Andreas Stadler
Mein LEGO®-EV3-Buch
Eigene Roboter bauen und programmieren mit LEGO® MINDSTORMS®
Inhaltsverzeichnis
6
1 Einführung in die Roboterwelt und in LEGO® MINDSTORMS® EV3
14
1.1 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Hardware – EV3-Stein, Motoren, Sensoren & Co.
16
1.1.1 Handelsübliche LEGO® MINDSTORMS®-Systeme (Home Edition und Education-Version)
20
1.1.2 Der Eco-Bot – ein Bauplan für den Basisroboter dieses Buches
22
1.1.3 Eigene Baupläne mit dem LEGO® Digital Designer erstellen
32
1.2 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Software – die Programmierumgebung
34
1.2.1 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Software (Home Edition)
34
1.2.2 LEGO® MINDSTORMS® Education EV3-Software
41
2 Aufgaben zur Rubrik Aktion – die Aktoren im Einsatz
48
2.1 Mittlerer Motor – die Steuerung über einen oder mehrere Programmblöcke
50
2.2 Großer Motor – der Einsatz verschiedener Modi für eine Umdrehung
57
2.3 Standardsteuerung (Bewegungslenkung) – einen Meter geradeaus fahren
61
2.4 Hebelsteuerung – eine halbe Umdrehung um die eigene Achse
65
2.5 Anzeige – die Ausgabe von Schrift, Emoticons und Bildern
67
2.6 Klang – die Sprachausgabe und Tonwiedergabe
73
3 Aufgaben zur Rubrik Ablauf-Regelung – die sensorgesteuerte Verarbeitung
80
3.1 Warten auf die Stein-Tasten – die Blickrichtung eines Augenpaares auf der Anzeige steuern
81
3.2 Warten auf den Farbsensor – mit Lichtsignalen und akustischen Ausgaben auf farbige Gegenstände reagieren
84
3.3 Eine Schleife für den Kreiselsensor – eine sensorgesteuerte Umdrehung um die eigene Achse
88
3.4 Eine Schleife für den Drehsensor – das Durchdrehen der Räder verhindern (Traktionskontrolle)
93
3.5 Mit dem Berührungssensor schalten – den Roboter zurückweichen und entgegenkommen lassen
96
3.6 Mit dem Infrarotsensor schalten – den Roboter auf Hindernisse reagieren lassen
100
3.7 Eine Schleife für die Schleife – das Bremslicht über den Berührungssensor steuern
104
3.8 Eine Schleife für den Mehrfach-Schalter – den Roboter einer Linie folgen lassen (Farbsensor)
105
3.9 Entscheidungen für eine Schleife – den Roboter eine Wand erkennen lassen (Ultraschall-/Infrarotsensor)
109
3.10 Ein Schleifen-Interrupt – den Roboter im Kreis fahren und stoppen lassen (Berührungssensor)
114
4 Aufgaben zur Rubrik Sensor – anspruchsvolle Arbeiten mit Sensor-Signalen
116
4.1 Messen und Vergleichen im Ziffernblock – die Nummern der Stein-Tasten über numerische Datenleitungen anzeigen
118
4.2 Fußgängerampel bei Tag und Nacht – den Roboter auf Farbe, Lichtstärke und Umgebungslicht reagieren lassen (Farbsensor)
122
4.3 Messungen am rotierenden Objekt – Kreiselsensor und Motorumdrehung im Vergleich
129
4.4 Signale aus dem Raum – Infrarotsensor und -fernbedienung im Einsatz
136
4.5 Der Roboter als kreisende Dampflok – numerische und logische Datenleitungen für eine Motorumdrehung
142
4.6 Der Roboter als Thermometer (Temperatursensor) – numerische und Textdatenleitungen für eine Temperaturmessung
145
4.7 Ein kontinuierlich beschleunigender Renn-Roboter – der Zeitgeber gibt den Takt an
149
4.8 Ein Roboter mit Signallampe (Berührungssensor) – numerische und logische Datenleitungen für eine attraktive Lampensteuerung
153
4.9 Intelligente Steuerung eines Rasenmäher- oder Staubsaugerroboters (Ultraschall-/Infrarotsensor) – Schleifen-Index und Datenleitungen
158
4.10 Der LEGO®-Energiemesser (Energiezähler) im Einsatz – die elektrische Leistung einer Solarzelle und eines Windrades vergleichen
163
4.11 Ein Roboter zur Messung des Lärmpegels – der NXT-Geräuschsensor steuert zwei Schleifen
167
5 Aufgaben zur Rubrik Daten-Operation – anspruchsvolle Verarbeitung von Eingaben (Sensor-Signalen)
174
5.1 Zwischenspeichern von Eingaben in Variablen (Eingabe-Datenpuffer) – mit akustischen Signalen auf die Betätigung der Stein-Tasten reagieren
175
5.2 Konstante Ausgaben – ein Begrüßungsprogramm auf dem Display
180
5.3 Variable Arrays – ein Roboter zur Erkennung von Rot-Grün-Blindheit (Berührungssensor)
182
5.4 Logische Verknüpfungen von Sensorsignalen – eine robotergesteuerte Personenschleuse (Berührungssensor)
188
5.5 Motorisierte Mathematik – ein Roboter mit Autopilot, Tachometer und Kilometerzähler
195
5.6 Rundungsfehler erkennen – den Kreisumfang eines um seine Achse kreisenden Roboters berechnen
202
5.7 Kontinuierlicher Vergleich zwischen Ist und Soll – einen Roboter zurück in seine Anfangsposition bewegen
206
5.8 Toleranzen und Bereiche – den Roboter mit Farbsignalen auf Hindernisse reagieren lassen
211
5.9 Textausgabe zweier Größen – ein Ortungssystem für die Infrarot-Fernbedienung
218
5.10 Mit Zufall zum Gewinn – ein Programm für das Würfelspiel Mäxchen schreiben
224
6 Aufgaben zur Rubrik Erweiterter Modus – Messwerterfassung, Schnittstellenapplikation & Co.
228
6.1 Messdaten extern verwalten – Dateizugriff auf Messwerte
230
6.2 Exkurs: Messwerterfassungssysteme
239
6.2.1 Grundlagen und Wissenswertes
239
6.2.2 Messung des Drehwinkels mit angeschlossenem EV3 Stein (inkl. Datenverwaltung)
242
6.2.3 Messung des Drehwinkels mit nicht angeschlossenem EV3 Stein (inkl. Datenauswertung)
245
6.2.4 Messungen aus einem Programm heraus
250
6.3 Kommunikation von EV3-Steinen über Bluetooth-Schnittstelle oder USB-Leitung
255
6.4 Der Inbetriebhalte-Block – Messen der Farbe und Erscheinungsdauer von Gegenständen (inkl. Messwertausgabe)
266
6.5 Auslesen von verarbeiteten und unverarbeiteten Sensorwerten beliebiger kommerzieller Sensoren
268
6.6 Ungeregelte Motorumkehr – der Einsatz von Manipulatoren in intelligenten Messsystemen
272
6.7 Schlussgedanken – ein Kommentar zum Programm beenden
279
7 Anhang
280
7.1 Ohne PC programmieren und experimentieren
280
7.1.1 Programme ohne PC erstellen und laufen lassen
280
7.1.2 Experimente ohne PC durchführen
281
7.2 Für Lehrer: Wie mit diesem Buch gearbeitet werden sollte
283
7.2.1 Schülerorientierte Lernkonzepte – ein Überblick
283
7.2.2 Lernkonzept und Aufbau dieses Buches
288
Stichwortverzeichnis
290
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