblick. Dazu nutzt man in der Software des Blockes den "Row Sensor Value", mit dem man einen Wert von dem Sensor selbst erhalten kann.

Page 10: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

10

EV3 Farbsensor

Die digitale EV3 Color Sensor unterscheidet zwischen acht verschiedenen Farben. Es dient auch als

Lichtsensor durch Erfassen Lichtintensitäten. Studenten bauen können Farbe Sortier-und Line-

folgenden Roboter, experimentieren mit Lichtreflexion in verschiedenen Farben, und sammeln

Erfahrungen mit einer Technologie, die weit verbreitet in Branchen wie Recycling, Landwirtschaft und

Verpackungen verwendet wird.

Spezifikation des EV3 Farbsensors

Messung reflektiertes Licht von rotem Licht, Umgebungslicht-Intensitäts-Sensor, Farbe

nachweisbaren Farben:

8 Farben (farblos, schwarz, blau, grün, gelb, rot, weiß, braun)

Abtastrate: 1,000 Hz

Entfernung: 15 bis 50mm

Auto-ID in der EV3 Software integriert

Die besondere Qualität von EV3 Color Sensor

(a) über 45 Grad (effektiv messbarer Bereich) (b) über 53 mm (c) über 54 mm (d) über 88 mm Das Bild oben zeigt den Messbereich vom EV3 Farbsensor im „Color“-Modus. (Messwert) Der gelbe Bereich ist der effektive Messbereich, der graue Bereich verursacht Fehlmessungen.

Page 11: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

11

(a) über 53 Grad (b) über 53 mm (c) über 71 mm

Dies ist der Messbereich vom EV3 Farbsensor im „Reflected Light Intensity“ Modus. (Messwert)

Gebrauch des EV3 Farbsensor

Beispiel (On-Brick Programmierung)

1) Dies ist ein Programm " warte, bis der EV3 Farbsensor an dem Eingang Port 1 eine rote Farbe

erkennt" mit der On-Brick Programmierung.

Wenn man das Programm ausführt versucht der EV3 Farbsensor die Farben zu erkennen. Bewegt

man nun ein Objekt (rot) in die Nähe des Sensors, wird die Warteschleife beendet und das Programm

geschlossen.

2) Dies ist ein Programm " warte, bis der EV3 Farbsensor an dem Eingang Port 1 eine rote Farbe

erkennt " mit der On-Brick Programmierung.

Page 12: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

12

Wenn man zum Beispiel ein weißes Papier etwa 1 cm vor den Sensor hält, wird die Intensität des

reflektierten Lichts über den Wert 50 gehen. Dann wird das Programm gestartet mit diesem Zustand

und das Papier entfernt. Der wartende Prozess wird ausgeführt und das Programm beendet.

Beispiel für die Verwendung des EV3 Color Sensor in der Software

Dies ist ein Programm zum "erkennen der Farben mit dem EV3 Color am Sensor Eingang 1" mit der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software. Das Programm sieht wie folgt aus.

Dieses Programm verwendet 3 Blocks: "Anzeige", "Schleife" und "Farbsensor". Wenn das Programm übertragen und gestartet wird, zeigt das Display an Position X = 5 und Y = 5 (Koordinaten) den erkannten Farbwert als Zahl an. Farbkarte 0 bedeutet transparent. 1 bis 7 jeweils "schwarz", "blau", "grün", "gelb", "rot", "weiß" und entsprechend "braun".

Page 13: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

13

EV3 Gyrosensor

EV3 Gyrosensor Spezifikationen

Genauigkeit in Grad +/- 3°

Rate Modus maximal 440 Grad/Sek.

Sampling rate 1,000 Hz

Auto-ID Nur mit der EV3 Software

Beispiel mit der On-Brick Programmierung

Dies ist ein Programm "Warten auf des Gyrosensor, angeschlossen an Eingang 1“, das den Winkel

erkennt (45 Grad).

Nach dem Ausführen des Programms dreht man den Gyrosensor um 45 Grad im Uhrzeigersinn und

wartet bis der Prozess abgeschlossen und das Programm beendet ist.

Gyrosensor Programm

Dieses ist ein Programm zum Messen eines Winkels.

Dieses Programm verwendet 3 Blöcke: "Loop", "Gyrosensor" und "Display".

Wird das Programm ausgeführt, misst der Sensor den Winkel und gibt diesen auf dem Display aus.

Page 14: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

14

Der Wert vom Gyrosensor wird mit "0 Grad" unmittelbar nach der Ausführung des Programms

gemessen.

Dreht man den Sensor in die gleichen Richtungen wie das Bild, steigt der Wert im Uhrzeigersinn und

wenn man ihn nach links dreht nimmt der „Wert“ (Winkel) ab.

Vergleich EV3 Gyrosensor und der Gyrosensor von HiTechnic

EV3 Gyrosensor HiTechnic Gyrosensor

Maximale Geschwindigkeit

440 Grad / Sekunde 360 Grad / Sekunde

Anzahl der Messzeiten 1000 Mal / Sekunde 300 Mal / Sekunde

EV3 Tastsensor

Ein Tastsensor funktioniert wie ein normaler Lichtschalter. Durch das Drücken des Tasters

gegen einen leichten mechanischen Federwiderstand wird der Sensorstromkreis geschlossen

und somit der elektrische Impuls abgesetzt. Wird der Taster losgelassen, so wird der

Stromkreis wieder durch die mechanische Feder unterbrochen. Der Tastsensor des EV3

erkennt einmaliges Drücken oder zählt, wie oft die Taste gedrückt wurde.

Kreuzachsenloch auf der Taste Auto-ID in der EV3-Software

Page 15: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

15

Beispiel mit der On-Brick Programmierung

Wenn man das Programm ausführt wartet es, bis das Tastsensor gedrückt wird. Wird er gedrückt,

stoppt das Programm und es wird beendet.

Tastsensor Programm

Dies ist ein Programm "Anzeige des Status vom EV3 Tastsensor an Eingang 1".

Dieses Programm verwendet 3 Blocks: "Loop", "Tastsensor“ und den Block "Anzeige" über das

Datenkabel.

Wenn der Taster vom EV3 Tastsensor "off" nicht gedrückt ist, wird "0" auf LEGO MINDSTORMS

Display angezeigt. Wenn der Taster gedrückt wird "on", wird "1" auf dem Bildschirm angezeigt. Die

"Return"-Taste beendet das Programm.

Page 16: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

16

EV3 Ultraschallsensor

Der Ultraschallsensor erzeugt Schallwellen und „liest“ deren Echos, um Objekte zu erkennen

und deren Entfernung in cm zu messen.

Viele Tiere, darunter Hunde oder Fledermäuse, können Ultraschallwellen hören. Fledermäuse

selbst können Ultraschallwellen aussenden, um sich zu orientieren, was man auch als

Echoortung bezeichnet. Auf diesem Prinzip beruhen auch die Sensoren, die für Roboter

programmiert werden.

Die Entfernungsmessung mit Ultraschallsensoren beruht auf der Messung der Zeit, die eine

für den Menschen unhörbare Schallwelle braucht, bis sie zurückgeworfen wird.

Spezifikation für den EV3 Ultraschallsensor

Abstandsmessung 3cm bis 250cm

Präzision der Messung +/- 1 cm

Möglichkeiten senden Ultraschallwellen, Blinken: Ultraschallwellensuchen

Auto-ID gilt für EV3 Software

Senden und Empfangen

Der Ultraschallsensor ist augenartig designed. Das linke „Auge“ sendet und das Rechte empfängt.

Kompatibilität der Signale von NXT Ultraschallsensor mit den Signalen vom EV3 Ultraschallsensor

Der EV3 Ultraschallsensor kann im „Listen Mode“ Umgebungstemperaturen und Ultraschallwellen

messen. Der NXT Ultraschallsensor sendet regelmäßig Ultraschallwellen wenn er sich mit dem LEGO

MINDSTORMS Education EV3 verbindet. Im Test, ob es möglich ist Ultraschallwellen vom NXT

Ultraschallsensor wurde folgendes festgestellt. Wie das linke Bild zeigt, wenn der EV3

Ultraschallsensor und der NXT Ultraschallsensor nicht einander zugewandt sind Ultraschallwellen

nicht zu empfangen. Und wie das rechte Bild zeigt, wenn der EV3 Ultraschallsensor und der NXT

Ultraschallsensor einander zugewandt sind, erkennt er Ultraschallwellen als Wert 1 an.

Page 17: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

17

Es folgt das Ergebnis der eigentlichen Messung vom messbaren Winkel des EV3 Ultraschallsensors.

(a) um 20 Grad

(b) um 60 cm

(c) um 22 cm

Gemessenen wurde der Abstand zwischen dem Sensor und einem Objekt (ein Karton) , 60 cm vor

dem Sensor. Wenn man von oben auf den Sensor schaut misst er einen Bereich von ca. 20 Grad.

Beispiel mit der On-Brick Programmierung

Page 18: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

18

Dies ist ein Programm "Warte bis der Abstand, gemessen mit dem Ultraschalsensor an Port 1, unter

120 cm erkannt wird".

(a) Objekt

(b) Senden

(c) Empfangen

Nach dem Ausführen des Programms wird das Objekt näher an Ultraschall-Sensor, und wenn der

Abstand unter 120 cm wird, schließt der Prozess wartet, und das Programm beendet.

Ultraschallsensor Programm

Dieses Programm zeigt den gemessenen Wert des Ultraschallsensors an Eingang 4. Es werden 3

Blöcke verwendet: "Schleife", "Ultraschallsensor" und "Display".

Der Modus des Ultraschallsensors ist auf "Messdistanz in cm" eingestellt.

Nach dem Ausführen des Programms wird der Abstand in cm auf LEGO MINDSTORMS Education EV3

ausgegeben.

Page 19: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

19

Vergleich EV3 und NXT Ultraschallsensor

Art EV3 Ultraschallsensor NXT Ultraschallsensor

Umfang der Abstandsmessung 3 bis 250 cm 3 bis 250 cm

Gemessener Abstand 1 bis etwa 160 cm (tatsächlich gemessen)

1 bis etwa 160 cm (tatsächlich gemessen)

gemessener Winkel Ca. 20 Grad (tatsächliche Messung)

Ca. 20 Grad (tatsächliche Messung)

Präzision für die Messung des Abstands

+/- 1 cm +/- 3 cm

Beleuchtung Licht: Senden von Ultraschallwellen

nein

Blinken: Empfangen von Ultraschallwellen

Ultraschallwellen, die von außerhalb empfangen werden

ja nein

Mess-Modus 3 Modi: Distanz (cm) / Abstand (inch) / Ausstrahlung)

2 Modi: Abstand (cm) / (inch)

Auto-ID In der EV3 Software Wird in der EV3 Software mit Port View angezeigt

EV3 Infrarotsensor

Der digitale EV3 Infrarot Sensor (unten links) erkennt Signale, die in der Nähe von dem Roboter

gesendet (Infrarot Beacon) werden und liest diese aus. Schüler können ferngesteuerte Roboter

entwickeln, navigieren durch Hindernisparcours und erfahren dadurch, wie Infrarot-Technologien in

TV-Fernbedienungen, Überwachungssystemen und sogar in Zielerfassungen (z.B. Waffen) verwendet

werden.

Dieser Baustein (rechts) wurde für die Verwendung mit dem Infrarot-EV3 Sensor konzipiert. Der Stein

sendet ein Infrarot-Signal welches der Sensor aufspüren kann. Er kann auch als Fernbedienung für

den EV3 verwendet werden. Folgende ID werden gesendet:

Page 20: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

20

Spezifikation Infrarotsensor

Messbare Bereich Messung von bis zu etwa 50-70 cm

Maximale Entfernung für den Empfang

In bis zu zwei Metern kann IR Sensor Signale, die von Beacon gesendet werden, empfangen.

Kanal Unterstützt vier Signal-Kanäle

Befehl Empfängt IR Remote-Befehle

Auto-ID Auto-ID in der EV3 Software

Spezifikation IR Beacon

Kanal Vier einzelne Kanäle

Schalter und Taster

Enthält ein Sende Button und einen Kippschalter zum aktivieren / deaktivieren

LED Grüne LED die anzeigt, ob der Beacon ist aktiv

Auto power off Automatische Abschaltung, wenn keine Aktion innerhalb einer Stunde gemacht wird

Bereich Arbeitsabstand von bis zu zwei Metern

Leistung Erfordert zwei AAA-Batterien

Page 21: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

21

Besondere Eigenschaften für den EV3 Infrarot Sensor

(a) Objekt

(b) Infrarotstrahlung

Mit dem Port View und im Nah-Modus vom EV3 Infrarot Sensor wurden die unten dargestellten

Ergebnisse von mir gemessen. Bei einem Abstand von weniger als 5 cm und mehr als 50 cm ist der

gemessene Wert nicht proportional.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9

gemessene Entfernung (cm)

tatsächliche Entfernung (cm)

Page 22: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

22

(a) Infrarotsignal

Im “Beacon-Modus“ ist das Ergebnis einer tatsächlichen Messung proportional zur Entfernung.

Beispiel für die Verwendung des Infrarot-EV3 Seeker Sensors

Dies ist ein Programm "Erfassen eines Signals mit dem EV3 Infrarot Seeker Sensor am Anschluss

Eingang 1" mit der EV3 Software.

Dieses Programm verwendet 3 Blöcke: " Anzeige", "Schleife", "Infrarot-Sensor Seeker".

Der Modus des EV3 Infrarot Seeker Sensors wird auf "Messung der Nähe" gestellt.

EV3 Motoren

Ein leistungsstarker Servomotor mit eingebautem Rotationssensor. Ein spezieller Regelkreis erlaubt es den Motor mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit zu betreiben. Dadurch wird auch die Steuerung mehrerer Motoren erleichtert. Das Motorgehäuse ist so konstruiert, dass sich auch Getriebezüge aus mehreren Zahnrädern mühelos anbauen lassen.

Page 23: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

23

Der EV3 Medium Servomotor ist ideal für lastniedrigere Anwendungen mit höheren

Geschwindigkeiten und wenn schnellere Reaktionszeiten und ein kleineres Profil im Roboterdesign

benötigt wird. Auch dieser Motor hat einen eingebauten Rotationssensor.

Spezifikation für den EV3 Motor

EV3 großer Motor

Rückmeldung in einem Winkel von 1 Grad

Anzahl der Umdrehungen 160 bis 170 UpM

Drehmoment für Drehungen 0.21 N*m (30oz*in)

Drehmoment für den Stillstand 0.42 N*m (60oz*in)

Gewicht 76 g

Auto-ID In der EV3 Software

Spezifikation für den EV3 Medium Motor

EV3 Medium Motor

Rückmeldung in einem Winkel von 1 Grad

Anzahl der Umdrehungen 240 bis 250 UpM

Drehmoment für Drehungen 0.08 N*m (11oz*in)

Drehmoment für den Stillstand 0.12 N*m (17oz*in)

Gewicht 36 g

Auto-ID In der EV3 Software

Page 24: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

24

Vergleich EV3 Motor und NXT Motor

Nr. item Education EV3 Education NXT

1 Drehgeschwindigkeit 160 bis 170 UpM Bis zu 165 UpM 2 Drehmoment für

Drehungen 0.21 N*m (30 oz*in) 0.21 N*m (30 oz*in)

3 Drehmoment für den Stillstand

0.35 N*m (60 oz*in) -

4 Gewicht 76 g 78 g 5 Auto-ID EV3 Software Wird in der EV3 Software erkannt 6 Tacometer verfügbar verfügbar verfügbar 7 Bemerkungen Er umfasst einen Rotationssensor

und steuert anderer Motoren mit seiner Geschwindigkeit.

Er umfasst einen Rotationssensor und steuert anderer Motoren mit seiner Geschwindigkeit.

Programmierung

Allgemein Anfänger und Fortgeschrittene können die Programmierfunktion in der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software gut nutzen, weil sie vor allem grafisch ist. Mit Blick auf das Programmieren von Blöcken, kann man die Einstellung von Parametern in den Programmierungsblöcken übersichtlicher anzeigen. So hilft es einem, die gesamte Struktur des Programms im Überblick zu halten. Die Einführung von mehreren "Start Bausteinen", um das Programm zu starten, realisiert leicht die parallele Programmverarbeitung (Parallele Tasks). Ist das Programm erstellt und man startet es, wird optisch durch Hervorhebung der Blöcke sichtbar, wo sich das Programm gerade befindet. Man kann in einem Programmblock, durch die Kombination mehrerer Anweisungen von Blöcken, zu einem neuen Block machen. ( Mein Block) Programme erstellen

Page 25: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

25

1. Datei wählen → Neues Projekt → Programm 2. Content Editor schließen 3. Programm mit Drag -and-Drop –Symbolen aus der Palette am unteren Rand des Bildschirms erstellen.

Ein Programm für den NXT erstellen

Man kann ein Programm für den LEGO MINDSTORMS Education NXT mit LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software erstellen. Aber nicht alle Funktionen werden unterstützt und es gibt Einschränkungen wie die folgenden Tabellen zeigen. Mit der NXT Software können keine Programme für den EV3 erstellt werden.

Werkzeuge

Kategorie Nr. Funktion der EV3 Software Trifft zu oder nicht - beim NXT

Grund-funktionen

1 Eigene Blöcke erstellen -

2 die Funktion zum Einstellen von Anfangswert , Maximum, Minimum

x

3 Firmware aufspielen -

4 Wi-Fi -

5 die Funktion HiTechnic Sensoren und neue Sensor Blöcke zu importieren

x

6 Speichererweiterungen nutzen -

7 Daten Log -File -Manager -

8 Graphen bei der Datenprotokollierung anzeigen -

9 Werte aus dem Datensatz löschen x

10 Datenlogging Programm x

Page 26: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

26

Programm Symbole/Blöcke

Kategorie Nr. Funktion der EV3 Software Trifft zu oder nicht - beim NXT

Bewegung 1 Medium Motor x

2 Großer Motor x

3 Lenkung nicht verfügbar

4 Display x

5 Sound x

6 Button Light nicht verfügbar

Flusskontrolle 7 Start x

8 Stand-by x

9 Schleifen x

10 Umschaltung x

11 Abschaltung/unterbrechen x

Sensoren 12 Brick Button x

13 Farbsensor nicht verfügbar

14 Gyrosensor nicht verfügbar

15 Infrarot Such Sensor nicht verfügbar

16 Rotationssensor nicht verfügbar

17 Temperatursensor x

18 Timer x

19 Tastsensor x

20 Ultraschallsensor nicht verfügbar

21 Energie-Messer x

22 Soundsensor x

Daten Operatoren

23 Variablen x

24 Konstanten x

25 Logische Operatoren x

26 Mathematik x

27 runden x

28 vergleichen x

29 Bereiche x

30 Text x

31 Zufallszahlen x

Weiteres 32 Dateizugriff nicht verfügbar nicht verfügbar

33 Data Logging nicht verfügbar

34 Benachrichtigungen nicht verfügbar

35 Bluetooth Verbindung nicht verfügbar

36 Raw Sensor Wert nicht verfügbar

37 Motor umkehren x

38 Stopp-Block x

Eigene Blöcke 39 Eigene Blöcke x

Page 27: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

27

Datenlogging

Kategorie Nr. Funktion der EV3 Software Trifft zu oder nicht - beim NXT

Experiment Funktionen

1 Experimentelle Konfiguration (Einstellung der Sampling-Nummer oder welche Sensoren man nutzt)

x

2 Datensatz-Tabelle (eine Tabelle, um temporäre Daten zu speichern)

x

3 Datensatz Berechnung x

4 Graphen programmieren x

Vorhersage 5 Prädiktion (Vorhersage eines Graphen des Experiments)

x

Analyse Werkzeug

6 Punkt-Analyse (eine Funktion, um die Werte einiger Punkte zu untersuchen)

x

7 Bereichs-Analyse (eine Funktion, um Werte eines gewissen Bereiches zu untersuchen)

x

Rechnen Block In der EV3 Software ist der Numerische Block erheblich verstärkt worden.

Eingabe Berechnungsergebnis

Addition A, B A + B

Subtraktion A, B A – B

Division A, B A / B

Multiplikation A, B A * B

absoluter Wert

A wenn a 0 und darüber A ist, und, wenn A kleiner als 0 ist-A. Die Ergebnisse sind immer 0 und vieles mehr.

Quadratwurzel A √A

Exponent A, N A^N

ADV A, B, C, D

Eigene Formeln erstellen mit A, B, C, D.

Berechnungen können individuell bezeichnet werden. Alle Formeln sind mit 4 Variablen möglich.

Page 28: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

28

Verschiedene Berechnungsformeln können erstellt werden.

Programmieren mit Blöcken Im gestarteten Programm werden die Blöcke hervorgehoben die gerade durchlaufen werden.

Praxis: nur ein Teil des Programms Um nur einen bestimmten Teil des Programms auszuführen, wird dieser mit der Maus am PC markiert.

Page 29: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

29

Klickt man nun auf Start, wird der markierte Programmteil ausgeführt.

Inhalts-Editor (Content Editor) Der Inhalts-Editor wird verwendet um ein Projekt zu dokumentieren. Es können eigene Seiten erstellet werden die Beschreibungen, Fotos, Videos und sogar Bauanleitung enthalten. Jede Seite kann mit verschiedenen Layouts angepasst und mit einer Reihe von „Maßnahmen“, wie beispielsweise das Öffnen spezifischer Programme oder die Hervorhebung eines bestimmten Programmierblocks ausgestattet werden.

Verschiedene Seitenlayouts

Page 30: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

30

Sound Editor

Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 klingen kann jede Note. Es kann eine Sounddatei mit dem

Sound Editor erstellt werden.

Page 31: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

31

Bildeditor

ES können Bilder in hoher Auflösung auf dem Display des EV3 angezeigt werden. Eigene Bilddateien

können mit dem Bild-Editor erstellt werden.

Eine Möglichkeit den EV3 Gyro Sensor durch das Programm zu initialisieren Wenn man den Gyro Sensor initialisieren möchte, wählt man den "Gyro-Sensor" in Programmieren-Block-und "Reset-Modus" aus.

Der Gyro Sensor wird initialisiert, wenn der Gyro-Sensor-Block im Reset Mode ausgeführt wird.

Page 32: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

32

Beispiel für die Art der Initialisierung Gyro Sensor Mit dem Drücken des Tast-Sensors ist der Gyro Sensor initialisiert. Nach dem Initialisieren wird 0 im Display des EV3 angezeigt.

Page 33: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

33

Experiment

Datenprotokollierung

Es gibt zwei Möglichkeiten um die Datenaufzeichnung durchzuführen. Eine besteht darin, die Datenprotokollierung nur mit dem EV3 (die so genannte "On-Brick Programming") und die Zweite mit der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software. "On-Brick-Programmierung" Die Daten kann man auf dem Display des EV3 einsehen und speichern. Im Falle von autonomen Robotern ohne Verbindung zum PC, können die Daten im EV3 gespeichert und später dann auf den PC via "Memory-Browser-Funktion" übertragen werden. Datenprotokollierung mit der Software Man kann Daten in Form von Graphen, d.h. die Werte von Sensoren durch das Verbinden des EV3 zum PC über USB-Kabel, Bluetooth oder Wi-Fi messen.

Daten-Analyse-Funktion

Datenaufzeichnung

Vorhersage durch verschiedene Funktionen:

Page 34: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

34

Punkt-Analyse

In Abschnitt Analyse stehen durchschnittlich, Median, Standardabweichung und angepasste Kurve zur Verfügung. Datenprotokollierung mit der "On-Brick Data Logging"-Funktion 1. Wähle die "Apps-Registerkarte" und dann "Brick Datalog" im Menü-Bildschirm EV3

2. Ändern der Sensor Ports durch Drücken der rechten oder linken Tasten auf dem EV3. 3. Mit dem "Schlüssel" kann die Anzahl der Daten pro Sekunde und Sensor-Modus geändert werden.

4. Die Datenaufzeichnung beginnt, wenn "○" gedrückt wird. Wenn "○" noch einmal gedrückt wird können die Daten gespeichert werden. Die gespeicherten Daten (Datei) können mit der "Speicher-Browser-Funktion" in die EV3 Software übertragen werden (siehe Seite 5).

Page 35: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

35

EV3 Software – Datenlogging

1. Den EV3 mit dem PC über USB verbinden.

2. Neues Experiment anlegen durch "Datei" → "Neues Projekt" → "Experiment"

3. Es öffnet sich ein Bildschirm für die Datenprotokollierung. Der Wert von Sensoren oder Motoren wird in Echtzeit gemessen von Auto-ID und "Oszilloskop-Modus" angezeigt

4. Durch klicken auf den Button „Oszilloskop-Modus“ startet die Aufzeichnung.

5. Zeit und Intervall für das Abrufen von Daten des/der Sensors/en einstellen. 6. Das Programm ausführen um die Daten zu erhalten.

Die Daten werden im "Projekt" gespeichert unter der Registerkarte „Dateien". Die gespeicherten Daten auf dem PC können mit der "Memory-Browser-Funktion" in den EV3 geladen werden oder umgekehrt.

Page 36: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

36

Werte, die graphisch in der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software aufgezeichnet werden können.

Sensor Messobjekt Ausmaß der Wert Einheit

Farbsensor Farbe 0 bis 8

Umgebungslicht 0 bis 100

Reflexion von Licht 0 bis 100

Gyrosensor Winkel -180 bis 180 Grad

Rate -440 bis 440 d/s

IR Sensor Präsenz 0 bis 100 %

Übertragungsrichtung -25 bis 25 Grad

Übertragungspräsenz 0 bis 100 %

Signale von der Fernbedienung

0 bis 10

Motor Winkel -180 bis 180 Grad

Anzahl der Umdrehungen -100 bis 100 rot

Power 0 bis 100 %

Temperatursensor Celsius -20 bis 120 C

Fahrenheit -65 bis 260 F

Tastsensor Status 0, 1

Ultraschallsensor Abstand (Zentimeter) 0 bis 255 cm

Abstand (inch) 0 bis 100 i n

Ultraschallwellen empfangen 0, 1

Energiemessung Eingangsspannung 0 bis 10 Volt

Eingang elektrischer Strom 0 bis 100 Amp

Eingangsspannung 0 bis 5 Watt

Ausgangsspannung 0 bis 10 Volt

elektrischer Ausgangsstrom 0 bis 100 Amp

elektrischer Ausgangsstrom 0 bis 5 Watt

elektrische Energie 0 bis 100 Joule

NXT Geräuschsensor dB 0 bis 100 dB

dBa 0 bis 100 dBa

Page 37: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

37

Grafik Programmierung Mit der EV3 Software können Motoren oder Sounds mit dem von einem Sensor gemessen Wert nach einer sich aus der Datenprotokollierung ergebenen Kurve geschaltet werden. Bsp.: Ein Ton ertönt, wenn der Winkel des Motors über 90 Grad ist. Dies ist nennt sich "Grafische-Programmierung" und es ist eine neue Funktion für die LEGO MINDSTORMS Education EV3 Software. Diese Funktion ist nicht in der Home-Version der EV3 Software enthalten.

V3 Software – Datenlogging - Programmieren

7. Den EV3 mit dem PC über USB verbinden. 8. Neues Experiment anlegen durch "Datei" → "Neues Projekt" → "Experiment"

. 9. Die Zeit und die Intervalle für die Datenprotokollierung einstellen, und den Sensor, den man

verwenden möchte auswählen.

Page 38: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

38

10. Auswahl: Graph Programmierung – unten links im Programm.

11. Den Schwellwert durch “☆”, “□”, “○” setzen.

12. In diesem Beispiel ist der “☆” Bereich programmiert. Durch Doppelklick auf die Programmierfläche können Blöcke eingefügt werden.

13. Das Programm herunterladen und ausführen.

Wenn der Wert des Sensors innerhalb der Ausdehnung des Schwellenwertes ist, bewegt er sich, wie

programmiert. Damit ist es möglich, Schwellenwerte für Sensoren einzustellen, um beispielsweise ein

Signal ertönen zu lassen, sobald der Temperatur-Sensor eine bestimmte Temperatur erkennt

Page 39: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

39

Aufgaben

Das erste Programm

Für das erste Programm ziehen wir aus der einen Anzeige-Block auf die Bühne. Im Bild Editor erstellen wir einen Smiley und speichern diesen ab.

In dem Programmblock rufen wir dieses Bild auf.

Nun muss noch die Dauer angegeben werden, wie lange das „Bild“ erscheinen soll. Dieses macht

man mit dem Warteblock bzw. Zeitblock.

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 wieder gelöscht wird, wenn man keinen Zeitblock hinzufügt.

Page 40: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

40

Sounds und Klänge

Mit dem Klang-Block kann man

eine Klangdatei oder Töne

abspielen. Klangdateien sind im

*.rsf Dateiformat gespeichert. Es

gibt einen Sound-Editor, 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 · — ·

Aufgabe:

1. Erstelle ein neues Programm. Speichere dieses mit dem Namen „morsen.ev3“ ab.

2. Programmiert SOS.

3. 2. Was bedeutet: · — · · · — — · — — — / — · — · · — — ?

Page 41: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

41

Für die nächsten Aufgaben braucht man einfachen Roboter mit 2 Motoren an Ausgang B

und C.

Motoren

Der EV3 verfügt über vier Motorausgänge mit den Bezeichnungen A, B, C und D.

Roboterfahrzeuge mit zwei Motoren können auch mit dem Hebellenkungs-Block gesteuert werden. Der Hebellenkungs-Block ist mit dem Bewegungslenkungs-Block vergleichbar, allerdings erfolgt die Steuerung bei Wendemanövern auf eine andere Weise.

In dem diesem Beispiel läuft Motor an Port A 2 Sekunden vorwärts, dann 2 Sekunden rückwärts:

Ein Motorblock kann immer nur einen Block zurzeit ansteuern.

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.

Page 42: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

42

Das Rotationssignal beinhaltet zwei Werte:

1. die Drehrichtung des Motors 2. die Anzahl der Drehimpulse. Der EV3-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.

Dieses Programm lässt einen Roboter einen Klang erzeugen, wenn er von Hand so geschoben wird,

dass sich seine Räder ein wenig bewegen:

Aufgabe: Was passiert hier?

Page 43: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

43

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 geradeaus 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 ein Ton erklingen bevor der Roboter startet und der Roboter soll eine Kurve mit großem Radius fahren. Nun soll wieder dieser Ton für 2 Sekunden erklingen.

Page 44: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

44

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 EV3 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 …

Der Umfang des Rades bzw. Reifen bedeutet abgewickelt auf die Straße den zurückgelegten Weg.

Bsp.: Ein EV3 Rad mit einem Durchmesser von 5,6 cm hat einen Umfang von 18 cm.

Page 45: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

45

Nach einer Umdrehung hat das Rad also 18 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.

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.

Page 46: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

46

Sensoren Blöcke

1. Reihe v.l.n.r.: Tasten auf dem EV3 Baustein, Farbsensor, Kreiselsensor,

Infrarotsensor, Motorumdrehung, Temperatursensor, Zeitgeber,

Berührungssensor, Ultraschallsensor, Energiezähler, NXT Geräuschsensor

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 Programm 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.

Page 47: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

47

Sensoren – Farbsensor als Lichtsensor

Der Farbsensor ist ein digitaler Sensor.

Das Funktionsprinzip basiert auf zwei LED-Leuchten. Eine von ihnen emittiert weißes Licht, um das Objekt zu erhellen, die zweite analysiert seine Farbe.

Er misst reflektiertes rotes Licht und Umgebungslicht sämtlicher Lichtstärken zwischen absoluter Dunkelheit und grellem Sonnenschein.

Abtastrate: 1 kHz Die EV3-Software erkennt den angeschlossenen Sensor automatisch

Wir benötigen eine Testauflage mit der schwarzen Linie und einen Roboter mit Farbensor. 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.

4. Der Roboter soll bis zu einer schwarzen Linie fahren und anschließend einen Ton

abgeben.

Page 48: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

48

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

geradeausfahren, 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 vorwärtsfahren, 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.

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.

Page 49: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

49

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

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)

Page 50: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

50

Sensoren - Farbsensor

Der digitale Farbsensor kann acht verschiedene Farben erkennen. Darüber hinaus dient er als Lichtsensor, der die Lichtstärke erkennt. Farbsensoren bestimmten die Farbe in der Regel über den Vergleich zum Referenzwert. Ein Farbsensor vergleicht die Farben – oder besser gesagt, er prüft die Übereinstimmung von Farbwerten. Dabei wird das Messobjekt mit einer Weißlichtquelle (LED) beleuchtet, die reflektierten Farbanteile werden anschließend ausgewertet.

Die Farb-Anzahl wird berechnet, indem der Sensor die Werte etwa 100-mal pro Sekunde aktualisiert.

Das sehen wir: das sieht der Sensor:

Er misst die Helligkeit im Bereich von 0 bis 100%.

Der Farbsensor erkennt nachweisbaren Farben: 8 Farben (farblos, schwarz, blau, grün, gelb, rot, weiß, braun)

Aufgabe:

1. Der Roboter fährt über schwarze und rote Linien, bei einer roten Linie gibt er den Ton „A5“, bei einer schwarzen Linie den Ton „E4“ 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.

Page 51: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

51

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 EV3.

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)

Page 52: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

52

Sensoren – Infrarot/ Ultraschall Messübung

Um die tatsächlichen Werte vom Abstand zu erhalten, sollen folgende Messungen durchgeführt werden:

1x Infrarotsensor, Lineal, Holzbrett oder 1x Ultraschallsensor

Versuchsaufbau:

Der gemessene Abstand soll in einer Tabelle eingetragen werden.

tatsächliche Entfernung (cm) gemessene Entfernung (cm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Page 53: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

53

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.

Blöcke importieren

Um Blöcke zu importieren, diese erst von der entsprechenden Internetseite (z.B.

www.hitechnic.com) downloaden. Oft stehen die Blöcke als *.zip Datei zur Verfügung. Die Datei

entpacken. Dann unter Werkzeuge den Assistent Blöcke importieren wählen. Es öffnet sich dieses

Fenster:

Nach dem Neustart der Software findet man die Blöcke bei den Sensoren:

Page 54: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

54

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 rückwärtsfahren. 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

Page 55: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

55

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: von Endlosschleife, Zeitschleife, Zählschleife und Logiksignal bis Zählen.

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 EV3 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.

Page 56: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

56

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. Man kann eine Parallelreihe erstellen, indem man vor der Parallelreihe eine neue Reihenleitung vom Ausgang des Reihensteckers am Programmierblock zieht: Aufgabe: 1. Baue die Kandidaten „Buzzer“ 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“.

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 EV3- Block Variable kann man Werte speichern und in einem anderen Teil des Programms wieder abfragen. Im Block oben rechts "Variable hinzufügen" kann man eine Variable anlegen und benennen. Besser ist es sinnvolle Namen zu wählen, das erleichtert das Lesen und Suchen von Fehlern. Die Variablen Numerischer und Logischer Wert, Text und Numerisches und Logisches Array sind vordefiniert und im Lese- oder Schreibmodus abrufbar.

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.

Page 57: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

57

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, EV3, 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.

Page 58: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

58

Geräuschpegelmessung im Straßenraum

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 werden

durch 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 EV3 und wertet diese in der Schule aus. Vergleicht die Werte. 2. Nutze den EV3 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)

Page 59: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

59

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 EV3 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 EV3

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

Page 60: LEgo Mindstorms Education - EV3 Roboter 2019-07-26 · Der LEGO MINDSTORMS Education EV3 Intelligent Brick hat eine Port View-Funktion, mit der Werte von Sensoren gemessen werden können.

Frank Engeln © 2013

60