5. NXT kann hören und Entfernungen erkennen: Test der Sensoren

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1 5. NXT kann hören und Entfernungen erkennen: Test der Sensoren Mit dem NXT werden vier verschiedene Sensoren mitgeliefert. In diesem Kapitel lernst du die Funktion der Sensoren kennen. Im Fenster Robot Educator" findest du Bauvorschläge, wie du die Sensoren an den Roboter anbauen kannst. Gehe dazu im Fenster Robot Educator" auf Allgemeine Palette" Die Blöcke zum Programmieren der Sensoren findest du hier. Es öffnet sich ein Fenster, aus dem du dann die einzelnen Blöcke für den speziellen Sensor in dein Programm einfügen kannst. Wenn du alle Sensoren angeschlossen hast, kannst du im Menü View", die Funktion von Berührungs-, Licht-, Geräusch- und Ultraschallsensor überprüfen. Achte darauf dass die Sensoren an den richtigen Port angeschlossen sind. Bevor du die Programme schreibst, ÜBERPRÜFE DIE FUNKTION DER SENSOREN. 18 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung

2 Gehe im Fenster Robot Educator" auf Allgemeine Palette". Hier findest du unter 18. Berührung erkennen in der Bauanleitung eine schrittweise Erklärung, wie der Tastsensor an das Modell anzubauen ist. Baue den Tastsensor an den NXT und schließe das Kabel an Port 1 an. Der NXT hat eine Testfunktion (View). Verbinde den Berührungssensor mit Port 1 von View dem NXT und wähle dann das View"-Untermenü auf dem NXT, um den Sensor zu testen. Du wirst merken ob der Sensor funktioniert. Der Berührungssensor gibt deinem Roboter den Tastsinn. Der Sensor registriert, wenn er gedrückt wird und wenn er wieder losgelassen wird. Der Tastsensor hat eine kreuzförmige Vertiefung im Druckknopf, um dem Nutzer mehr Möglichkeiten zu bieten, das Gerät in sein Druck Roboterdesign zu integrieren. Tastsensoren sind sehr einfache Geräte, die nur zwei Zustände haben können: An (Stromfluss) und Aus (Stromfluss unterbrochen). Das kleine Bild zeigt, wie der Stromfluss ermöglicht bzw. unterbrochen wird. Der Roboter kann entsprechend agieren oder reagieren, wenn er eine Spannungsänderung misst, die durch Drücken und Loslassen des Knopfes ausgelöst wird. Es gibt drei Arten den Block im Programm einzustellen. A) Meistens wird man Druck benutzen, dann wird die nächste Aktion ausgelöst, wenn der Schalter gedrückt wird. B) Bei Freigabe wird die Aktion ausgelöst, wenn der Schalter losgelassen wird. C) Bei Stoß wird die nächste Aktion ausgelöst, wenn der Schalter nur kurz gedrückt wird (weniger als 0,5 sec.) Einsatzmöglichkeiten: Man benötigt Tastsensoren, wenn der Roboter Gegenstände aufnehmen soll. In Greifarmen kann ein Drucksensor wahrnehmen ob sich ein Gegenstand im Greifarm befindet. Oder man kann den Sensor auch als Schalter programmieren, der eine bestimmte Aktion auslöst, so kann man durch Drücken auf den Drucksensor den Roboter in Bewegung setzten, eine Sprachausgabe auslösen, eine Tür schließen lassen oder das Fernsehgerät einstellen. Aufgabe 5.1 a) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors 4 Sekunden lang vorwärts fahren. Aufgabe 5.1 b) Der Roboter fährt vorwärts bis er auf ein Hindernis stößt. Danach fährt er eine Sekunde langsam rückwärts und bleibt stehen. Aufgabe 5.1 c) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors eine Melodie abspielen. Aufgabe 5.1 d) Solange der Tastsensor gedrückt ist, soll ein Ton ertönen. Bevor du mit dem nächsten Sensor weiterarbeitest, fasse die wichtigsten Erkenntnisse über den Berührungssensor in deiner Mappe zusammen, dabei sollst du folgende Punkte bearbeiten. A) Wie funktioniert der Tastsensor? B) Zu welchem Zweck werden Tastsensoren in der Robotik (und in der Industrie) eingesetzt? C) Welche Einstellungen kann man an diesem Sensor über das Programm vornehmen? D) Worauf musst du besonders beim Einbauen und Programmieren achten; welche Tipps kannst du deinen Mitschülern geben? W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung 19

3 5. NXT kann hören und Entfernungen erkennen: Test der Sensoren Aufgabe 5.1 a) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors 4 Sekunden lang vorwärts fahren. Aufgabe 5.1 b) Der Roboter fährt vorwärts bis er auf ein Hindernis stößt. Danach fährt er eine Sekunde langsam rückwärts und bleibt stehen. Aufgabe 5.1 c) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors eine Melodie abspielen. Durch das Hintereinanderfügen von einzelnen Soundbausteinen können die Schüler eine einfache Melodie komponieren, die man auch in einer Schleife dann endlos abspielen kann. Zum Beispiel kann man folgende einfache Melodie komponieren: AABBACCAA, indem man den Ton A eine sec. spielt, dann B eine sec; A 0,5 sec... Aufgabe 5.1 d) Solange der Tastsensor gedrückt ist, soll ein Ton ertönen. Dieses Problem lässt sich nur mit einer Schleite (Kap.9) lösen, bei der am Anfang immer wieder abgefragt wird, ob der Taster gedrückt ist. Bevor du mit dem nächsten Sensor weiterarbeitest, fasse die wichtigsten Erkenntnisse über den Berührungssensor in deiner Mappe zusammen, dabei sollst du folgende Punkte bearbeiten. A) Wie funktioniert der Tastsensor? Hier soll der Text der vorherigen Seite mit eigenen Worten wiedergegeben werden. B) Zu welchem Zweck werden Tastsensoren in der Robotik (und in der Industrie) eingesetzt? Als Endschalter, als..auslöseknopf C) Welche Einstellungen kann man an diesem Sensor über das Programm vornehmen? Siehe vorherige Seite Es gibt drei Arten den Block einzustellen..." D) Worauf musst du besonders beim Einbauen und Programmieren achten; welche Tipps kannst du deinen Mitschülern geben? 20 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung

4 5.2 Geräuschsensor Gehe im Fenster Robot Educator" auf Allgemeine Palette". Hier findest du unter Geräuschesteuerung in der Bauanleitung eine schrittweise Erklärung, wie der Geräuschsensor an das Modell anzubauen ist. Baue den Geräuschsensor an den NXT und schließe das Kabel an Port 2 an. Der NXT hat eine Testfunktion (View). Verbinde den Berührungssensor mit Port 2 von dem NXT und wähle dann das View"-Untermenü auf dem NXT, um den Sensor zu testen. Du wirst merken, ob der Sensor funktioniert. Der neue NXT Geräuschsensor ist ein hoch entwickelter Sensor, der es ermöglicht den Roboter auf neue Einflüsse und Reize reagieren zu lassen. Der Sensor misst den Schall in db und dba. Der Roboter kann somit auf leise und laute Kommandos reagieren, sowie auf Kommandos, die von einer Person oder von mehreren gleichzeitig gegeben werden. Der Geräuschsensor erkennt ebenfalls bestimmte Klangmuster. So kann einmaliges Klatschen auf ein bestimmtes Verhalten programmiert werden, zweimaliges aber ein gänzlich anderes Verhalten bewirken. Geräuschsensoren werden in Überwachungs- und Alarmanlagen eingesetzt oder bei Suchrobotern, um Lebenszeichen von Verschütteten wahrzunehmen. Aufgabe 5.2 a) Wenn geklatscht wird, soll der Roboter losfahren und 3 sec geradeaus fahren. Aufgabe 5.2 b) Der Roboter soll nur starten, wenn es besonders leise im Raum ist. Dann soll er 50 cm vorwärts fahren und eine 180 Grad- Drehung machen. Wenn dann geklatscht wird, fährt er in die Startposition zurück. Aufgabe 5.2 c) Immer dann wenn die Lautstärke in der Klasse zu hoch ist, soll sich der Roboter im Kreis drehen; er stoppt erst, wenn es wieder leise genug ist. Bevor du mit dem nächsten Sensor weiterarbeitest, fasse die wichtigsten Erkenntnisse über den Berührungssensor in deiner Mappe zusammen. Dabei sollst du folgende Punkte bearbeiten: A) Wo werden Geräuschsensoren in der Robotik (und in der Industrie) eingesetzt? B) Welche besonderen Einstellungen kann man über das Programm vornehmen? C) Recherchiere im Lexikon oder im Internet wie ein Mikrofon funktioniert, fertige eine Skizze an. D) Lege eine Tabelle an. in der du die gemessenen Lautstärken festhältst! E) Worauf musst du besonders beim Einbauen und Programmieren achten; welche Tipps kannst du deinen Mitschülern geben? 22 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung

5 5.3 Der Lichtsensor Gehe im Fenster Robot Educator auf Allgemeine Palette. Hier findest du unter in der Bauanleitung 16. Dunkle Linie erkennen eine schrittweise Erklärung, wie der Lichtsensor an das Modell anzubauen ist. Baue den Geräuschsensor an den NXT und schließe das Kabel an Port 3 an. Der NXT hat eine Testfunktion (View). Verbinde den Lichtsensor mit Port 3 von dem NXT und wähle dann das View -Untermenü auf dem NXT um den Sensor zu testen. Du wirst merken ob der Sensor funktioniert. Der NXT Lichtsensor erlaubt präzise Lichtmessungen auf einer Skala zwischen 0 (kein Licht) und 100 (sehr hell). Es ist ebenfalls möglich das Infrarotlicht am Sensor auszuschalten. um nur das Umgebungslicht zu messen. Das Ein- und Ausschalten des Lichts erfolgt im Programm. wenn du im Block Light unter Eigene Lichtquelle an das entsprechende Feld anklickst. Für den Lichtsensor gibt es zwei Möglichkeiten die Helligkeitsgrenze einzustellen. Es wird gewartet bis es heller als die festgelegte Grenze wird. Es wird gewartet bis es dunkler als die festgelegte Grenze wird. Aufgabe 5.3 a) Der Roboter soll bis zur schwarzen Linie fahren. stehen bleiben und anschließend eine Melodie spielen. Aufgabe 5.3 b) Der Roboter soll starten wenn es hell wird und so lange fahren bis es wieder dunkel wird. Hinweis: Du musst zuerst den Wert der normalen Umgebungshelligkeit ermitteln. Dazu drückst du die Taste View auf dem Roboter so lange, bis die Marke auf den entsprechenden Sensorplatz zeigt. Auf dem Display kannst du dann den Sensorwert ablesen. Aufgabe 5.3 c) Stelle den Lichtsensor so ein, dass der Roboter bei der blauen Linie darüber fährt, aber bei der schwarzen Linie stehen bleibt. Aufgabe 5.3 d) Baue den Lichtsensor so um, dass er auf eine Flasche gerichtet werden kann. Experimentiere mit zwei verschieden Flaschen, z.b. Cola und Trinkjoghurt (weiße Flasche). Nur wenn der Roboter eine Cola-Flasche erkennt, soll er eine Melodie spielen. Aufgabe 5.3 e) Der Roboter dreht sich solange um die eigene Achse bis der Lichtsensor Licht von einer Lichtquelle empfängt. Dann fährt das Fahrzeug in diese Richtung auf die Lichtquelle zu und bleibt stehen. wenn die Lichtintensität um einen bestimmten Wert zugenommen hat. Bevor du mit dem nächsten Sensor weiterarbeitest, fasse die wichtigsten Erkenntnisse über den Berührungssensor in deiner Mappe zusammen, dabei sollst du folgende Punkte bearbeiten: A) Welche verschiedenen Möglichkeiten gibt es, den Sensor im Programm einzustellen? B) Nenne Anwendungsmöglichkeiten für Helligkeitssensoren in der Robotik, im Privatbereich und in der Industrie! C) Erstelle eine Übersicht, wie der Sensor beim Erkennen von verschiedenen Farben einzustellen ist. D) Worauf musst du besonders beim Einbauen und Programmieren achten; welche Tipps kannst du deinen Mitschülern geben? 24 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung

6 5.4 Ultraschallsensor Gehe im Fenster Robot Educator" auf Allgemeine Palette". Hier findest du unter in der Bauanleitung eine schrittweise Erklärung, wie der Geräuschsensor an das Modell anzubauen ist. Baue den Geräuschsensor an den NXT und schließe das Kabel an Port 4 an. Der NXT hat eine Testfunktion (View). Verbinde den Ultraschallsensor mit Port 4 von dem NXT und wähle dann das View"-Untermenü auf dem NXT um den Sensor zu testen. Du wirst merken ob der Sensor funktioniert. Der Ultraschall Sensor ist eine faszinierende neue Erweiterung für das LEGO MINDSTORMS Education NXT System. Der Sensor nutzt Ultraschallmessungen, um seine Umgebung wahrzunehmen. Er sendet ein Signal aus und wartet auf dessen Rückkehr. Während der Sensor auf das Reflexsignal wartet, wird die dafür benötigte Zeit gemessen. Die Zeit zwischen Aussendung und Empfang des Signals bildet die Grundlage für die Berechnung der Entfernung zum erkannten Objekt. Je länger es dauert bis der Sensor das wiederkehrende Signal empfängt, desto größer ist die Entfernung zum Objekt. Das beste Echo" des Signals erhält man, wenn der Sensor dem Objekt direkt gegenübersteht. Der Ultraschallsensor sendet einen Schallimpuls aus und wartet dann auf das Echo. Je länger es dauert bis das Echo den NXT erreicht, desto weiter ist das Objekt entfernt. Die maximale Entfernung, bis zu der ein Objekt erkannt werden kann, hängt stark von dessen Eigenschaften ab: Der Sensor erkennt eine große flache Wand oder die Decke (wenn er senkrecht nach oben gedreht wird) ab 160 bis 130 cm, eine Getränkedose aber erst unterhalb von 25 cm, und dann auch nur, wenn er direkt darauf gerichtet wird. Weiche oder gekrümmte Gegenstände reflektieren Schall nicht gut und sind daher schwer zu erkennen. Wickelt man jemanden in eine flauschige Decke ein, kann man ihn dadurch für den Ultraschallsensor regelrecht "unsichtbar" machen. Aufgabe 5.4 a) Der Roboter soll geradeaus fahren bis er 30 cm von einem Hindernis entfernt ist. Danach soll er eine Sekunde rückwärts fahren und dann eine 90 Grad-Drehung nach links machen und stehen bleiben. Aufgabe 5.4 b) Der Roboter soll seine Umgebung absuchen. Wenn er ein Hindernis im Umkreis von 30 cm gefunden hat soll er stehen bleiben und eine Melodie spielen. Aufgabe 5.4 c) Experimentiere mit verschiedenen Hindernissen (Bücherstapel, Flaschen, Dosen...) und beobachte, wie gut der Roboter mit dem Ultraschallsensor Hindernisse erkennen kann. Fasse deine Erfahrungen und Erkenntnisse in der Mappe unter der Überschrift Erkennen von Hindernissen mit dem Ultraschallsensor" zusammen, erkläre dabei auch unter welchen Bedingungen die Hindernisse schlecht erkannt werden. 26 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung

7 6 Alle Sensoren im Einsatz und Wettkampf Aufgabe 6 a) Der Roboter soll genau beim Hindernis stehen bleiben und einen Ton von sich geben. Verwende den Tastsensor! Verwende den Lichtsensor! Aufgabe 6 b) Der Roboter soll bis zur schwarzen Linie fahren, sich dann um 90 drehen; bis zum Hindernis fahren und stehen bleiben. Aufgabe 6 c) Der Roboter soll vorwärts fahren, bis er an ein Hindernis anstößt, dann mit geringer Geschwindigkeit rückwärts fahren, bis er eine schwarze Linie überquert. Aufgabe 6 d) Nur wenn die rechte Taste am NXT gedrückt ist, startet der Roboter und fährt 40 cm vorwärts. Anschließend dreht sich der NXT so lange bis der Tastsensor gedrückt wird. Zum Schluss fährt er noch genau einen Meter vorwärts. Aufgabe 6 e) Der Roboter wartet auf deinen Befehl. Wenn du ihn drückst, schaltet er das Licht ein, wenn du ihn noch mal drückst, fährt er los. Wenn er über die blaue Linie fährt, piepst er und wenn er die schwarze Linie erreicht, bleibt er stehen. (Verwende Druck- und Lichtsensor) Aufgabe 6 f) Erstelle ein Programm für diesen Parcours: 1. Fahre vorwärts bis der Roboter den ersten Stapel erreicht. 2. Fahre etwas zurück und drehe um 90 Grad nach rechts. 3. Fahre bis zum zweiten Stapel. 4. Fahre etwas zurück und drehe um 90 Grad nach rechts. 5. Fahre bis zum dritten Stapel. 6. Stoppe vor dem dritten Stapel. Start Bücherstapel oder sonstige Hindernissenisse Bücherstapel oder sonstige Hindernisse Bücherstapel oder sonstige Hinder indernisse nisse Aufgabe 6 g) Erstelle einen eigenen Hindernisparcours, den der Roboter bewältigen muss. (Man legt einige Hindernisse in den Weg.) Aufgabe 6 h) Erstelle einen Hindernisparcour, welcher Euer Roboter lösen kann, an denen die Roboter der anderen Gruppen aber verzweifeln. Ablauf: Eine Gruppe hat 15 min Zeit den Parcour zu erstellen und ihr Roboter zu programmieren. Dann treffen die zwei gegnerischen Gruppen zusammen. Als erstes müssen die eigene Roboter zeigen, wie sie diesen Parcour meistern (natürlich ohne die Befehlskette zu zeigen). Anschließend hat jeweils die andere Gruppe 15 min Zeit ihren Roboter für den gegnerischen Parcour zur programmieren und zu testen. Nach 15 min findet dann der Wettkampf statt. WICHTIG Aufgabe 6 i) Euer Roboter soll die hellste Stelle in einem xbeliebigen Raum finden. 28 W. Hölzel - NWT Kapitel 1 der Robotik - Einführung