Roboter programmieren

16 mm Grundregeln beim Roboterbau Grundmodelle bauen: vierrädrig, zweirädrig, mit Kettenantrieb Programmiergrundlagen Motoren Konstanten und Datenknoten Schalter, Logik und Operatoren Sensoren und Variablen Schleifen Display-Programme Sounds Dateien Eigene Blöcke Bluetooth LEGO Digital Designer Mit diesem Buch lernen Sie, einen eigenen Roboter zu programmieren. Sie brauchen dafür lediglich einen LEGO MINDSTORMS NXT und einen Computer. Daniel Braun erläutert das Programmieren mit der Sprache NXT-G, die mit dem NXT mitgeliefert wird. Hiermit lassen sich einfache bis komplexe Programme nur über grafische Elemente realisieren, ohne eine Zeile Code zu schreiben. Es werden dabei keinerlei Programmierkenntnisse vorausgesetzt. ISBN 978-3-8266-9064-8 Bevor es mit der Programmierung losgeht, stellt der Autor zunächst wesentliche Grundregeln und konkrete Bauanleitungen für Grundmodelle im Roboterbau vor, die Sie im Laufe des Buches zum Testen der Programme verwenden können. Daraufhin wird der gesamte Funktionsumfang von NXT-G behandelt. Anhand zahlreicher Beispiele lernen Sie immer mehr Möglichkeiten kennen, einen Roboter zu steuern, der intelligent auf seine Umgebung reagiert und die verschiedensten Aufgaben lösen kann. Dabei geht der Autor nicht nur auf grundlegende Bewegungsmöglichkeiten des Roboters ein, sondern zeigt auch, wie Operatoren mit NXT-G dargestellt werden, so dass Sie in der Lage sind, auch anspruchsvolle Programmieraufgaben zu lösen. So werden Sie komplexe Bedingungen meistern und eigene Blöcke erstellen können. ISBN 978-3-8266-9101-6 NXT-G Bedienung des NXT Daniel Braun Roboter programmieren mit Der Autor hat dabei auch immer die Vorgehensweise beim Programmieren im Allgemeinen im Blick, damit auch junge Programmierer lernen, wie Programme geplant und realisiert werden, um später auch textbasierte Programmiersprachen zu lernen. Mit diesem praktischen Handbuch sind Sie für jede beliebige Programmieraufgabe gerüstet, um Ihren Roboter zum Leben zu erwecken. Roboter programmieren mit NXT-G für LEGO MINDSTORMS NXT ISBN ISBN978-3-8266-9096-9 978-3-8266-9096-9 (D) 29,95 Über den Autor: Daniel Braun beschäftigt sich schon seit Langem mit den Themen Künstliche Intelligenz und Robotik. Er nahm bereits als aktiver Teilnehmer und als Coach an zahlreichen Wettbewerben teil wie z.b. bei der First Lego League. Im Jahr 2005 trat er zusammen mit dem späteren Weltmeister im Roboter-Fußball bei den German Open des RoboCups an. Außerdem arbeitet er am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). für LEGO MINDSTORMS NXT Aus dem Inhalt: Außerdem bei mitp: Braun Alle Funktionen von NXT-G Von einfachen Befehlen bis hin zu anspruchsvollen Programmen Zahlreiche Praxisbeispiele und Übungsaufgaben Für die Versionen NXT 1.0 und 2.0 978-3-8266-9096-9_umschlag4.indd 1-3 10/10/2011 7:00:57 PM

1 Einleitung................................................ 11 2 LEGO MINDSTORMS..................................... 13 2.1 NXT.................................................... 14 2.2 Hardware................................................ 14 2.3 Peripherie................................................ 15 2.3.1 Motor............................................. 15 2.3.2 Sensoren.......................................... 16 2.3.3 Verbindung........................................ 21 2.4 Verschiedene Ausführungen................................ 21 2.4.1 LEGO MINDSTORMS 8547.......................... 22 2.4.2 LEGO MINDSTORMS 9797.......................... 22 2.4.3 LEGO MINDSTORMS 9648.......................... 22 2.4.4 Elektronische Teile.................................. 23 3 Bedienung des NXT....................................... 25 3.1 Hauptmenü.............................................. 25 3.1.1 Try Me............................................ 27 3.1.2 Settings........................................... 29 3.1.3 View.............................................. 31 3.1.4 NXT Program...................................... 32 3.1.5 Datalog........................................... 35 4 Roboter bauen mit LEGO................................... 39 4.1 Die Steine................................................ 39 4.2 Grundregeln beim Roboterbau............................... 40 4.2.1 Symmetrisch....................................... 40 4.2.2 Stabil............................................. 40 4.2.3 Einfach........................................... 41 4.2.4 Durchdacht........................................ 41 4.3 Antriebsarten............................................. 42 4.3.1 Räder............................................. 42 4.3.2 Ketten............................................ 43 4.3.3 Beine............................................. 43 5

4.4 Motoren und Sensoren anschließen.......................... 44 4.4.1 Belegung.......................................... 44 4.4.2 Kabellänge und Kabelverlegen......................... 44 4.5 Grundmodelle............................................ 45 4.5.1 Vierrädriges Grundmodell............................ 45 4.5.2 Zweirädriges Grundmodell........................... 60 4.5.3 Grundmodell mit Kettenantrieb....................... 72 5 Software-Installation....................................... 93 6 Die Software im Überblick.................................. 97 6.1 Robo-Center.............................................. 97 6.2 Mein Portal............................................... 98 6.3 Programmier-Oberfläche................................... 99 6.4 NXT mit dem Computer verbinden........................... 100 6.4.1 USB-Verbindung................................... 100 6.4.2 NXT-Fenster....................................... 101 6.5 Werkzeuge............................................... 104 6.5.1 Klangbearbeitungsprogramm......................... 104 6.5.2 Fernbedienung..................................... 106 6.5.3 Bildbearbeitungsprogramm........................... 107 6.5.4 NXT-Firmware aktualisieren.......................... 110 6.5.5 Sensoren kalibrieren................................. 111 7 Programmiergrundlagen.................................... 115 7.1 Was ist ein Programm?..................................... 115 7.2 EVA-Prinzip.............................................. 117 7.3 Programme planen........................................ 117 7.4 Übungen................................................. 118 8 Hallo Welt!............................................... 119 8.1 Das erste Programm....................................... 119 8.2 Übungen................................................. 122 9 Motoren................................................. 123 9.1 Beispielprogramme........................................ 125 9.2 Entfernungen angeben..................................... 128 9.3 Motor-Block.............................................. 128 9.4 Übungen................................................. 131 6

10 Konstanten und Datenknoten................................ 133 10.1 Datenknoten.............................................. 133 10.2 Konstanten............................................... 134 10.3 Verbindungen............................................ 136 10.4 Text-Konstanten........................................... 137 10.5 Übungen................................................ 138 11 Schalter und Logik......................................... 139 11.1 Schalter.................................................. 139 11.1.1 Logik-Schalter...................................... 140 11.1.2 Zahlen-Schalter..................................... 142 11.1.3 Text-Schalter....................................... 143 11.2 Logik und boolesche Algebra................................ 143 11.2.1 Operatoren-Übersicht............................... 143 11.2.2 Wahrheitstafeln.................................... 144 11.2.3 Venn-Diagramme................................... 146 11.2.4 Mathematische Schreibweise......................... 148 11.2.5 Operatoren in NXT-G................................ 149 11.3 Vergleichen.............................................. 153 11.3.1 Bereiche........................................... 155 11.4 Übungen................................................ 157 12 Sensoren und Variablen.................................... 159 12.1 Sensoren................................................. 159 12.1.1 Warten auf Sensoren................................ 159 12.1.2 Sensorwerte....................................... 165 12.1.3 Beispielprogramme................................. 180 12.2 Variablen................................................ 182 12.2.1 Variable definieren.................................. 182 12.2.2 Variable-Block...................................... 184 12.2.3 Beispiele.......................................... 186 12.3 Übungen................................................ 188 13 Schleifen................................................. 189 13.1 Endlosschleifen........................................... 189 13.1.1 Beispiele.......................................... 190 13.2 Sensor-Schleifen.......................................... 194 13.3 Zeit-Schleifen............................................. 196 13.4 Zähl-Schleifen............................................ 196 7

13.5 Logiksignal-Schleifen....................................... 198 13.6 Übungen................................................. 201 14 Display.................................................. 203 14.1 Anzeige-Block............................................. 203 14.2 Ausgabe von Zahlen....................................... 206 14.3 Texte aneinanderfügen..................................... 207 14.4 Übungen................................................. 209 15 Display-Programme........................................ 211 15.1 Stoppuhr................................................. 211 15.2 Aufnehmen und Abspielen.................................. 214 15.3 Der springende Punkt...................................... 216 16 Sounds.................................................. 221 16.1 Klang-Block.............................................. 221 16.1.1 Töne.............................................. 221 16.1.2 Klangdateien....................................... 224 16.2 Übungen................................................. 224 17 Dateien.................................................. 225 17.1 Schreiben................................................ 226 17.2 Schließen................................................ 227 17.3 Lesen.................................................... 227 17.4 Error handling............................................ 229 17.5 Löschen.................................................. 230 17.6 Logiksignale verarbeiten.................................... 230 17.7 Übungen................................................. 232 18 Eigene Blöcke............................................. 233 18.1 Eigene Blöcke erstellen..................................... 233 18.2 Blöcke teilen.............................................. 239 18.3 Blöcke importieren........................................ 241 18.4 Profile................................................... 242 18.5 Übungen................................................. 243 19 Beispielprogramme........................................ 245 19.1 Sensoren kalibrieren....................................... 245 20 Bluetooth................................................ 253 20.1 NXTs verbinden........................................... 253 20.2 Nachrichten senden........................................ 254 8

20.3 Nachrichten empfangen.................................... 257 20.4 Verbinden über NXT-G..................................... 258 20.5 Kommunikation mit drei Robotern........................... 260 20.5.1 Theorie........................................... 260 20.5.2 Implementierung................................... 262 20.6 Protokolle................................................ 264 20.7 Übungen................................................ 265 21 LEGO Digital Designer..................................... 267 21.1 Installation............................................... 267 21.2 Oberfläche............................................... 270 21.2.1 Startbildschirm..................................... 270 21.2.2 Hauptbildschirm................................... 271 21.3 Bedienung............................................... 272 21.4 Werkzeuge............................................... 274 21.4.1 Auswahlwerkzeuge.................................. 275 21.4.2 Vervielfältigungswerkzeug........................... 275 21.4.3 Drehwerkzeug..................................... 276 21.4.4 Umklappwerkzeug.................................. 276 21.4.5 Werkzeug für flexible Elemente....................... 276 21.4.6 Farbwerkzeug...................................... 276 21.4.7 Ausblendewerkzeug................................. 277 21.4.8 Löschwerkzeug..................................... 277 21.4.9 Tastenkürzel für Werkzeuge.......................... 277 21.5 Modi.................................................... 278 21.5.1 Aufbaumodus...................................... 278 21.5.2 Anzeigemodus..................................... 278 21.5.3 Bauanleitungsmodus................................ 279 22 Perspektiven.............................................. 281 22.1 Programmiersprachen..................................... 281 22.1.1 NXC.............................................. 281 22.1.2 NBC.............................................. 283 22.1.3 lejos / Java........................................ 283 22.1.4 pblua............................................. 284 22.2 Hardware................................................ 284 22.2.1 LEGO-Sensoren.................................... 284 22.2.2 HiTechnic-Sensoren................................. 285 22.2.3 Mindsensors-Sensoren............................... 286 22.3 Community.............................................. 287 9

A Lösungen................................................ 289 A.1 Kapitel 7................................................. 289 A.2 Kapitel 8................................................. 289 A.3 Kapitel 9................................................. 290 A.4 Kapitel 10................................................ 290 A.5 Kapitel 11................................................. 291 A.6 Kapitel 12................................................ 291 A.7 Kapitel 13................................................. 291 A.8 Kapitel 14................................................ 292 A.9 Kapitel 16................................................ 293 A.10 Kapitel 17................................................ 293 A.11 Kapitel 18................................................ 293 A.12 Kapitel 20................................................ 294 Stichwortverzeichnis....................................... 295 10