Robotik im IT Unterricht - BRG Kepler...Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup" The Dream By...

Robotik im IT‐Unterricht

Fachkoordinatorentag 22.01.2013BRG Keplerstraße Graz

Leander Brandl

IT‐Unterricht am BRG KeplerFachbereich Angewandte Informationstechnologiehttp://it.brgkepler.at

kepler robotikhttp://robotik.brgkepler.at

Bundesrealgymnasium Keplerstraßehttp://www.brgkepler.at

Diese Präsentation steht auf www.brgkepler.at unter dem Beitrag Fachkoordinatorentag Informatik 2013 zum Download zur Verfügung!

Überblick Robotik im IT‐Unterricht• Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup"• Robotik‐Systeme für den Unterricht• Robotik am Bundesrealgymnasium Keplerstraße Graz• Die Kepler Robo League• Das Robotik‐System "KeplerBRAIN"• Robotik‐Vorführungen durch Schülerinnen und Schüler des Bundesrealgymnasiums Keplerstraße

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup"

The DreamBy mid‐21st century, a team of fully autonomous humanoid

robot soccer players shall win the soccer game, comply with the official rule of the FIFA, against the winner of the most recent

World Cup.

http://www.robocup.org

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup"• 1997 turning point in the history of artificial intelligence and

robotics– May 1997, IBM Deep Blue defeated the human world champion in

chess– July 1997, NASA’s pathfinder mission made a successful landing and

the first autonomous robotics system• 1992 Professor Alan Mackworth (University of British

Columbia, Canada) had the idea of robots playing soccer• June 1993, a group of researchers, including Minoru Asada,

Yasuo Kuniyoshi, and Hiroaki Kitano, decided to launch a robotic competition: Robot World Cup Initiative, “RoboCup”

• 1997: first official RoboCup games

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior

• RoboCupJunior is a project‐oriented educational initiative that sponsors local, regional and international robotic events for young students.

• Drei Leaguen– Soccer Challenge– Dance Challenge– Rescue Challenge

• Zwei Altersgruppen– Primaries mit einem Alter von 10‐14 Jahren– Secondaries mit einem Alter von 15‐19 Jahren.

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior ‐ Soccer

• 2 Teams mit je 2 Robotern spielen gegeneinander• Ball sendet gepulstes infrarotes Licht aus• Größen‐ und Gewichtsbeschränkungen für die Roboter

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior ‐ Soccer

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Rescue A

• 1 Roboter sucht ein Opfer: silberne Alu‐Dose, die gefunden und “gerettet”werden muss

• Roboter muss Hindernisseüberwinden: schwarze Liniemit Winkeln und Lücken,Ziegel auf der Linie,Unebenheiten, Rampe, …

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Rescue A

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Rescue B

• 1 Roboter muss in einem Labyrinth navigieren und Opfer an den Wänden finden

• Opfer sind beheizt (36°)

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Rescue B

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Dance

• Schülerinnen und Schüler gestalten eineChoreographie und zeigen diese gemeinsam mitRobotern

• Design und Gestaltung von Robotern in Bezug auf Motto und Musik

• Kreativität

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior – Dance


• 1998 RoboCupJunior began, with a demonstration at RoboCup‐98 in Paris• RCJ‐1999 was held in Stockholm exhibited the first interactive RoboCupJunior workshops. • RCJ‐2000 was held in Melbourne, over 100 children participated from Australia, Germany and the USA. • RCJ‐2001 was held in Seattle, USA, where 25 teams from four countries (USA, Australia, Germany, UK) • RCJ‐2002 was held in Fukuoka, Japan, where 59 teams from 12 countries participated. • RCJ‐2003 was held in Padova, Italy in July 2003, where 57 teams from 15 countries participated. • RCJ‐2004 was held in Lisbon, Portugal in July 2004, where 162 teams from 18 countries participated. • RCJ‐2005 was held in Osaka, Japan in July 2005, where 163 teams from 18 countries participated. • RCJ‐2006 was held in Bremen, Germany, in June 2006, where 240 teams from 22 countries participated. • RCJ‐2007 was held in Atlanta, USA, in July 2007, where 154 teams from 23 countries participated. • RCJ‐2008 was held in Suzhou, China, in July 2008, where 201 teams from 20 countries participated. • RCJ‐2009 was held in Graz, Austria, in June‐July 2009, where over 200 teams from 25 countries participated. • RCJ‐2010 was held in Singapore, in June 2010, where 289 teams from 26 countries participated. • RCJ‐2011 was held in Singapore, in July 2011, where about 280 teams from 29 countries participated.• RCJ‐2012 was held in Mexico City


Detaillierte Informationen und Regeln unter:http://rcj.robocup.org/

Die internationale Bildungsinitiative "RoboCup“RoboCup Junior in Österreich

• RCJ Austrian Open 2008 Graz• RCJ Austrian Open 2009 Wien• RCJ Austrian Open 2010 Villach• RCJ Austrian Open 2011 Wels• RCJ Austrian Open 2012 Hohenems

RCJ Austrian Open 2013 Graz20. ‐ 21. April 2013Messe Graz, Halle A

http://robocupjunior.at

Robotik‐Systeme für den Unterricht


Lego Mindstorms NXT

Sensoren Controller Aktoren


Fischer Technik


qfix robot kits


Arduino

http://arduino.cc


Selbstbau

http://www.roboternetz.de


Robotik‐Shops

Selbstbau von Robotern

www.robotshop.comwww.roboter‐teile.dewww.krause‐robotik.dewww.qfix‐shop.dewww.robotikhardware.dewww.robot‐italy.comwww.robotstore.comwww.nodna.com

Lego NXT

www.nxt‐in‐der‐schule.dewww.hitechnic.comwww.mindsensors.com

Fischertechnik

www.fischertehnik.at

Robotik am BRG Keplerstraße Graz

IT‐Unterricht am BRG Kepler

Robotik am BRG Keplerstraße GrazOberstufe NEU – seit Schuljahr 2005/2006

Kernbereich - PflichtgegenständeA - Klasse C - KlasseB - Klasse

Angewandte Informationstechnologie

Science (Biologie, Chemie, Physik )

6. Klasse: 4 Stunden Informatik 6. Klasse: 4 Stunden Science7. Klasse: 2 Stunden Science8. Klasse: 2 Stunden Science

7. Klasse: 2 Stunden Informatik8. Klasse: 2 Stunden Informatik

Wahlpflichtfächer (6. – 8. Klasse): 10 Stunden


5. KlasseC# Programmierung Einführung

HTML uns CSS

6. Klasse

C# Programmierung Fortsetzung

JavaScript Programmierung und HTML5

Web 2.0 Anwendungen

PHP Programmierung Grundlagen

7. KlasseC# Fischertechnik Robotik

PHP Programmierung Fortsetzung / MySQL WWW‐Datenbank‐Applikationen

8. KlasseEinführung Linux (Desktop) und Mikroprozessorprogrammierung

Individuelle Projekte und Vorbereitung auf die Reifeprüfung

Oberstufe NEU – seit Schuljahr 2005/2006Schwerpunkt Angewandte Informationstechnologie


RoboCup – Robotik – Elektronik – Programmierung Bau und Programmierung von Robotern / Teilnahmen an Wettbewerben

Desktop‐Publishing und digitale BildbearbeitungGrundlagen des Layouts bis zur Druckvorstufe

Multimedia Audio und VideoDigitale Aufnahme und Schnitt von Audio‐ und Videomaterial bis zur fertigen CD bzw. DVD

NetzwerktechnikVom einfachen Heimnetzwerk bis zur Domäne

EMED Experimentelle MediengestaltungKreative Projekte im Dialog zwischen Kunst und Technik

Oberstufe NEU – seit Schuljahr 2005/2006Angewandte Informationstechnologie Wahlpflichtfächer


IT‐Unterricht am BRG Kepler


Lehrerteam ‐ Robotik

Robotik am BRG Keplerstraße GrazIn den Jahren 2008‐2010 haben wir für die Bewerbe Rescue und Soccer verschiedene Roboter ausgehend von ATMEGA32 und ATMEGA 128 Mikroprozessoren entwickelt und konstruiert.Diese Roboter kamen bei den Austrian Open 2008, 2009, 2010 und 2011 zum Einsatz und nach erfolgreicher Qualifikation auch beim RoboCup 2009 Graz, beim RoboCup2010 in Singapur und beim RoboCup2011 in Istanbul.


KeplerBOT Rescue

Die Entwicklung des KeplerBOT Rescue wird seit 2011 nicht fortgesetzt und von unserem Robotik‐System KeplerBRAIN abgelöst.


KeplerBOT Soccer


KeplerBOT Soccer

Die Entwicklung des KeplerBOT Soccer wird seit 2012 nicht fortgesetzt und von unserem Robotik‐System KeplerBRAIN abgelöst.


RoboCup Junior Austrian Open 2008 ‐ 29. Februar ‐ 1. März ‐ TU Graz• 24 Teilnehmer ‐ 6 Teams• Rescue Primary ‐ 1. Platz• Rescue Primary ‐ 2. Platz• Soccer ‐ 1. Platz

RoboCup German Open 2008 ‐ 20. ‐ 26. April ‐ Hannover Messe• 9 Teilnehmer ‐ 2 Teams


RoboCup Junior Austrian Open 2009 ‐ 4. ‐ 5. April ‐ FH Technikum Wien• 63 Teilnehmer ‐ 19 Teams• 1. Platz Rescue Secondary• 1. Platz Soccer Generation I 2:2

2. Platz Soccer Generation I 2:2• 1. Platz Soccer Generation III 2:2

2. Platz Soccer Generation III 2:23. Platz Soccer Generation III 2:2


RoboCup Weltmeisterschaften 2009 ‐ 1. ‐ 5. Juli ‐Messe Graz• 27 Teilnehmer ‐ 8 Teams• 3. Platz Soccer 2:2


RoboCup Junior Austrian Open 2010 ‐ 1. ‐ 2. Mai ‐ FH Villach• 31 Teilnehmer ‐ 10 Teams• 1. Platz Rescue Primary• 1. Platz Soccer A 2:2

2. Platz Soccer A 2:2• 1. Platz Soccer B 2:2

2. Platz Soccer B 2:2• 2. Platz Rescue Secondary


Weltmeisterschaften RoboCup 2010 ‐ Singapur ‐ 19. ‐ 25. Juni 2010• 12 Teilnehmer ‐ 3 Teams


RoboCup Junior Austrian Open 2011 ‐ 8. ‐ 9. April ‐ FH Wels• 35 Teilnehmer ‐ 13 Teams• 1. Platz Rescue A Primary

3. Platz Rescue A Primary• 2. Platz Rescue B

3. Platz Rescue B• 1. Platz Soccer A

2. Platz Soccer A3. Platz Soccer A

• 2. Platz Soccer B


Weltmeisterschaften RoboCup 2011 ‐ 5.‐ 10. Juli – Istanbul• 15 Teilnehmer ‐ 4 Teams


RoboCup Junior Austrian Open 2012 ‐ 28. ‐ 29. April – Hohenems• 43 Teilnehmer ‐ 14 Teams• 2. Platz Rescue A Secondary• 1. Platz Rescue B• 2. Platz Soccer A• 2. Platz Soccer B


Weltmeisterschaften RoboCup 2012 ‐ 18. ‐ 24. Juni 2012 ‐Mexico City • 6 Teilnehmer ‐ 2 Teams• 2. Platz Rescue B• 3. Platz Rescue A Primary

Die Kepler Robo League

• ab Schuljahr 2012/2013• Vorstufe zur internationalen Robotik‐Initiative RoboCUP und kann einen nachfolgenden Einstieg beim RoboCUP erleichtern

• Grundkenntnisse im Bau und im Programmieren von Robotern

• Wettbewerb im Frühjahr: Teams aus ganz Österreich sollen sich treffen, austauschen, miteinander messen und Kontakte knüpfen


• Zielgruppe: Lehrerinnen und Lehrer von Hauptschulen, NMS, AHS und BHS und an interessierte Schülerinnen und Schüler im Alter von 10 bis 18 Jahren

• KEINE Vorkenntnisse – weder beim Bau von Robotern, noch beim Programmieren!

• Konstruktion der Roboter ausschließlich mit Teilen aus dem LEGO MINDSTORMS Education NXT Basisset


• Wettbewerb: Sa 16.03.2012 – 09:00 bis 17:00• Aufgabenstellungen

– Find the brick– Don´t touch– Follow the line– Leave the labyrinth

• 2 Altersklassen– Junior (Unterstufe) – Senior (Oberstufe)


Find the brick


Don´t touch


Follow the line


Leave the labyrinth


Ausbildungsmaterial


Ausbildungsmaterial – NXT – NXC‐Tutorial


Detaillierte Informationen, Aufgabenstellungen, Ausbildungsmaterial, Regeln und Online‐

Anmeldung unter:

http://robotik.brgkepler.at

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN"

Seit dem Schuljahr 2010/2011 steht unseren Schülerinnen und Schülern das modulare Robotik‐System KeplerBRAIN zur Verfügung welches an unserer Schule speziell für unsere Anforderungen entwickelt wurde.Kernstück von KeplerBRAIN ist die Hauptplatine. Das Material kostet ca. 25,‐Euro, bietet einen ausreichend dimensionierten Mikroprozessor und eine große Anzahl an Anschlussmöglichkeiten für Sensoren, Motoren oder Servos.

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN"

Technische Details• Atmega 32 Mikroprozessor (16 Mhz Taktfrequenz)• 8 digitale oder analoge Eingänge bzw. Ausgänge (diese können

individuell konfiguriert werden)• 8 I2C‐Anschlüsse (davon 2 als Lego NXT‐Buchsen zum Anschluss von

Mindstorms‐Sensoren)• 4 Motorausgänge (je 600mA)• 1 zweizeiliges Display• 1 Led• 2 Taster• Programmierung über USB‐Schnittstelle (keine Treiberinstallation

notwendig!)

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN" ‐Mainboard

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN" ‐ Sensoren

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN“ ‐Mechanik

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN“ ‐ Programmierung

Code schreiben ‐ Roboter mit USB‐Kabel an den Computer anstecken ‐Programmier‐Befehl auslösen ‐ fertig!

Als Entwicklungsumgebung wird WinAVR verwendet. Diese liegt für KeplerBRAIN als portable Version vor und kann somit direkt von einem USB‐Stick oder einem Netzlaufwerk ohne Installation verwendet werden.

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN“ ‐ Programmierung

Das Robotik‐System "KeplerBRAIN“ ‐ Roboter

Robotik‐Vorführungen durch Schülerinnen und Schüler des

BRG Kepler

Raum 309 – ZID – Zentraler Informatik DienstIT‐Werkstatt und IT‐Labor

Raum 310 – Soccer

Raum 311 – Rescue

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