ROBOTICS TXT Discovery Set Willkommen in der fischertechnik ROBOTICS Welt 4 Ein paar allgemeine Infos 5 Elektrizität 5 Über dieses Begleitheft 5 Roboter, der künstliche Mensch? 6 ROBOTICS, (fast) alles automatisch 7 Bauteilerklärungen 8 Encoder-Motoren 8 XS-Motor 9 LEDs 9 Linsenlampe 9 Fototransistor 10 Taster 10 Wärmesensor (NTC) 11 Kameramodul 11 ROBOTICS TXT Controller 12 Ein paar Tipps 13 Erste Schritte 14 Starter-Modelle 15 Fußgängerampel 15 Händetrockner 16 T
ROBOTICS TXT Discovery Set Mobile Roboter – die nächste Herausforderung 23 Fahrroboter 23 Hinderniserkenner 27 Hinderniserkenner mit Kamera 28 Spurensucher 30 Erkundungsroboter 33 Fußball-Roboter mit Bewegungssteuerung 35 Fußballroboter 38 Fehlersuche 43 Interface-Test 43 Kabel und Verkabelung 43 Wackelkontakt 43 Kurzschlüsse 44 Stromversorgung 44 Fehler im Programm 44 Kamerafunktion 44 Die letzten Joker 45 Und wie geht‘s jetzt weiter? 46 3
ROBOTICS TXT Discovery Set Willkommen in der fischertechnik ROBOTICS Welt Hallo! Wir freuen uns, dass du dich für den Baukasten „ROBOTICS TXT Discovery Set“ von fischertechnik entschieden hast. Mit diesem Baukasten kannst du eine Menge interessanter Experimente durchführen und spannende Aufgaben lösen.
ROBOTICS TXT Discovery Set Ein paar allgemeine Infos Bevor wir mit dem Baukasten so richtig loslegen können, musst du noch ein paar Dinge wissen. Die Bauteile, mit denen wir arbeiten werden, sind zwar sehr robust, aber wenn man sie nicht korrekt behandelt, können sie unter Umständen beschädigt werden. Elektrizität Wie du sicherlich weißt, funktionieren sehr viele Bauteile des ROBOTICS TXT Discovery Sets mit elektrischem Strom.
ROBOTICS TXT Discovery Set ▯▯ Hintergrund-Infos Zum Teil gibt es in diesem Heft Begriffe oder Fremdwörter, für die man eine Erklärung brauchen kann. Diese Begriffe sind grün geschrieben und unterstrichen. Wenn du den Text mit dem Mauszeiger berührst, erscheint ein Feld mit einer Erklärung. ▯▯ Verknüpfung außerhalb dieses Heftes Für ein paar Verknüpfungen brauchst du eine Internetverbindung (zum Beispiel zur Internetseite von fischertechnik), bzw.
ROBOTICS TXT Discovery Set ROBOTICS, (fast) alles automatisch Roboter sind also Maschinen, die von einem Programm gesteuert werden. Und diese Steuerung von Maschinen (oder in unserem Fall Modellen) nennen wir „ROBOTICS“. Mit dem „ROBOTICS TXT Discovery Set“ kannst du wunderbar in dieses Thema einsteigen. Denn der Baukasten enthält alles, was du zum Bauen und Steuern von vielen verschiedenen Maschinen brauchst. Die Programme zum Steuern der Modelle kannst du am PC mit Hilfe der Software ROBO Pro 4.
ROBOTICS TXT Discovery Set Bauteilerklärungen Das ist alles im Baukasten mit drin Zunächst einmal findest du zahlreiche fischertechnik-Bausteine, außerdem Motoren, Lampen und Sensoren, sowie eine farbige Bauanleitung zum Bau der verschiedenen Modelle. Wenn du die Bausteine alle ausgepackt hast, musst du einige Komponenten zuerst montieren, bevor du loslegen kannst (z. B. Kabel und Stecker). Welche das genau sind, ist in der Bauanleitung unter „Montagetipps“ beschrieben.
ROBOTICS TXT Discovery Set (sprich „21 zu 1“) haben, entspricht eine Umdrehung der Welle, die aus dem Getriebe kommt, 63 Impulsen des Encoders. XS-Motor Der XS-Motor ist ein Elektromotor, der genau so lang und so hoch ist wie ein fischertechnik-Baustein. Außerdem ist er sehr leicht. Dadurch kannst du ihn an Stellen einbauen, an denen für die großen Motoren kein Platz ist. Das Getriebe, das im Baukasten dabei ist, passt genau an den XS-Motor.
ROBOTICS TXT Discovery Set Sensoren Sensoren sind gewissermaßen die Gegenstücke zu den Aktoren. Denn sie führen keine Aktionen aus, sondern reagieren auf bestimmte Situationen und Ereignisse. Ein Taster reagiert zum Beispiel auf einen „Knopfdruck“, indem er einen elektrischen Strom durchlässt oder unterbricht. Ein Wärmesensor reagiert auf die Temperatur in seiner Umgebung. Fototransistor Man bezeichnet den Fototransistor auch als „Helligkeitssensor“. Das ist ein „Fühler“, der auf Helligkeit reagiert.
ROBOTICS TXT Discovery Set Wärmesensor (NTC) Bei diesem Bauteil handelt es sich um einen Wärmesensor, mit dem man Temperaturen messen kann. Bei 20 °C beträgt sein elektrischer Widerstand 1,5 kΩ (kilo-Ohm). NTC bedeutet Negativer Temperatur Coeffizient. Das heißt einfach, dass der Widerstandswert mit steigender Temperatur sinkt. Die Informationen, die uns die Sensoren liefern (z. B.
ROBOTICS TXT Discovery Set von grafischen Symbolen einfach bildlich zusammenstellen kannst. Ein Beispiel für so ein Programm siehst du links abgebildet. Wie man so ein Programm genau erstellt, ist in dem Kapitel „Erste Schritte“ ausführlich beschrieben. Auch die ROBO Pro Hilfe zeigt dir in den Kapiteln 3 und 4 wie das funktioniert. Die Software wurde bereits mit diesem Begleitmaterial auf deinem PC installiert.
ROBOTICS TXT Discovery Set Ein paar Tipps Experimentieren macht am meisten Spaß, wenn die Experimente auch funktionieren. Darum solltest du beim Aufbauen der Modelle ein paar Grundregeln beachten: Sorgfältig arbeiten Nimm dir Zeit und schau genau in die Bauanleitung für das Modell. Wenn man hinterher nach einem Fehler suchen muss, dauert es noch viel länger. Beweglichkeit aller Teile prüfen Kontrolliere beim Zusammenbauen immer wieder, ob sich Teile, die sich bewegen sollen, auch leicht bewegen lassen.
ROBOTICS TXT Discovery Set Erste Schritte So. Nach all den Vorbereitungen und Informationen kannst du jetzt endlich loslegen.
ROBOTICS TXT Discovery Set Starter-Modelle Nachdem du die Kapitel 3 und 4 der ROBO Pro Hilfe durchgelesen hast, kannst du jetzt schon einige Modelle des Baukastens programmieren. Deshalb wollen wir auch sofort loslegen. In ROBO Pro gibt es verschiedene Schwierigkeitsstufen, Level genannt, die du in der Menüleiste einstellen kannst. Wir beginnen mit ganz einfachen Programmen im Level 1.
ROBOTICS TXT Discovery Set Händetrockner In deiner Schule wurden auf der Toilette neben den Waschbecken neue Händetrockner installiert. Diese sind mit einer Lichtschranke versehen, über die man den Lüfter einund ausschalten kann. Baue zunächst das Modell wie in der Bauanleitung beschrieben auf. Aufgabe 1: (Level 1) Der Händetrockner soll nun so programmiert werden, dass, sobald die Lichtschranke unterbrochen wird, der Lüfter ein- und nach 5 Sekunden wieder ausgeschaltet wird.
ROBOTICS TXT Discovery Set Zuletzt kannst du dein Programm mit dem fertigen Beispielprogramm vergleichen, das du über das Symbol rechts aufrufen kannst: Haendetrockner_1.rpp Nachdem diese Hürde genommen ist, wollen wir die Aufgabenstellung etwas verändern: Aufgabe 2: (Level 1) Dem Rektor, der stets darauf bedacht ist Energie zu sparen, gefällt es nicht, dass der Händetrockner immer noch eine gewisse Zeit weiterläuft, obwohl die Hände bereits trocken sind.
ROBOTICS TXT Discovery Set Temperaturregelung Bei Euch zu Hause wurde eine neue Klimaanlage installiert. Natürlich hast du den Installateur sofort gefragt, wie die Temperaturregelung funktioniert. Er hat dir erklärt, dass ein Temperaturfühler ständig die aktuelle Temperatur misst. Sobald ein oberer Grenzwert überschritten wird, schaltet die Kühlung ein. Wird ein unterer Grenzwert unterschritten, schaltet die Kühlung aus und die Heizung ein.
ROBOTICS TXT Discovery Set Schranke Oft findet man eine solche Schranke an der Ein- oder Ausfahrt eines Parkplatzes. Baue zunächst das Modell wie in der Bauanleitung beschrieben auf. Unsere Schranke könnte sich an der Ausfahrt befinden. Aufgabe: (Level 2) Nähert sich ein Fahrzeug der Schranke wird dadurch die Lichtschranke unterbrochen. Dann soll die Schranke sich öffnen, eine gewisse Zeit offen bleiben (z. B.
ROBOTICS TXT Discovery Set „Kameramann“ Jetzt wollen wir uns zum ersten Mal in diesem Begleitheft mit dem spannenden Thema Kamera und Bildverarbeitung beschäftigen. Dazu baust du das Modell „Kameramann“ wie in der Bauanleitung beschrieben auf und verbindest die Kamera über einen USB Anschluss direkt mit dem PC. Die Kamera wird erkannt und der zugehörige Kameratreiber automatisch installiert. Starte jetzt die Software ROBO Pro.
ROBOTICS TXT Discovery Set Verwende in ROBO Pro das Kamera-Sensorfeld „Bewegung“ und zeichne es im Kamerafeld als Rechteck in der gewünschten Größe. Im Dialogfeld des Bewegungserkenners, das du mit einem rechten Mausklick auf das eingefügte Sensorfeld öffnen kannst, lässt sich einstellen, wie stark die Bewegung sein muss, damit der Sensor anspricht und wie groß die Bewegung im Verhältnis zum gesamten Sensorfeld sein muss, damit er reagiert.
ROBOTICS TXT Discovery Set Schwenkbare Kamera Als Nächstes baust du dir eine Überwachungskamera für dein Zimmer. Baue zunächst das Modell wie in der Bauanleitung beschrieben auf. Aufgabe: (Level 3) Die Kamera soll sich, angetrieben vom Encodermotor, immer ein kleines Stück drehen, und danach prüfen, ob sich im Raum etwas bewegt.
ROBOTICS TXT Discovery Set Mobile Roboter – die nächste Herausforderung Fahrroboter Mit diesem Modell wollen wir gemeinsam herausfinden, wie man einen fahrenden Roboter steuern kann. Wie bringt man ihn zum Fahren, wie funktioniert die Lenkung, und kann man seine Genauigkeit vielleicht noch verbessern? Diese Fragen werden wir mit Hilfe der Aufgaben in diesem Kapitel beantworten. Aber zuerst musst du natürlich den Roboter zusammenbauen. Die Beschreibung findest du wie immer in der Bauanleitung.
ROBOTICS TXT Discovery Set Programmiertipps: Auch wenn die Aufgabe sicher kein Problem für dich ist, hier ist unser Vorschlag: Fahrroboter_1.rpp Die Lenkung Auch wenn es Spaß macht dem Roboter beim Geradeausfahren zuzuschauen, ist das doch etwas eintönig. Darum soll er nun lernen, um Kurven zu fahren.
ROBOTICS TXT Discovery Set Programmiertipps: Für das „Um-die-Ecke-fahren“ kannst du ein Unterprogramm erstellen. Dadurch bleibt dein Hauptprogramm übersichtlicher. Sicherlich hast du die Lösung für die Aufgabe schon im Kopf. Aber für alle Fälle gibt‘s hier wieder einen Vorschlag von uns: Fahrroboter_3.rpp Immer dasselbe, und doch nicht gleich? Wie du bestimmt gemerkt hast, ist die Wiederholgenauigkeit des Roboters noch verbesserungsfähig.
ROBOTICS TXT Discovery Set Die Lösungsvorschläge kannst du wieder durch Klicken auf die Symbole rechts öffnen: Fahrroboter_1_sync.rpp Fahrroboter_2_sync.rpp Fahrroboter_3_sync.rpp Für das Zählen der Impulse an den schnellen Zähleingängen C1-C4 brauchst du kein weiteres Programmelement in ROBO Pro. Dem Motor M1 wird intern automatisch der Zähleingang C1 zugeordnet, M2 gehört zu C2 usw.
ROBOTICS TXT Discovery Set Hinderniserkenner Dein Roboter kann jetzt geradeaus fahren und abbiegen. Und bisher macht er das eben nur genau so, wie du es ihm mit dem Programm vorgibst. Aber ein Roboter soll ja eigentlich möglichst selbstständig reagieren können. Darum wollen wir ihm jetzt ermöglichen auf Hindernisse zu reagieren, und zwar mit Hilfe einer Stoßstange. Baue zunächst das Modell wie in der Bauanleitung beschrieben auf. Aufgabe: Der Hinderniserkenner soll geradeaus fahren.
ROBOTICS TXT Discovery Set Hinderniserkenner mit Kamera Dein mobiler Roboter soll jetzt eine Kamera bekommen, damit er sehen kann wo er hinfährt und du ihn dann auch fernsteuern kannst. Dazu nimmst du einfach den Hinderniserkenner und baust ihm, wie in der Bauanleitung beschrieben, eine Kamera ein. Die Kamera schließt du an die USB-1 Schnittstelle des TXT Controllers an. Aufgabe 1: Zunächst soll sich der Roboter genauso verhalten wie der Hinderniserkenner ohne Kamera.
ROBOTICS TXT Discovery Set Aufgabe 2: Fernsteuerung des Roboters Hinweis: Um diese Aufgabe bearbeiten zu können benötigst du eine WLAN-Verbindung zwischen dem TXT Controller und deinem PC. Wie du diese herstellen kannst ist in der Bedienungsanleitung zum TXT Controller beschrieben. Tipps: Nachdem du die WLAN-Verbindung erfolgreich hergestellt hast, öffnest du über das Symbol das passende Programm. Hinderniserkenner_Kamera_2.
ROBOTICS TXT Discovery Set Spurensucher Bei diesem Modell wird die Kamera dazu verwendet, den Roboter an einer Linie entlang fahren zu lassen. Das Geniale an der Spurverfolgung mit der Kamera ist, dass die Kamera nicht nur erkennt, ob eine Spur vorhanden ist oder nicht, sondern deren genaue Position im Kamerabild erkennen und ausgeben kann.
ROBOTICS TXT Discovery Set Weitere Details zum Sensorfeld „Linie“, siehe ROBO Pro Hilfe Kapitel 11. Nun fragst du in deinem Programm ab, an welcher Position sich die Spur befindet.
ROBOTICS TXT Discovery Set Aufgabe 2: Am Ende der Spur umdrehen und ihr erneut folgen Erweitere dein Programm um die Funktion, dass der Roboter beim Verlassen der Spur umdreht und ihr wieder folgt. Programmiertipps: Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Richtung zu korrigieren. Du kannst einen Motor anhalten und den anderen weiterdrehen lassen, oder einen Motor entgegen der Fahrtrichtung drehen lassen. Probiere aus, welche Methode sich besser eignet. Hier unser Lösungsvorschlag: Spurensucher_2.rpp Na also.
ROBOTICS TXT Discovery Set Erkundungsroboter Bei diesem Modell wollen wir nun mehrere Kamerafunktionen kombinieren. Der Roboter soll nach vorne schauen können um seine Umgebung zu erkunden, er soll aber auch in der Lage sein nach unten zu sehen und den verschieden farbigen Spuren auf dem mitgelieferten Parcours zu folgen. Darüber hinaus soll er mit seinem NTC-Widerstand auch noch „Temperaturdaten“ seiner Umgebung sammeln. Baue zunächst das Modell wie in der Bauanleitung beschrieben auf.
ROBOTICS TXT Discovery Set Lösung: Das Unterprogramm beim Erkundungsroboter ist wesentlich komplizierter als beim Spurensucher. Es enthält eine Regelung, die dafür sorgt, dass das Modell umso stärker die Richtung korrigiert, je weiter die Spur von der Mitte entfernt ist. Beim Spurensucher hingegen wurde nur unterschieden zwischen geradeaus, leicht korrigieren und stark korrigieren.
ROBOTICS TXT Discovery Set Fußballroboter mit Bewegungssteuerung Hast du schon einmal vom Robo-Cup gehört? Das ist die Fußball-Weltmeisterschaft für Roboter. Sie findet jedes Jahr in einem anderen Land statt. Es gibt verschiedene Ligen, in denen verschiedene Roboter-Arten zusammengefasst werden. Nähere Informationen findest du zum Beispiel auf der Robo-Cup-Homepage http:// www.robocup.org In der Bauanleitung findest du zwei Vorschläge zum Bau von FußballRobotern.
ROBOTICS TXT Discovery Set Aufgabe 1: „Da hat er den Ball erwischt, und er schießt ...“ Im ersten Schritt soll unser elektronischer Ballkünstler lernen, den Ball abzuschießen, sobald dieser von der Lichtschranke erkannt wird. Experimentiere ein bisschen mit der „Schussgeschwindigkeit“. Eventuell kann auch eine kurze Pause zwischen „erkennen“ und „abschießen“ zu einer Verbesserung führen. Programmiertipps: Für diese Aufgabe kannst du zunächst den TXT Controller über das USB Kabel mit dem PC verbinden.
ROBOTICS TXT Discovery Set anhört, Die meisten Funktionen für dieses Programm hast du bei deinen anderen Robotern schon verwendet. Für die Bewegungssteuerung benutzt du drei Kamera-Sensorfelder „Bewegung“*. Du platzierst eines davon in der Mitte des Kamerabildes, eines im linken und eines im rechten Bereich. Platziere die Kamera so vor deinem Bildschirm, dass du mit deinen Armen die drei Bereiche im Kamerafenster gut erreichen kannst, aber die Sensorfelder nicht ungewollt reagieren.
ROBOTICS TXT Discovery Set Fußballroboter Es ist zwar ganz witzig den Fußballroboter durch Winken mit den Armen zu steuern, aber eigentlich sollte ein richtiger FußballRoboter ja in der Lage sein den Ball selbstständig ins Tor zu befördern. Das wollen wir ihm nun beibringen und bauen dazu die Kamera direkt in den Roboter ein. Wie das gemacht wird, zeigt dir wieder die Bauanleitung. Die Kamera wird an der USB-1 Schnittstelle des TXT Controllers angeschlossen.
ROBOTICS TXT Discovery Set Stelle den Roboter in das Stadion und werfe dann den Ball auf das Spielfeld. Der Roboter sucht den Ball, versucht ihn einzufangen und schießt, sobald er sich in Richtung Tor gedreht hat, den Ball in Richtung Tor. Mit etwas Glück gelingt es dem Roboter ein Tor zu schießen. Aufgabe 2: Versuche anhand der Beschreibung in der ROBO Pro Hilfe zu verstehen, wie der Ballerkenner funktioniert. Lösung: Das Sensorfeld „Ball“ erkennt einen farbigen Ball auf einem weißen Untergrund.
ROBOTICS TXT Discovery Set Aufgabe 3: Welches Kamera-Sensorelement verwendet das Programm um die Striche auf der Bande auszuwerten? Lösung: Es wird das Sensorelement „Linie“ verwendet. Drei Linienerkenner werden im Gegensatz zum Spurensucher von oben nach unten im Kamerafenster platziert und erkennen so die drei waagerecht verlaufenden Striche auf der Bande. Anhand ihrer Breite berechnet der Roboter, wo er sich gerade befindet und wo er hin muss.
ROBOTICS TXT Discovery Set Das kann hilfreich sein, wenn sich im Bild Gegenstände befinden, z. B. der Fototransistor des Fußballroboters, die vom Ballerkenner fälschlicherweise als Ball erkannt werden. Wie orientiert sich der Roboter auf dem Spielfeld? Vielleicht hast du dich schon gefragt, wie der Roboter es anstellt, sich anhand der Strichcodes auf den Banden auf dem Spielfeld zurechtzufinden.
ROBOTICS TXT Discovery Set Wenn dir das alles zu theoretisch erscheint ist das auch kein Problem. Nimm einfach das vorhandene Programm, staune darüber wie es funktioniert und schließe mit deinen Freunden eine Wette ab, wie viele Versuche der Roboter benötigt und wie lange es dauert, bis er das Tor trifft. Hier noch einige Tipps zum Spielfeld: Achte darauf, dass zwischen dem Boden und der Bande kein größerer Spalt besteht.
ROBOTICS TXT Discovery Set Fehlersuche Wenn‘s nicht gleich funktioniert hat das in den meisten Fällen einen einfachen Grund. Nur ist der nicht immer genauso einfach zu finden. Darum wollen wir dir an dieser Stelle ein paar Hinweise auf mögliche Fehlerquellen geben. Interface-Test Auch hier nochmal der Hinweis: Prüfe die Funktion der einzelnen Bauteile mit Hilfe des Interface-Tests in ROBO Pro.
ROBOTICS TXT Discovery Set Kurzschlüsse Einen Kurzschluss hast du dann, wenn sich ein Plus- und ein Minusanschluss berühren. Sowohl der Akku, als auch der ROBOTICS TXT Controller haben eine Sicherung eingebaut, so dass sie bei einem Kurzschluss nicht beschädigt werden. Sie schalten die Stromversorgung einfach für eine Weile ab. Dein Modell funktioniert dann jedoch natürlich auch nicht mehr.
ROBOTICS TXT Discovery Set Zu viel Licht: Bei grellem Licht – z. B. durch direktes Sonnenlicht – verändert sich der Farbwert und der Kontrast, so dass der Linienerkenner die Linie nicht mehr ausreichend erkennt. Abhilfe: Direkte Sonneneinstrahlung vermeiden oder verringern, z. B. durch Abschatten mit Vorhängen oder Rollläden. Zusätzliche Abhilfe: Die Kameraeigenschaften per Software anpassen. Das geschieht in der ROBO Pro Software und dort in den Eigenschaftsfeldern der Kamera-Sensorfelder. Dort kann z. B.
ROBOTICS TXT Discovery Set Und wie geht‘s jetzt weiter? Noch nicht am Ende War‘s das jetzt schon? Nein, natürlich nicht. Die Experimente und Modelle, die du in diesem Heft kennen gelernt und ausprobiert hast, sollen nur der Anfang sein. Sozusagen Deine ersten „Gehversuche“ in dem riesigen und spannenden Themenbereich „ROBOTICS“. Fantasie Was wir dir hier gezeigt haben ist nur ein winziger Teil der Möglichkeiten, die du mit dem ROBOTICS TXT Controller und den fischertechnik Bauteilen hast.
ROBOTICS TXT Discovery Set Kabellos losgelöst Hat dein Rechner eine WLAN-Schnittstelle? Wenn ja, dann kannst du den ROBOTICS TXT Controller anstatt über ein USB-Kabel auch über WLAN mit dem Rechner verbinden. Wenn nicht, kannst du dir auch einen USB-WLAN-Stick kaufen und darüber den ROBOTICS TXT Controller kabellos mit deinem PC verbinden. Wie das geht kannst du in der Bedienungsanleitung des ROBOTICS TXT Controllers und auf http://www.fischertechnik.de nachlesen.
