Mein LEGO®-EV3-Buch E-Book

Andreas Stadler

• Herausgeber: Hanser, Carl
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: makers DO IT
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 255

Beschreibung

Eigene Roboter bauen und programmieren mit LEGO® MINDSTORMS® EV3

Du bist im Besitz der LEGO® MINDSTORMS® EV3 Home bzw. Education Edition, hast EV3RSTORM & Co fertig aufgebaut im Zimmer stehen und willst nun deinen eigenen Roboter bauen und programmieren? Einen, der mehr als lahme Standardtricks auf dem Kasten hat? In diesem Buch erfährst du alles, was du wissen musst, damit dein Roboter genau das tut, was du dir wünschst.

In mehr als 40 Übungen lernst du, welche mechanischen und elektronischen Zusammenhänge du kennen musst, um deinen digitalen Freund von Grund auf zu verstehen und nach deinen Vorstellungen zu steuern – wie ein richtiger Entwickler!

- Erstelle mit dem LEGO® Digital Designer einen Bauplan für deinen Roboter und teile diesen mit der Community
- Erlerne grundlegende Programmtechniken mit der EV3-Software und lass deinen Roboter sprechen, Hindernisparcours fahren u.v.m.
- Lerne die Funktionen sämtlicher Programmierblöcke kennen: von Aktion & Ablauf-Regelung über Sensor & Daten-Operation bis zum Erweiterten Modus
- Hole mit den LEGO®-Sensoren alles aus deinem Roboter raus, was möglich ist
- Hole dir coole Anregungen für die Steuerung von EV3ERSTORM, Wall-E, R2D2 & Co.

Wenn du keine Lust mehr auf Nachbauen und -programmieren hast und darauf brennst, deine eigenen Ideen zu verwirklichen, dann liefert dir dieses Buch alle wichtigen Skills, um deinen Roboter wie ein echter Profi zu steuern.

Hinweis: Auch für LEGO® MINDSTORMS® NXT geeignet

Leseprobe

Andreas Stadler

Mein LEGO®-EV3-Buch

Eigene Roboter bauen und programmieren mit LEGO® MINDSTORMS®

1. Auflage

Der Autor:

Andreas Stadler, München

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Weise aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht, auch nicht für die Verletzung von Patentrechten, die daraus resultieren können.

Ebenso wenig übernehmen Autor und Verlag die Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt also auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benützt werden dürften.

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Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.

Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

LEGO, das LEGO-Logo, der LEGO-Stein, die Konfiguration der Noppen und die Minifigur sind Warenzeichen der LEGO Group. Das Buch ist von der LEGO Group weder autorisiert noch unterstützt worden und ist nicht in Zusammenarbeit mit ihr entstanden.

© 2016 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Dipl.-Ing. Volker Herzberg, Julia Stepp Herstellung: Cornelia Rothenaicher Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Titelmotiv: Volker und Anton Herzberg, Augsburg

ISBN 978-3-446-44737-0 E-Book ISBN 978-3-446-44900-8

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz) CSS-Version: 1.0

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Widmung

1 Einführung in die Roboterwelt und in LEGO® MINDSTORMS® EV3

1.1 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Hardware ‒ EV3-Stein, Motoren, Sensoren & Co.

1.1.1 Handelsübliche LEGO® MINDSTORMS®-Systeme (Home Edition und Education-Version)

1.1.2 Der Eco-Bot ‒ ein Bauplan für den Basisroboter dieses Buches

1.1.3 Eigene Baupläne mit dem LEGO® Digital Designer erstellen

1.2 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Software ‒ die Programmierumgebung

1.2.1 LEGO® MINDSTORMS® EV3-Software (Home Edition)

1.2.2 LEGO® MINDSTORMS® Education EV3-Software

1.3 Wie ist dieses Buch aufgebaut und wie arbeite ich damit?

2 Aufgaben zur Rubrik Aktion ‒ die Aktoren im Einsatz

2.1 Mittlerer Motor ‒ die Steuerung über einen oder mehrere Programmblöcke

2.2 Großer Motor ‒ der Einsatz verschiedener Modi für eine Umdrehung

2.3 Standardsteuerung (Bewegungslenkung) ‒ einen Meter geradeaus fahren

2.4 Hebelsteuerung ‒ eine halbe Umdrehung um die eigene Achse

2.5 Anzeige ‒ die Ausgabe von Schrift, Emoticons und Bildern

2.6 Klang ‒ die Sprachausgabe und Tonwiedergabe

2.7 Stein-Statusleuchte ‒ eine Ampelschaltung simulieren

3 Aufgaben zur Rubrik Ablauf-Regelung ‒ die sensor-gesteuerte Verarbeitung

3.1 Warten auf die Stein-Tasten ‒ die Blickrichtung eines Augenpaares auf der Anzeige steuern

3.2 Warten auf den Farbsensor ‒ mit Lichtsignalen und akustischen Ausgaben auf farbige Gegenstände reagieren

3.3 Eine Schleife für den Kreiselsensor ‒ eine sensorgesteuerte Umdrehung um die eigene Achse

3.4 Eine Schleife für den Drehsensor ‒ das Durchdrehen der Räder verhindern (Traktionskontrolle)

3.5 Mit dem Berührungssensor schalten ‒ den Roboter zurückweichen und entgegenkommen lassen

3.6 Mit dem Infrarotsensor schalten ‒ den Roboter auf Hindernisse reagieren lassen

3.7 Eine Schleife für die Schleife ‒ das Bremslicht über den Berührungssensor steuern

3.8 Eine Schleife für den Mehrfach-Schalter ‒ den Roboter einer Linie folgen lassen (Farbsensor)

3.9 Entscheidungen für eine Schleife ‒ den Roboter eine Wand erkennen lassen (Ultraschall-/Infrarotsensor)

3.10 Ein Schleifen-Interrupt ‒ den Roboter im Kreis fahren und stoppen lassen (Berührungssensor)

4 Aufgaben zur Rubrik Sensor ‒ anspruchsvolle Arbeiten mit Sensor-Signalen

4.1 Messen und Vergleichen im Ziffernblock ‒ die Nummern der Stein-Tasten über numerische Datenleitungen anzeigen

4.2 Fußgängerampel bei Tag und Nacht ‒ den Roboter auf Farbe, Lichtstärke und Umgebungslicht reagieren lassen (Farbsensor)

4.3 Messungen am rotierenden Objekt ‒ Kreiselsensor und Motorumdrehung im Vergleich

4.4 Signale aus dem Raum ‒ Infrarotsensor und -fernbedienung im Einsatz

4.5 Der Roboter als kreisende Dampflok ‒ numerische und logische Datenleitungen für eine Motorumdrehung

4.6 Der Roboter als Thermometer (Temperatursensor) ‒ numerische und Textdatenleitungen für eine Temperaturmessung

4.7 Ein kontinuierlich beschleunigender Renn-Roboter ‒ der Zeitgeber gibt den Takt an

4.8 Ein Roboter mit Signallampe (Berührungssensor) ‒ numerische und logische Datenleitungen für eine attraktive Lampensteuerung

4.9 Intelligente Steuerung eines Rasenmäher- oder Staubsaugerroboters (Ultraschall-/Infrarotsensor) ‒ Schleifen-Index und Datenleitungen

4.10 Der LEGO®-Energiemesser (Energiezähler) im Einsatz ‒ die elektrische Leistung einer Solarzelle und eines Windrades vergleichen

4.11 Ein Roboter zur Messung des Lärmpegels ‒ der NXT-Geräuschsensor steuert zwei Schleifen

5 Aufgaben zur Rubrik Daten-Operation ‒ anspruchsvolle Verarbeitung von Eingaben (Sensor-Signalen)

5.1 Zwischenspeichern von Eingaben in Variablen (Eingabe-Datenpuffer) ‒ mit akustischen Signalen auf die Betätigung der Stein-Tasten reagieren

5.2 Konstante Ausgaben ‒ ein Begrüßungsprogramm auf dem Display

5.3 Variable Arrays ‒ ein Roboter zur Erkennung von Rot-Grün-Blindheit (Berührungssensor)

5.4 Logische Verknüpfungen von Sensorsignalen ‒ eine robotergesteuerte Personenschleuse (Berührungssensor)

5.5 Motorisierte Mathematik ‒ ein Roboter mit Autopilot, Tachometer und Kilometerzähler

5.6 Rundungsfehler erkennen ‒ den Kreisumfang eines um seine Achse kreisenden Roboters berechnen

5.7 Kontinuierlicher Vergleich zwischen Ist und Soll ‒ einen Roboter zurück in seine Anfangsposition bewegen

5.8 Toleranzen und Bereiche ‒ den Roboter mit Farbsignalen auf Hindernisse reagieren lassen

5.9 Textausgabe zweier Größen ‒ ein Ortungssystem für die Infrarot-Fernbedienung

5.10 Mit Zufall zum Gewinn ‒ ein Programm für das Würfelspiel Mäxchen schreiben

6 Aufgaben zur Rubrik Erweiterter Modus ‒ Messwerterfassung, Schnittstellenapplikation & Co.

6.1 Messdaten extern verwalten ‒ Dateizugriff auf Messwerte

6.2 Exkurs: Messwerterfassungssysteme

6.2.1 Grundlagen und Wissenswertes

6.2.2 Messung des Drehwinkels mit angeschlossenem EV3 Stein (inkl. Datenverwaltung)

6.2.3 Messung des Drehwinkels mit nicht angeschlossenem EV3 Stein (inkl. Datenauswertung)

6.2.4 Messungen aus einem Programm heraus

6.3 Kommunikation von EV3-Steinen über Bluetooth-Schnittstelle oder USB-Leitung

6.4 Der Inbetriebhalte-Block ‒ Messen der Farbe und Erscheinungsdauer von Gegenständen (inkl. Messwertausgabe)

6.5 Auslesen von verarbeiteten und unverarbeiteten Sensorwerten beliebiger kommerzieller Sensoren

6.6 Ungeregelte Motorumkehr ‒ der Einsatz von Manipulatoren in intelligenten Messsystemen

6.7 Schlussgedanken ‒ ein Kommentar zum Programm beenden

7 Anhang

7.1 Ohne PC programmieren und experimentieren

7.1.1 Programme ohne PC erstellen und laufen lassen

7.1.2 Experimente ohne PC durchführen

7.2 Für Lehrer: Wie mit diesem Buch gearbeitet werden sollte

7.2.1 Schülerorientierte Lernkonzepte ‒ ein Überblick

7.2.2 Lernkonzept und Aufbau dieses Buches

Grundsätzlich solltest du dieses Buch von Anfang bis Ende durcharbeiten, es besteht aber auch die Möglichkeit, inhaltlich zusammengehörige Aufgaben aus unterschiedlichen Kapiteln gebündelt zu bearbeiten. Solche Aufgaben sind im Inhaltsverzeichnis mit folgenden Icons gekennzeichnet, welche die Zusammenhörigkeit symbolisieren:

IconBedeutung

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, befassen sich mit den Themen Distanz, Winkel, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Zum Einsatz kommen der Berührungssensor, die Motorumdrehung, der Ultraschall-Sensor und der Infrarot-Sensor. Du kannst damit die Bewegungen deines Roboters steuern.Gebiet: Physik – Mechanik

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, befassen sich mit optischen Signalen. Du erfährst, wie dein Roboter optische Signale wahrnehmen (Infrarot-/Ultraschall-Sensor) und anzeigen (Stein-Statusleuchte, Anzeige) kann.Gebiet: Physik – Optik

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, befassen sich mit akustischen Signalen. Du erfährst, wie dein Roboter akustische Signale wahrnehmen (Geräuschsensor) und ausgeben (Klang) kann.Gebiet: Physik – Akustik

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, enthalten mathematische Rechenaufgaben.Gebiet: Mathematik – Arithmetik

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, befassen sich mit dem Thema Logik. Sie enthalten logische Vergleiche oder Verknüpfungen.Gebiet: Mathematik – Mengenlehre und Algebra

Aufgaben, die mit diesem Icon gekennzeichnet sind, befassen sich mit dem Thema Messtechnik. Sie enthalten intelligente Beispiele aus der Messtechnik.Gebiet: Physik und Mathematik – Messtechnik

Meinen beiden Söhnen Peter und Jakob und allen, die Freude an der LEGO® MINDSTORMS® EV3-Robotik und -Messtechnik haben.

1Einführung in die Roboterwelt und in LEGO® MINDSTORMS® EV3