Modellierung und Simulation eines Systems mit Hilfe eines ...
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<strong>Modellierung</strong> <strong>und</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>eines</strong> <strong>Systems</strong> <strong>mit</strong> <strong>Hilfe</strong> <strong>eines</strong><br />
geeigneten Werkzeugs<br />
1. Vorüberlegungen<br />
Ich denke, dass sich gerade für diesen Bereich der Einsatz von LEGO-Mindstorms<br />
anbietet um z. B. Aufgabenstellungen in einem „intelligenten Haus“ (siehe Bild oben)<br />
zu bearbeiten oder aber autarke Roboter zu bauen, die unterschiedlichste Aufgaben<br />
erledigen können.
Um sinnvoll arbeiten zu können, ist<br />
natürlich eine gewisse Ausstattung<br />
notwendig. Im Idealfall können drei<br />
Schüler <strong>mit</strong> einem Kasten bauen. Die<br />
noch notwendige Software muss im<br />
Fall von Robolab eigens gekauft<br />
werden, wobei bei einer Schullizenz<br />
die Software auch an die Schüler<br />
verteilt werden darf.<br />
Die Kästen beinhalten neben vielen<br />
Bauteilen den programmierbaren<br />
Baustein RCX, Motoren <strong>und</strong><br />
verschiedene Sensoren.<br />
<strong>Modellierung</strong> <strong>und</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>eines</strong> <strong>Systems</strong> - Seite 2
<strong>Modellierung</strong> <strong>und</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>eines</strong> <strong>Systems</strong> - Seite 3<br />
2. Die Programmierung des RCX<br />
Für die Programmierung des RCX gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei ich drei<br />
kurz vorstellen möchte. Bei den Kästen aus dem Spielzeughandel ist eine grafische<br />
Programmierumgebung dabei, das „Robotic Invention System“, kurz RIS genannt.<br />
Bei dieser Software werden die einzelnen Programmteile wie aus Legosteinen<br />
zusammengesetzt. Die Befehle sind in sieben Boxen zusammengefasst.<br />
• Große Blöcke<br />
• Kleine Blöcke<br />
• Eigene Blöcke<br />
• Warten<br />
• Wiederholungen<br />
• Ja <strong>und</strong> Nein<br />
• Sensoren<br />
vorgegebene Unterprogramme<br />
Steuerung der Ausgänge<br />
selbst erstellte große Blöcke<br />
Warte <strong>und</strong> Warte bis Ereignis<br />
n mal, ständig, bis, während<br />
Verzweigungen<br />
parallele Tasks, die ständig überprüft werden<br />
Spezielle Angebote für Schulen beinhalten keine Software, die grafische<br />
Programmierumgebung „Robolab“ muss eigens erworben werden. Allerdings<br />
beinhaltet die Schullizenz (ca. 175 €) auch die Möglichkeit, die Software an die<br />
Schüler zu verteilen. Robolab ist mächtiger <strong>und</strong> professioneller als RIS, manchmal<br />
aber auch unübersichtlicher. Auch bei dieser Software wird grafisch gearbeitet.<br />
Robolab bietet beim Hauptprogramm drei Optionen: Administrator, Programmer <strong>und</strong><br />
Investigator. (Investigator dient zur Messwerterfassung <strong>und</strong> wird von uns nicht<br />
genutzt.) Inventor 4 beim Programmer ist die Programmierumgebung <strong>mit</strong> den meisten<br />
Möglichkeiten. Das nachfolgende Beispiel zeigt wie ein Garagentor über eine<br />
Lichtschranke geöffnet wird, sich nach kurzer Zeit automatisch schließt <strong>und</strong> über<br />
einen Tastsensor auch von Hand geöffnet werden kann. Mit dem Projektset „Das<br />
intelligente Haus“ bauen <strong>und</strong> erforschen die Schüler ein computergesteuertes Haus <strong>mit</strong><br />
realitätsnahen Funktionen wie automatische Garagentore, sensorgesteuerte<br />
Alarmanlagen oder Ventilatoren, etc.
Die dritte Möglichkeit der Programmierung<br />
besteht in der Verwendung der textbasierten<br />
Programmiersprache „NQC“ (Not Quite C), die<br />
frei im Internet geladen werden kann. Zur<br />
besseren Bedienung gibt es auch freie Editoren<br />
(siehe Materialdownload).<br />
Das dargestellte Programm schaltet die<br />
Motoren an A <strong>und</strong> C für 4 Sek<strong>und</strong>en ein, lässt<br />
sie dann 4 Sek<strong>und</strong>en rückwärts laufen <strong>und</strong><br />
schaltet sie aus.<br />
<strong>Modellierung</strong> <strong>und</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>eines</strong> <strong>Systems</strong> - Seite 4<br />
Eine Ansteuerung der verschiedenen Sensoren soll auch ohne den RCX über das<br />
LOGO!-Modul von Siemens <strong>und</strong> „LOGO! Teach“ möglich sein. Dazu wird zur Zeit<br />
eine spezielle Platine durch die Firma Wükro entwickelt (www.wuekro.de). Eine<br />
interessante Präsentation über das LOGO!-Modul finden sie im nächsten Abschnitt.<br />
3. Materialien<br />
Im Internet gibt es zahlreiches Material zu den Bereichen LEGO Mindstorms <strong>und</strong><br />
Robotik. Für die hier zum Download bereitgestellten Materialien möchte ich mich<br />
ganz herzlich bedanken bei Frau Christine Streib, Johann-Schöner-Gymnasium<br />
Karlstadt, Herrn Martin Bader, Illertal-Gymnasium Vöhringen, Herrn Günter Häusler,<br />
Gymnasium Wertingen, <strong>und</strong> Herrn Bernhard Wiesner, Akademie Dillingen.<br />
Bauanleitungen: bauanleitungen.zip<br />
Robotic Invention System (RIS): ris.zip<br />
rcx_code20_anleitung.zip<br />
Robolab: robotik.zip<br />
robolab_anweisungen.zip<br />
robolab.zip<br />
robolab-programme.zip<br />
NQC: nqc.zip<br />
mqc_<strong>mit</strong>_usb.zip<br />
Siemens LOGO!: logo.zip
4. Links<br />
Robolab Kurs –<br />
Gym. Wertingen<br />
Robotics<br />
Compentence<br />
Center Illertal<br />
Arbeitskreis<br />
RoboCup<br />
<strong>Modellierung</strong> <strong>und</strong> <strong>Simulation</strong> <strong>eines</strong> <strong>Systems</strong> - Seite 5<br />
http://www.gymnasiumwertingen.de/deutsch/fachbereiche/informatik/material/RoboLab/<br />
index.html<br />
http://www.rocci.net/main.php?language=de<br />
http://www.ki.informatik.hu-berlin.de/AKRoboCup/index.shtml<br />
Robotics http://www.sc.shuttle.de/sc/akg/robotics/Kurs/<br />
ETH Zürich http://www.tik.ee.ethz.ch/mindstorms/<br />
Lego<br />
Mindstorms<br />
Lego Robot<br />
Pages<br />
http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp<br />
http://www.cs.uu.nl/people/markov/lego/index.html<br />
NQC http://www.baumfamily.org/nqc/<br />
NQC Anleitung<br />
in deutsch<br />
Deutsche<br />
Übersetzung des<br />
NQC<br />
First Lego<br />
League<br />
(Deutschland)<br />
http://www.uni-bamberg.de/~ba2dp2/lehrmaterial/roboter/RCXCCtutorial.pdf<br />
http://lug.mfh-iserlohn.de/lego/<br />
http://www.legoleague.org/de/<br />
Links (englisch) http://www.smallrobots.de/link.html<br />
Links der TU<br />
München<br />
http://wwwbrauer.in.tum.de/lehre/lego/prog_prakt_lego_links.<br />
shtml<br />
Links (deutsch) http://www.informatik.gierhardt.de/mindstorms/index.html<br />
Links (deutsch) http://mv-sirius.m.fh-offenburg.de/Robotik/Links.htm<br />
LegoKara http://www.educeth.ch/informatik/karatojava/legokara/<br />
Technik LPE http://www.technik-lpe.de/legodacta/newsletter/<br />
LOGO!-Modul<br />
Uni Münster<br />
http://www.unimuenster.de/Physik/TD/Uvortec/Information/LOGO/Titelseite.htm
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