Arbeitsbl. Robotik - Wolffs Lehrmaterial

Name:
Blatt:
Technische Hinweise:
Die grüne LED zeigt an, dass der Akku mit dem Ladegerät verbunden ist. Die rote
LED zeigt an, dass der Akku geladen wird, die rote Leuchte geht aus wenn der Akku
voll ist. Die NXT Firmware und die Programme sind im FLASH-Speicher gespeichert
und gehen nicht verloren, auch wenn die Batterien für längere Zeit entfernt werden.
Hier die Funktionen des NXT-Bausteins im Überblick:
Schrittweise Anleitung eines Fahrmodells nach Vorlage
Mit Hilfe eines graphischen Menüs und vier Navigationstasten können verschiedene
Funktionen manuell abgerufen werden. Sechs Hauptmenüs (My Files, NXT Program,
View, Bluetooth, Settings und Try me) mit weiteren Unterfunktionen stehen zum
Testen der kompletten Hardware und Ändern von Einstellungen zur Verfügung.
a) Schreibe ein Programm, bei dem der Roboter möglichst genau 2 m vorwärts fährt.
b) Schreibe ein Programm, bei dem der Roboter möglichst genau eine 360 Grad-
Drehung im Uhrzeigersinn vollführt.
c) Gehst du am NXT in das Menü „View“, kannst du ausprobieren um wie viel Grad
(motor degrees) sich die Räder (Motoren sind an den Ausgängen B und C
angeschlossen) drehen, wenn du den Roboter genau einen Meter bewegst.
Notiere deine Ergebnisse. Welchen Durchmesser hat das Rad? Rechne und
messe.

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Blatt:
Die ersten Programme mit LEGO ® MINDSTORMS ® NXT
Übersicht über die Programmieroberfläche
Starte dazu zunächst das Programm „Lego Mindstorms Edu NXT“.
Dann erscheint folgender Bildschirm:
Robot Educator: Hier findest du
Programmbeispiele und Bauanleitungen. Es
gibt 39 Programmbeispiele für jeden Block in
der Software. Hier kannst du später
selbstständig arbeiten. Um mehr Platz für die
Hier wird der Programmname eingegeben.
Programme zu haben, blende das Fenster
zunächst aus.
Allgemeine Palette: Enthält die wichtigsten
Programmblöcke, die zu Beginn benötigt werden.
Am Anfang ist es sinnvoll, nur mit der „Allgemeinen
Palette“ zu arbeiten.
Vollständige Palette: Enthält alle Programmblöcke.
Eigene Palette: Enthält Programmblöcke, die man
heruntergeladen oder selbst erstellt hat.
Hier wird die Hilfefunktion
eingeblendet, die dir auch bei der
Navigation im Programm hilft.
Aufgaben
1. Legt euch auf der Festplatte eures Rechners einen Ordner für die Programme an.
2. Einigt euch auf sinnvolle Dateinamen, um später den Überblick über eure
Programme zu behalten

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Hinweis: Die Anmeldung an den Rechnern erfolgt über den Benutzernamen lego1 bis
lego4 sowie das Passwort mindstorm.
Symbole der allgemeinen Palette
Aufgabe 1: Benennt mit Hilfe der Software folgende Symbole
Symbol Bedeutung Symbol Bedeutung

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Ein Programm erstellen
• Legt euch auf der Festplatte eures Rechners einen Ordner für die Programme an.
• Einigt euch auf sinnvolle Dateinamen, um später den Überblick über eure
Programme zu behalten.
Um ein Programm zu erstellen, müssen die entsprechenden Funktionsblöcke in der
gewünschten Reihenfolge neben den Startblock gezogen werden. Die Einstellungen
der Funktionsblöcke nehmt ihr vor, indem ihr den jeweiligen Block anklickt und damit
unten das Einstellungsfenster aktiviert.
Aufgabe 2:
Schreibt folgende Programme und speichert sie unter einem sinnvollen Namen ab:
a) Der Roboter soll genau 3,5 Sekunden lang vorwärts fahren, auf dem Display
erscheint ein Smiley und der Roboter sagt zum Schluss „Good-bye“.
b) Der Roboter soll 3,5 s vorwärts fahren, anhalten und dann durch Rückwärtsfahrt
wieder zum Start zurückkehren und stehen bleiben.
c) Wie 3b – nur soll der Roboter zwischen vorwärts und rückwärts fahren 1,5 s
stehen bleiben.
d) Wie 3b – nur soll beim ersten Stopp eine Fanfare ertönen und wenn er an die
Startposition zurückgekehrt ist, soll applaudiert werden.
e) Der Roboter soll 2 s vorwärts fahren anschließend eine 90° Rechtskurve fahren
und stehen bleiben.
Fahre eine Kurve mit großem Radius. Fahre eine Kurve mit kleinem Radius.
Zusatzaufgabe:
Wie fährt man genau 100 cm weit?

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Blatt:
Einstellungen der Funktionsblöcke aus der allgemeinen Palette
Hier seht ihr 4 nacheinander geschaltete Bewegungen. Findet heraus, wodurch sie
sich unterscheiden und benennt die Erkennungsmerkmale. Darunter seht ihr das
Fenster zur Einstellung der Funktionen des zugehörigen Programmblocks:
…
Im Folgenden seht ihr 3 nacheinander geschaltete Klänge. Findet heraus, wodurch
sie sich unterscheiden und benennt die Erkennungsmerkmale.
…

Name:
Blatt:
Diese beiden Blöcke der Rubrik Aufnehmen/Abspielen unterscheiden sich auch:
…
Der Funktionsblock Anzeige sieht immer gleich aus:
Diese Fenster stellen die Variationen der Funktion Warten auf dar:

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Blatt:
Aufgabe 3: Strecken exakt fahren, gar nicht so leicht…
Beispiel: Wie weit fährt dieses Rad nach zwei Umdrehungen?
1
Durchmesser
x
π (Pi)
Umfang
2,86 cm 3,14 8,98 cm
=
2,86 cm
2
Umfang
Umdrehungen
x
8,98 cm 2 17,96 cm
=
a) Wie weit fährt dieses Rad nach 3
2
1 Umdrehungen?
Durchmesser
π (Pi)
Umfang
1
x
=
Umfang
Umdrehungen
2
x
=
2 17,96cm
7,94 cm
b) Wenn du ein Rennen auf eine Distanz von 2 m gewinnen willst, welches der abgebildeten
Räder würdest du nehmen und wie viele Umdrehungen müsste das Rad machen?
c) Probiere jetzt aus, wie weit dein Roboter nach 5 ganzen Radumdrehungen fährt. Trage
die Ergebnisse in die Tabelle ein. Führe drei Messungen durch.
d) Schaue dir die Werte an. Ist der Roboter immer die gleiche Strecke gefahren? Begründe!
e) Berechne die Durchschnittsentfernung, die der Roboter gefahren ist.
Durchschnittsstrecke=
(bei drei Versuchen)
Entfernung 1 + Entfernung 2 + Entfernung 3
3
Rad-
Durchmesser
(cm)
Radumfang
(cm)
Radumdrehungen
im Programm
Theoretische
Entfernung im
Programm
(cm)
Gemessene
Entfernung
(cm)
1.
2.
3.
Durchschnittliche
gemessene
Entfernung
f) Welchen Sinn hat es, eine durchschnittliche Entfernung zu ermitteln?
g) Wie weit ist der gefahrene Durchschnittswert vom theoretischen Wert entfernt?
Berechne den Fehler in Prozent zwischen theoretischen und gemessenen
Durchschnittswert nach folgender Formel:
theoretischer Wert – gemessener Wert
theoretischer Wert
x 100 % = =

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Arbeiten mit den Sensoren
Aufgabe 4: Der Tastsensor (Anschluss an Port ____ ).
Einsatzmöglichkeiten: Bei der Aufnahme von Gegenständen 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 (Bsp.: durch Drücken den Roboter in Bewegung
setzten, Sprachausgaben auslösen, Türen schließen).
a) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors 4 Sekunden lang vorwärts
fahren.
b) Der Roboter fährt vorwärts bis er auf ein Hindernis stößt. Danach fährt er
eine Sekunde langsam rückwärts und bleibt stehen.
c) Der Roboter soll nach Drücken eines Tastsensors eine Melodie abspielen.
d) Solange der Tastsensor gedrückt ist, soll ein Ton ertönen.
Druck
Elektrischer Strom
Aufgabe 5: Der Geräuschsensor (Anschluss an Port ____ ).
Einsatzmöglichkeiten: In Überwachungs- und Alarmanlagen oder bei Suchrobotern, um
Lebenszeichen von Verschütteten wahrzunehmen. Der Sensor misst den ________ in ___ und ____.
a) Wenn geklatscht wird, soll der Roboter losfahren und 3 sec. geradeaus fahren.
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.
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.
Aufgabe 6: Der Lichtsensor (Anschluss an Port ______ ).
a) Der Roboter soll bis zur schwarzen Linie fahren, stehen bleiben und anschließend eine
Melodie spielen.
b) Der Roboter soll starten wenn es hell wird und so lange fahren bis es wieder dunkel wird.
Hinweis: Ermittle erst den Wert der normalen Umgebungshelligkeit. Drücke „View“ auf
dem Roboter so oft, bis die Marke auf den entspr. Sensorplatz zeigt. Das Display zeigt
den Sensorwert.
c) Stelle den Lichtsensor so ein, dass der Roboter bei der blauen Linie darüber fährt, aber
bei der schwarzen Linie stehen bleibt.
d) 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.
Aufgabe 7: Der Ultraschallsensor (Anschluss an Port ____ ).
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.
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.
c) Experimentiere mit verschiedenen Hindernissen (Bücherstapel, Flaschen, Dosen...) und
beobachte, wie gut der Roboter mit dem Ultraschallsensor Hindernisse erkennen kann

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Hintergrundwissen
Bevor du weiterarbeitest, fasse die wichtigsten Erkenntnisse über die Sensoren
zusammen, dabei sollst du folgende Punkte bearbeiten:
A) Wie funktioniert ein Tastsensor?
B) Zu welchem Zweck werden Tastsensoren in der Robotik (und in der Industrie)
eingesetzt?
C) Wo werden Geräuschsensoren in der Robotik (und in der Industrie) eingesetzt?
D) Nenne Anwendungsmöglichkeiten für Helligkeitssensoren in der Robotik, im
Privatbereich und in der Industrie!
E) Beschreibe die Funktionsweise eines Ultraschallsensors:

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Alle Sensoren im Einsatz
Aufgabe 8:
a) Der Roboter soll genau beim Hindernis stehen bleiben und einen Ton von sich
geben. Verwende den Tastsensor und anschließend den Lichtsensor!
b) Der Roboter soll bis zur schwarzen Linie fahren, sich dann um 90° drehen; bis
zum Hindernis fahren und stehen bleiben.
c) Der Roboter soll vorwärts fahren, bis er an ein Hindernis anstößt, dann mit
geringer Geschwindigkeit rückwärts fahren, bis er eine schwarze Linie überquert.
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.
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)
Zum Weiterarbeiten:
f) Erstelle ein Programm für diesen Parcours:
Start
Bücherstapel
Bücherstapel
Bücherstapel
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.
g) Erstelle einen eigenen Hindernisparcours, den der Roboter bewältigen muss.
(Man legt einige Hindernisse in den Weg.)

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Blatt:
Aufgabe 9: Konstruktion einer Greifzange für Dosen und Flaschen
9.1 Schneckengetriebe zur Änderung der Bewegungsrichtung
Ein Schneckengetriebe besteht aus einer mit einem oder mehreren Schraubengängen versehenen
Welle, der Schnecke, und einem darin kämmenden schrägverzahnten Rad, dem Schneckenrad. Die
Achsen der beiden sind um 90° versetzt. Ideale Eins atzgebiete für ein solches Getriebe sind dort, wo
in einem Schritt hohe Untersetzungen und Selbsthemmung gefragt sind. Das heißt bei diesem
Getriebe ist keine zusätzliche Bremse nötig.
a) Welchen Vorteil hat die Selbsthemmung, wenn du einen Greifarm konstruierst, der
Dosen und Flaschen greifen soll?
b) Welches Übersetzungsverhältnis hat das oben abgebildete Schneckengetriebe mit einem
Z Abtrieb
Zahnrad, das 24 Zähne hat? i =
Z Antrieb
c) Schneckengetriebe werden in Aufzügen für Kettenzüge oder auch für Jalousien und
Rollläden eingesetzt. Warum?
9.2 Riemengetriebe
Riemengetriebe haben einen ruhigen geräuscharmen Lauf und auch die Funktion einer kurzzeitigen
Überlastfähigkeit, d.h. wenn das zulässige Drehmoment überschritten wird, „dreht der Riemen durch“
(Riemenschlupf). So kann der Motor vor Überlastung geschützt und die Flaschen oder die Dosen, die
gegriffen werden sollen, werden nicht zu stark eingedrückt.
Bei offenen Riemengetrieben läuft der Riemen über zwei Riemenscheiben, deren Achsen parallel und
deren Drehrichtung gleich ist. Gekreuzte Riemengetriebe werden eingesetzt, wenn sich die
Riemenscheiben in entgegengesetzen Drehrichtungen bewegen sollen. Sie benötigen einen relativ
großen Abstand zwischen den Scheiben und müssen so konstruiert sein, dass sich die Riemen nicht
berühren.
a) Welchen Vorteil hat das Riemengetriebe wenn du einen Greifarm konstruierst, der Dosen
und Flaschen greifen soll?
b) Bei der Autoproduktion wird derzeit heftig diskutiert, welche Technik besser ist,
Zahnriemen oder Steuerkette. Nenne Vor- und Nachteile von Riemen- und
Kettengetrieben. Informiere dich auch im Internet, wo diese im Auto eingesetzt werden.

Name:
Blatt:
Aufgabe 10: Wenn - dann: IF-THEN Struktur
Nach dem Start des Programms soll der Lichtwert einer Flasche gemessen werden. Wird
eine weiße Joghurt- flasche erkannt, so fährt der Roboter ca. 10 cm zurück, dreht sich auf
der Stelle nach links; der NXT zeigt auf dem Display „Joghurt“ an. Entspricht der erkannte
Lichtwert einer Colaflasche, so fährt der Roboter ca. 10 cm zurück, dann dreht sich das
Fahrzeug auf der Stelle nach rechts; der NXT gibt die Meldung „Cola“ heraus. Nach 1,5
Sekunden wird in beiden Fällen eine Melodie gespielt.
Gemäß obiger Beschreibung hängt nach dem Start der weitere Programmablauf von einer
Bedingung ab. Je nachdem ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht gibt es zwei alternative
Programmabläufe. Diese Situation kann in Kurzform folgendermaßen beschrieben werden:
Wenn erfüllt ist
dann tue
sonst tue
Darstellung In einem grafischen Programmablaufplan:
In der Programmierumgebung „ MINDSTORMS NXT“ kannst du die bedingte
Anweisung folgendermaßen realisieren. Füge zunächst den
Verzweigungsblock ein, dann kannst du die verschiedenen Sensortypen
einstellen:
bedingte
Anweisung
je nach ...
... der Größe
des vom
Lichtsensors
gemessenen
Wertes
... der Größe
des vom
Ultrachallsensors
gemessenen
Wertes
... der Größe
des vom
Rotationssensor
gemessenen
Wertes
... der Größe
des vom
Geräuschsensor
gemessenen
Wertes
... Zustand
des
Drucksensors
...gedrückter
Taste
am NXT
Baue den Lichtsensor an den NXT und schließe das Kabel an Port 3 an. Bevor du
weiterarbeitest, teste im „View“-Untermenü ob der Sensor funktioniert.
a) Stelle die Größen in dem
abgebildeten Programm so
ein, dass der Roboter Colaund
Joghurtflaschen erkennt,
zurückfährt, sich dreht, auf
dem Display „Joghurt“ oder
„Cola“ anzeigt und das
Programm nach 1,5 sec. mit
einer Melodie beendet.
b) Wenn beim Start des Programms der Berührungssensor gedrückt ist, soll der Roboter
vorwärts fahren, ansonsten soll er rückwärts fahren.
c) Wenn der Ultraschallsensor beim Start ein Hindernis im Abstand von 20 cm erkennt, soll der
Roboter ca. 5 cm zurückfahren und stehen bleiben, ansonsten soll er ca. 10 cm vorwärts
fahren.
d) Wenn beim Start des Programms eine bestimmte Lautstärke im Raum überschritten wird, soll
der Roboter rückwärts fahren, ansonsten soll er vorwärts fahren. Der Roboter soll danach
aber stehen bleiben, wenn der Ultraschallsensor ein Hindernis in einer Entfernung von 15 cm
entdeckt.

Name:
Blatt:
Aufgabe 11: Schleifen
Jeder kennt Situationen, in denen ein bestimmter Vorgang gleich oder ähnlich wiederholt
wird. Ohne Steuerung durch ein Programm laufen beispielsweise periodische Vorgänge in
der Natur ab, wie z.B. das Jahr und der Tag. Ein Langstreckenläufer wiederholt eine
Bahnschleife in einem Stadion vielleicht 30 Mal. Eine bestimmte Form der Wiederholung
bezeichnet man auch als Schleife.
Der Roboter soll einen Weg fahren, der die Form eines Quadrates
hat. Dazu müssten viermal die gleichen Programmblöcke
hintereinander gefügt werden. Das ist natürlich für eine effektive
Programmierung viel zu aufwändig.
Start- und Endpunkt
Einfacher und effektiver ist hier der
Einsatz einer Schleife. Gehe dazu im
linken Fenster auf das Symbol
Schleife und füge den Block per
„Drag-and-Drop“ ein. Dann musst du
nur noch die zwei Bewegungsblöcke
in die Schleife einfügen.
Bei der Ausführung einer Schleife wird die zu wiederholende
Anweisung mehrfach ausgeführt. Dabei ist es möglich, dass
diese Anweisung gar nicht ausgeführt wird, einmal
ausgeführt wird, zweifach ausgeführt wird, dreimal
ausgeführt wird und so weiter. Man sagt für diese
wiederholte Ausführung auch, die Schleife wird durchlaufen.
Da in unserem Beispiel der
Vorgang viermal wiederholt
werden soll, musst du nur
noch in der
Konfigurationsleiste diesen
Wert einstellen. Klicke dazu das Symbol mit der Schleife an
und gib die entsprechende Zahl ein.
Du kannst Schleifen auf verschiedene Arten konfigurieren, indem du am Ende der Schleife
die Art der Wiederholung einstellst, z.B.:
Zählschleife (Beispiel: die Schleife wird 6-mal durchlaufen)
Zeitschleife (Beispiel: die Schleife wird 5 Sekunden lang durchlaufen)
Endlosschleife (alle Teile in der Schleife werden endlos wiederholt)
Sensorgesteuerte Schleife (Beispiel: solange bis ein Taster gedrückt ist)
a) Teste das auf der vorherigen Seite geschilderte Programm. Der Roboter soll, nachdem er
das Quadrat durchfahren hat möglichst exakt wieder am Anfangspunkt ankommen.
b) Der Roboter soll folgende regelmäßige Figuren durchfahren.
Benutze hierzu geeignete Schleifen. Anschließend soll er
einen Ton als Erfolgsmeldung spielen.
c) Programmiere als Endlosschleife: Der Roboter soll vorwärts
fahren. Immer wenn der Ultraschallsensor ein Hindernis
entdeckt, soll das Fahrzeug ein Stück zurückfahren, eine kleine Drehung nach links
machen und dann weiterfahren.
d) Das Fahrzeug soll einer schwarzen Linie folgen.
Beginn einer Schleife
Ende einer Schleife

Name:
Blatt:
Ergänzungen zu 10: IF-THEN-Struktur
e) Wenn der Ultraschallsensor beim Start ein Hindernis im Abstand von 20 cm
erkennt, soll der Roboter 5 cm zurückfahren, eine kleine Drehung nach rechts
ausführen und weiterfahren. Wenn kein Hindernis in Reichweite ist, soll er
geradeaus fahren. Erst wenn der Enter-Knopf am NXT gedrückt wird, soll das
Programm beendet werden.
f) Nur wenn der Ultraschallsensor kein Hindernis erkennt und der Enter-Knopf am
NXT gedrückt ist, soll der Roboter seine Fahrt starten. Wenn er nicht fährt, soll die
Meldung „Attention“ herausgegeben werden.
Ergänzungsaufgaben zu 11: Schleifen
e) Das Fahrzeug soll nun in die Lage versetzt werden, einen Gegenstand zu
umfahren von dem die Form nicht bekannt ist. Dazu soll ein Berührsensor benutzt
werden. Finde ein geeignetes Ausweichmanöver.
f) Gesucht ist die optimale Lösung für das kreisförmige Umfahren eines beliebigen,
vorher unbekannten Gegenstandes.
g) Schreibe ein Programm, bei dem der Roboter bis zur 4. schwarzen Linie fährt.
h) Programmiere den Roboter so, dass er möglichst einfach alle Flaschen aus dem
Weg räumt. (Zwischen 2 Linien werden vorher 4-5 Flaschen positioniert.)
i) Nun soll der Roboter vorwärts fahren und dabei „beschleunigen”. Nach Erreichen
der Höchstgeschwindigkeit soll die Geschwindigkeit wieder gedrosselt werden.

Name:
Blatt:
Aufgabe 12 a
In einer Werkzeugfabrik arbeiten 20 Metallfacharbeiter (Jahreslohn incl. Nebenkosten
ca. 35.000 € pro Arbeiter). Das Unternehmen erwägt, ihre Arbeit durch
Industrieroboter ausführen zu lassen.
Es würden hierzu 8 Industrieroboter zum Stückpreis von 150.000 € benötigt; hinzu
kämen noch Peripheriekosten (für Sensoren, Greifer etc.) von 40.000 € je
Industrieroboter und Softwarekosten (für Programme) von insgesamt 30.000 €.
Außerdem müsste die Firma einen Informatiker mit einem Jahresgehalt von ca.
60.000 € einstellen. Ansonsten würden allerdings nur 5 ungelernte Arbeitskräfte
benötigt, die einen Jahreslohn von ca. 24.000 € erhalten.
Wenn man einmal davon absieht, dass der Unternehmer für geliehenes Geld bei
einer Bank Zinsen bezahlen müsste, dass er durch die Investition steuerliche Vorteile
hätte und durch eine erhöhte Produktion vielleicht mehr Waren verkaufen könnte -
nach welcher Zeit würde sich eine solche Investition rentieren?
Berechne: Welche Ausgaben hat das Unternehmen?
ohne Roboter
mit Roboter
in einem Jahr
in zwei Jahren
in drei Jahren
Aufgabe 12 b
Die Firma Opel will in der Endmontage noch mehr Roboter einsetzen. Bisher
arbeiteten hier 30 Arbeitskräfte (Jahreslohn incl. Nebenkosten ca. 40.000 € pro
Arbeiter).
Für die Neuanschaffung würden 12 Industrieroboter zum Stückpreis von 200.000 €
benötigt; hinzu kämen noch Kosten für Sensoren, Greifer und Software in Höhe von
60.000 € je Industrieroboter. Außerdem müsste die Firma einen Fachingenieur mit
einem Jahresgehalt von ca. 60.000 € einstellen. Sechs der bisherigen Mitarbeiter
könnten weiter beschäftigt werden. Für die intensive Einarbeitung der sechs
Mitarbeiter entstehen einmalige Kosten von 85.000 €. - Nach welcher Zeit würde sich
diese Investition rentieren?

Name:
Blatt:
Aufgabe 13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Quelle: Firmenprospekt der Firma Robowatch Technologies
Sechs Jahre lang arbeitete Hans
Wasmüller bei einem
Sicherheitsdienst für die Firma
BMW. „Die Arbeit hat mir
eigentlich immer Spaß gemacht;
nur die Wechselschicht war
schon hart“, erinnert sich
Wasmüller. Das Team von Hans
Wasmüller war für die
Überwachung eines großen
Bürokomplexes zuständig.
Mehrere Male konnten er und
seine Kollegen einen Einbruch
verhindern und die Polizei
verständigen. Durch rechtzeitige
Information der Feuerwehr wurde
auch ein größerer Brand
verhindert. Schließlich wurde er
abgelöst. Der Nachfolger ist ein
schmächtiges Kerlchen, er ist nur
116 cm groß und wiegt 25 kg.
Sein neuer Kollege kennt keine
Müdigkeit. Er lässt sich nicht
bestechen, denn er braucht kein
Geld. Er klaut nicht, denn er hat
keine Taschen. Er trinkt nicht,
denn er hat keinen Magen. Er
fürchtet sich nicht, denn er hat
kein Herz. Ohne Schwierigkeiten
schuftet er 18-Stunden am Stück. Er kann sogar im Dunkeln noch Personen erkennen. Auch
am Wochenende, wenn die Büros verwaist sind, schiebt er unbeirrbar seine Schicht. Er
beklagt sich nicht, geht nicht auf die Toilette oder in die Kantine und hat noch nie gefehlt.
Diskussionen über Lohnerhöhungen, Urlaub und Altersversorgung lassen ihn kalt. Sein
Name „Mosro 1“. Seine Gattung Überwachungsroboter.
a) Worin bestand die Tätigkeit von Hans Wasmüller?
b) Warum wird er durch einen Überwachungsroboter ersetzt?
c) Welche Fragen bleiben in diesem Text offen?
d) Überprüft, welche Entwicklungen von Technik machbar und welche Risiken damit
verbunden sind. Dazu könnt ihr zusätzliche Informationen aus Zeitungen,
Fachzeitschriften, Büchern usw. sammeln und auswerten.

Name:
Blatt:
e) Wiederholung
1. Informiert euch über Einsatzmöglichkeiten der bei den Lego-Robotern
verwendeten Sensoren im Alltag und in der Industrie. Recherchiert,
beispielsweise über das Internet, die Begriffe Lichtsensor, Tastsensor,
Ultraschallsensor, Geräuschsensor.
2. Informiert euch über die Möglichkeiten und Risiken der Automatisierung in der
Industrie für unsere Gesellschaft.
3. Kreuzworträtsel
10
12
11
WAAGERECHT
1. Beeinflusst die Messgröße des Helligkeitssensors
2. Schickt das Ultraschallsignal aus
3. Laute Aktion mit den Händen, die den Geräuschsensor auslösen kann
4. Darauf reagiert der Geräuschsensor
5. Sensor, der auf Druck reagiert
SENKRECHT
6. Was bei einem Menschen die Sinnesorgane, sind beim Roboter die ...
7. Kleine Gegenstände erkennt der Ultraschallsensor, wenn er so eingebaut
wird
8. Aktives Licht eines Sensors
9. Kann berührungslos Entfernungen messen
10. Der Ultraschallsensor sendet ein Signal aus und wartet auf das ...
11. Hier kommt das Signal im Ultraschallsensor an
12. Reagiert auf Helligkeit

Name:
Blatt:
4. 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.
5. Beschreibe die folgenden Elemente des Programms:
a
b
h
c
d
e
f
g
i
k
6. Nenne die Namen der abgebildeten Getriebe und beschreibe die wichtigsten
Eigenschaften. Benutze dabei auch die Begriffe Drehrichtung, Selbsthemmung,
Übersetzung und Schlupf.
a) b) c)
Zusatzaufgabe:
7. Ultraschallsensoren zählen zu den häufig verwendeten Sensoren für mobile
Roboter, da sie Vorteile für die Erfassung von Umgebungsinformationen haben.
a) Nenne die wichtigsten Vorteile.
b) Beschreibe mindestens eine Situation, bei der sich der Ultraschallsensor nicht
eignet; denke dabei auch an deine Erfahrungen im Unterricht. (Auch
Einparkhilfen von Nobelkarossen, die häufig auf Ultraschallbasis funktionieren,
haben Schwächen.)

Name:
Blatt:
Musterlösung der Wiederholung
1. individuell von den SuS zu recherchieren
2. individuell von den Sus zu recherchieren
3. Kreuzworträtsel
10
U E
L I C H T
I T H
S E N D E R O
12
E F A L
N R S I
K L A T S C H E N
11
C
S R R H E H
E E O A M T
N C T L P S
S C H A L L L F E
O T I S A N
R C E E S
B E R U E H R U N G S S E N S O R
N T S G R
O
E
R
R
4. Baue den Lichtsensor so um, dass er auf eine Flasche auf den Tisch gerichtet werden
kann. Experimentiere mit zwei verschieden Flaschen, z.B. Cola und Trinkjoghurt (weiße
Flasche). Nur wenn der Roboter eine Colaflasche erkennt, soll er
eine Melodie spielen.
Sollen unter Alttagsbedingungen verschiedene Flaschen erkannt
werden, müssen sich die Grauwerte der Flaschen deutlich
unterscheiden, das gelingt besonders gut bei der Unterscheidung von
schwarzen Colaflaschen und weißen Joghurtflaschen.
5. Beschreibe die folgenden Elemente des Programms:
a) Den Bewegungsblock kann man so
konfigurieren, dass der Roboter geradeaus,
vorwärts oder rückwärts fährt oder auch einer
Kurvenlinie folgt. Mit der Konfigurationseigenschaft
"Dauer" wird festgelegt, wie weit der Roboter fährt.
b) Mit dem Klangblock kann man eine Klang-Datei
oder einen Einzelton abspielen.
c) Mit dem Anzeigeblock werden Bilder, Texte
oder Zeichnungen auf dem kleinen NXT-Bildschirm
angezeigt.
d) Der Warteblock hält den Roboter so lange in
Warteposition, bis ein bestimmter Umstand eintritt.
Das Programm wird erst dann weitergeführt, wenn
ein Sensor ausgelöst oder eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
e) Mit dem Schleifenblock kann man bestimmte Programmteile wiederholen. Dabei kann auch der
Umstand bestimmt werden, der die Schleife beendet, z.B. der Ablauf eines Zeitintervalls, eine
erreichte Wiederholungsanzahl, ein Logiksignal oder eine Sensoreingabe. Außerdem kann man auch
eine Endlosschleife erzeugen.
f) Mit dem Verzweigungsblock wird zwischen verschiedenen Programmsequenzen umgeschaltet.
g) In dem Kontextmenü kann man die Blöcke konfigurieren.
h) Im Educator findet man Programmier- und Bauanleitungen.
i) Über die Schaltflächen auf dem Controller kann der Computer mit dem NXT kommunizieren.
k) Die umfangreiche Hilfefunktion liefert Hilfen und Ideen für den Aufbau und die Programmierung.

Name:
Blatt:
6. Nenne die Namen der abgebildeten Getriebe und beschreibe die wichtigsten
Eigenschaften. Benutze dabei auch die Begriffe Drehrichtung, Selbsthemmung, Übersetzung
und Schlupf.
a) Ein Schneckengetriebe besteht aus einer Welle, der Schnecke, und
einem darin kämmenden schrägverzahnten Rad, dem
Schneckenrad. Die Achsen der beiden sind um 90° ver setzt. Ideale
Einsatzgebiete für ein solches Getriebe sind dort, wo hohe
Übersetzungen ins Langsame und Selbsthemmung gefragt sind.
Das heißt bei diesem Getriebe ist keine zusätzliche Bremse nötig.
b) Das abgebildete Getriebe ist ein Stirnradgetriebe, das zu einer
Umkehr der Drehrichtung führt. Ihr Vorteil besteht in der relativ
einfachen Bauweise, da wenig bewegte Teile zum Einsatz kommen.
Sie bieten eine formschlüssige Kraftübertragung bei hohem
Wirkungsgrad.
c)
Riemengetriebe haben einen ruhigen geräuscharmen Lauf und auch
die Funktion einer kurzzeitigen Überlastfähigkeit, d.h. wenn das
zulässige Drehmoment überschritten wird, „dreht der Riemen durch“
(Schlupf).
7. Ultraschallsensoren zählen zu den häufig verwendeten Sensoren für mobile Roboter,
da sie Vorteile für die Erfassung von Umgebungsinformationen haben.
a) Nenne die wichtigsten Vorteile.
Ultraschallsensoren funktionieren berührungslos. Sie können Abstände messen. Sie
arbeiten auch bei Dunkelheit. Glatte Flächen liefern hervorragende Echos, der Roboter
stoppt deutlich vor dem Hindernis und kann ausweichen.
b) Beschreibe mindestens eine Situation, bei der sich der Ultraschallsensor nicht eignet;
denke dabei auch an deine Erfahrungen im Unterricht. (Auch Einparkhilfen von
Nobelkarossen, die häufig auf Ultraschallbasis funktionieren, haben Schwächen.)
Ultraschallsensoren setzen eine ausreichende Reflexionsfläche voraus. Weiche Stoffe
wie z.B. Veloursstoffe oder der Kunstpelz von Stofftieren liefern kein Ultraschallecho.
Diese Materialien werden von den Ultraschallsensoren schlicht nicht erkannt, da das
ausgesendete Signal vom Material geschluckt wird. In geringer Entfernung sind
gewölbte, eher kleine Objekte für den Sensor nicht mehr sichtbar. So werden auch bei
Einparkhilfen manchmal schlanke Pfosten nicht erkannt und es „kracht“.