Lego Mindstorm. Aufgabe 1 II

Transkript

1 Lego Mindstorm Ich habe mit Dominic und Jonas zusammen an den Lego Mindstorm Projekt gearbeitet. Unsere erste Aufgabe bestand darin, einen Roboter zu entwickeln und zu programmieren, der sich vorwärts fahren kann und seine eigene Durchschnittsgeschwindigkeit berechnen und dann schließlich anzeigen kann. Aufgabe 1 II Bei dieser ersten Aufgabe konnte ich leider nicht mit arbeiten, da ich in diesen Zeitraum bei einem Schüleraustausch in Ungarn war, aber Jonas und Dominic haben mir trotzdem erklärt, wie sie vorgegangen sind. Sie haben sich schließlich dazu entschlossen, den Standard Roboter zusammen zu bauen und zu programmieren. Die beiden haben diesen Roboter ausgewählt, da er relativ leicht und schnell zu bauen ist und vorwärts fahren kann. Außerdem haben sie noch einen Bewegungssensor hin zu gefügt, um mit ihm die zurück zu legende Strecke zu bestimmen.

2 Programmbeschreibung Dies Programm beginnt mit einem grünen Pfeil, der für das Starten des Programmes verantwortlich ist. Die ganze erste Zeile ist dafür verantwortlich, den Text zu verarbeiten und letztendlich am Roboter an zu zeigen. Der rote Teil des Programms steht hierbei für die Text Verarbeitung und ist mit dem grünen Teil verbunden, der den Text auf den Mindstorm anzeigt. Y zeigt hier die Höhe an, da der Mindstorm nicht automatisch in die nächste Zeile schreibt und X steht für die seitliche Ausrichtung. Am Ende der ersten Zeile macht das Programm für 5 Sekunden Pause und geht dann weiter in die nächste Zeile. In der nächsten Zeile wird zuerst der Kreiselsensor (gelber Teil), der an Port eins angeschlossen ist, resetet. Danach wird der Kreiselsensor ausgerichtet und misst die Grad- zahl, um die er sich dreht. Jene Information wird schließlich verarbeitet und angezeigt. Dies wird solange wiederholt, bis der Mittelknopf auf dem Mindstorm einmal gedrückt wird. Dieser Wert wird an das rote Rechenfeld geleitet. Er teilt als erstes durch -12, da eine Umdrehung 12cm entspricht und die Zahl ist negativ, da der Motor anders herum eingebaut ist. Außerdem misst er die Zeit von Starten bis zu Beenden des Motors und stoppt schließlich die Zeit und gibt diese Werte an das rote Rechenfeld weiter. a zeigt die zurück gelegte Strecke an und b die dazugehörige Zeit, die er für diese Strecke benötigt hat. Jene Werte werden durch einander geteilt, um die Geschwindigkeit zu berechnen und dieses Ergebnis wird aufgerundet und in der nächsten Zeile an das Text Verarbeitungsfeld weiter gegeben. Der den Wert exportiert und schließlich auf dem Lego Mindstorm anzeigt.

3 Am Ende dreht er den Motor B einmal um 180 bei voller Leistung und lässt eine Fanfaren Sound am Lego Mindstorm erklingen und das Programm ist nach 5 weiteren Sekunden Pause zu Ende. Programmablauf Nachdem wir den Roboter angeschaltet haben, haben wir zuerst wie auf den Bildschirm des Mindstorm beschrieben, den Bewegungssensor gedreht und dieser hat uns dann einen Zahlenwert auf den Bildschirm angezeigt. Diese Zahl ist in cm angegeben und beschreibt den Weg, welchen der Lego Mindstorm zurück legen wird. Nachdem wir auf den Mittelknopf des Mindstorms gedrückt haben, fährt er die zuvor angezeigte Strecke ab und misst währenddessen, die Zeit, die er dafür benötigt hat. Als er schließlich den angegebenen Weg gefahren ist, kommt er zum Stillstand und berechnet seine Durchschnittsgeschwindigkeit, in dem er seine zurück gelegte Strecke durch die Zeit, die er dafür gebraucht hat, teilt. Diese Durchschnittsgeschwindigkeit zeigt er auch auf seinen Bildschirm auf. Danach dreht er sich einmal um 180 und spielt anschließend eine Fanfare ab. Das Programm ist somit beendet. Aufgabe 2 III Unsere zweite Aufgabe war es einen Roboter zu konstruieren, der Helligkeit und Dunkelheit in seinem Umfeld erkennt und auf den jeweiligen Zustand mit einem anderen Verhalten reagiert. Außerdem sollten wir ein System entwickeln, dass das Verhalten des Roboters sowie die Umweltbedingungen als Graph in einem Koordinatensystem darstellt. Wir haben uns bei dieser Aufgabe dazu entschlossen, den Znap Roboter zu bauen und haben ihn als lichtscheuer Roboter programmiert. Außerdem haben wir noch ein kleines Zusatz Programm programmiert, welches dafür sorgt, dass der Znap zu schnappt, wenn man einen Gegenstand oder seine Hand über den Ultraschallsensor hält. Erst hatten wir dieses Unterprogramm auch in Aufgabe 1 II eingebaut, haben es aber am Ende doch wieder heraus genommen, da es Problem im eigentlichen Programm verursacht hat.

4 Programmbeschreibung Das Programm beginnt wieder mit einem grünen Pfeil, der dafür sorgt, dass das Programm startet. Darauf folgt ein blauer Abschnitt, welcher für die Darstellung des Programms im Koordinatensystem verantwortlich ist. Der erste blaue Kasten gibt den Befehl die Geschwindigkeit des Motors, der an A angeschlossen ist, in Meter pro Sekunde zu messen. Das nächste Kästchen sorgt dafür, dass die Geschwindigkeit des Motors, welcher an D angeschlossen ist, später aufgenommen wird. Das dritte blaue Feld sorgt dafür, dass die Umdrehungen des Motor B aufgenommen werden, der die Bewegungen des Kopfes und des Maules steuert.

5 Darauf folgt eine Endlosschleife, welche mit dem, an Port 2 angeschlossenen, Helligkeitssensor beginnt. Dabei werden die momentanen Lichtverhältnisse als Zahlenwert angegeben, wobei ein hoher Wert auf eine helle Umgebung hinweisen. Diesen Wert haben wir am Anfang auch einmal bei normalen Lichtverhältnissen Probe gemessen und haben ihn auch als Schwellwert ( 35 ) genommen. Den Bereich unter 35 haben wir dann als dunkel bezeichnet und einen Wert darüber ( den wir mit Hilfe einer Taschenlampe erzeugt haben ) als hell bezeichnet. Diese Zahl wird auch vom roten Textverarbeitungsfeld gemessen und durch das darauf folgende grüne Feld am Bildschirm des Roboters angezeigt. Nachdem dieser Messwert erfasst wurde, gibt es zwei Möglichkeiten: Wenn der gemessene Wert des Farbsensors den Schwellenwert des Lichts überschreitet, dann geht das Programm in der oberen Zeile weiter. Wird dieser Wert jedoch unterschritten, so folgt das Programm in der unteren Zeile. 1)Falls er einen höheren Wert, als 35 misst und mit der oberen Zeile des Programms fortsetzt, dann macht er anfangs eine minimale Pause von 0,2 Sekunden und startet anschließend den Motor mit einer Leistung von 100, was dafür sorgt, dass der Znap einmal nach vorne zuschnappt und macht nun eine kleine Pause von 0,8 Sekunden, bis er das Programm fort setzt. Während er nach vorne schnappt, lässt er noch den T-rex roar Sound erklingen. Danach wird Motor B auf eine Leistung von -100 versetzt, was dazu führt, dass sein Kopf wieder in die Ausgangs Position gelangt. 2)Wenn der Schwellenwert, des Umgebungs Lichtes unterschritten wird, startet der Znap mit der unteren Zeile und beginnt mit dem Programm nach einer Pause von 0,2 Sekunden und startet nun Motor A und D. Dies sorgt dafür das sich der Mindstorm um in 0,8 Sekunden um 100 dreht. Und macht schließlich eine Pause von 0,8 Sekunden. Er führt die jeweilige Zeile so lange aus, bis er über oder unter den Schwellwert liegt, der zwischenzeitlich immer wieder neu erfasst wird. Falls dies geschieht, wechselt er in die jeweilige andere Zeile und fährt das Programm fort.

6 Nach dieser Schleife kann man das rote Rechenfeld erkennen, welches mit dem Farbsensor verbunden ist. Der momentane Wert ( a ) wird nun durch 35 ( b ) geteilt. Dieser Wert wird anschließend an Motor A und D weiter gegeben. Der Znap ist deshalb in der Lage, seine Geschwindigkeit an die Helligkeit an zu passen, denn er fährt bei Dunkelheit langsam und Rückwärts und bei Helligkeit schneller und vorwärts. Zum Schluss werden die Messergebnisse, vom Farbsensor, Motor A, Motor B und Motor D, als Diagramm unter MyData abgespeichert. Programmablauf Nachdem wir den Znap an geschalt haben fährt er, bei Dunkelheit eine kurze Strecke Rückwärts und dreht sich anschließend in 0,8 Sekunden um 100 und fährt dann wieder Rückwärts und dreht sich... Dies macht er so lange bis wir die Taschenlampe über den Farbsensor gehalten haben. Nun fährt er nämlich ein Stück vorwärts und bleibt stehen, um einmal nach vorne zu schnappen und währenddessen erklingt der T-rex roar Sound. Nun geht er wieder in seine Ausgangsposition zurück und fährt wieder vorwärts und beißt Dies macht er wieder so lange, bis wir die Taschenlampe aus schalten und beginnt deshalb wieder wie oben beschrieben. Außerdem fährt er bei größerer Helligkeit etwas schneller, als bei Dunkelheit.

7 Koordinatensystem Dann haben wir uns schließlich mit Hilfe der Stein Messwerte die Graphen, welche das Verhalten des Roboter und die Umweltbedingungen beschreiben, in einem Koordinatensystem aufzeigen lassen. Es wurden die Werte für 30 Sekunden gemessen, wobei 10 Messungen in der Sekunde aufgenommen wurden. Der grüne Graph zeigt die Motorumdrehungen, des an D angeschlossenen Ports auf und lässt somit auch auf die Geschwindigkeit zurück führen. Der rote Graph stellt Motorumdrehung von Port B dar, welcher für die Bewegungen des Kopfes und des Maules verantwortlich ist und bringt somit Rückschlüsse darüber wann der Znap zu schnappt. Der braune Graph zeigt die Stärke des Umgebunglichtes mit Hilfe des an Port 2 angeschlossenen Farbsensors. Der blaue Graph zeigt die Umdrehungen des Motors an, welcher an Port A angeschlossen ist und gibt somit wieder Rückschlüsse über die Geschwindigkeit. In den ersten 15 Sekunden der Messwerterfassung sieht man, dass die blaue und die grüne Linie punktsymmetrisch zu einander sind. Der grüne und der blaue Graph schlagen zu einer Kurve aus, wobei sich der grüne Graph nach oben ausschlägt und der Blaue sich nach unten bewegt. Dann treffen sich die beiden Kurven bei einem Mittelwert. Und dieser Vorgang wird noch zwei Mal periodisch wiederholt. Außerdem erkennt man in diesem Bereich, dass der braune Graph sich im unterm Bereich des Schaubilds befindet und das der rote Graph mit einem stetigen y Wert verläuft. In diesem Teil des Koordinatensystems kann man erkennen, dass sich der Roboter im Dunklen befindet, für etwa 0,8 Sekunden dreht (deshalb laufen auch Motor A und B in unterschiedliche Richtungen), anschließend zirka 4 Sekunden lang rückwärtsfährt und das der Znap bei Dunkelheit nicht zu schnappt. Dies führt er drei Mal aus, bis wir die Taschenlampe auf den Farbsensor gehalten haben und somit der Schwellwert von 35 aufgrund der Helligkeit überschritten wurde. Deshalb steigt nun die braune Kurve steil an und der Lego Minndstorm führt in dieser Zeit noch eine Umdrehung durch, da er sie kurz bevor es hell wurde begonnen hat und seinen Befehl nur noch zu Ende ausführt. Ab der sechzehnten Sekunde beginnt er schließlich nach vorne zu fahren, das kann man auch an der blauen und grünen Kurve sehen, die wieder über einander liegen. In der neunzehnten Sekunde wird zum ersten und einzigen Mal eine Veränderung in der roten Kurve sichtbar, den diese fällt abrupt und bleibt für kurze Zeit konstant und steigt dann wieder steil nach oben, auf einen ähnlichen Wert wie zuvor, an und behält nun ab der einundzwanzigsten Sekunde den gleichen y-wert bei. Dieser Verlauf beschreibt die Umdrehung des Motor A, der für Kopf und Maul zuständig ist. Das bedeutet also, dass der Roboter in diesem Zeitraum einmal nach

8 vorne geschnappt hat. In der einundzwanzigsten Sekunde wird die Taschenlampe für einen kurzen Augenblick etwas weiter weg gehalten und deshalb hat sich die Helligkeit verringert und die braune Kurve hat an dieser Stelle einen kleinen Ausschlag gemacht. Das hatte auch zur Folge, dass der blaue und grüne Graph rasant angestiegen sind. Dies bedeutet, dass der Znap, aufgrund der verminderten Helligkeit, mit einer höheren Geschwindigkeit als zuvor gefahren ist. Nach vierundzwanzig Sekunden ist der braune Graph stark gefallen und der Grüne macht einen Ausschlag nach oben und der blaue Graph macht synchron einen Ausschlag nach unten. Man kann in diesen Abschnitt erkennen, dass es dunkler als zuvor wurde, da wir einen Finger auf den Farbsensor gelegt haben. In dieser Zeit dreht er sich nochmals und fährt anschließend rückwärts. Auffällig ist auch, dass er mit sehr niedriger Geschwindigkeit fährt, dies liegt daran, dass es so dunkel ist und er mit abnehmender Helligkeit langsamer fährt.