Das Lego Mindstorm NXT Projekt des LFRmS-Fahrmodells wurde im Rahmen der Vorlesung „Mikrosysteme in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik“ durchgeführt. Die Idee „Fußballspielender Legoroboter mit Stadion“ wurde kreativ entwickelt und stellt nur einen bedingten Inhalt, vorgefertigten Bauformen, jedoch keine spezifische didaktische Verbindung zu den Lernangeboten von „Lego Education“ dar. Aus diesem Grund ist es mir in dieser vorliegenden Arbeit besonders wichtig die hardware- und software-technischen Funktionen des LFRmS doch sehr detailliert darzulegen, um in Hinsicht auf die didaktische Verwendung in der Schule das Projekt nachbauen bzw. verwenden zu können.
Im ersten Schritt wird im historischen Werdegang geklärt, welche Intention bzw. Hintergrundgedanken „Lego Mindstorm“ beinhaltet. Im Anschluss erfolgt, die funktionelle Beschreibung der verwendeten mechanischen und elektrischen Bauteile, sowie eine kurze Einführung in die mitgelieferte Software „NXT 2.1 Programming“, sowie die didaktische Legitimierung von LM im schulischen Bereich. Die anschließende Erläuterung des Fahrmodells beschreibt den Weg von der Ideenfindung, bis zum Auf-bau des LFR und Stadions. Dies beinhaltet die Justierung und die funktionelle Auslegung der verwendeten Sensoren und Aktoren, sowie deren Zuordnung im steuerungstechnischen System, als auch die damit verbundenen selbst erstellten NXT-Programme. Im abschließenden Resümee werden verschiedene Problemstellungen, sei es projektspezifisch oder den pädagogischen Bereich betreffend charakterisiert und analysiert.
In diesem Zusammenhang wird das didaktische Potential von LM-Education und dem LFR-Fahrmodells hinterfragt und nach Lösungen gesucht. Hierbei ist es mir vor allem ein Anliegen die Aspekte der schulischen Verwendung des LFRmS anzusprechen die zeitliche Einbindung und die pädagogischen Methoden bzw. Inhalte usw. zu vertreten.
In allgemeiner Hinsicht erhoffe ich mir, dass der Leser als auch die SuS dieselbe Freude mit Fußball und „Lego Mindstorm“ empfinden, wie diese bei mir während des Projektverlaufs entstanden ist, in diesem Sinne viel Spaß beim Lesen dieser Hausarbeit.
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort
2 Lego Mindstorm NXT 2.0
2.1 Historischer Werdegang
2.2 Bauteile
2.2.1 Basisbaukasten 9797
2.2.2 Elektrische Anbauteile
2.3 Programmieren mit NXT 2.0
2.3.1 Programmierhilfen
2.3.2 Programmieroberfläche
3 Didaktische Legitimierung
4 Beschreibung des Fahrmodells
4.1 Aufgabenstellung Vorlesung
4.1.1 Vorgehensweise
4.2 Zusammenbau LFRmS
4.2.1 Zusammenbau LFR
4.2.2 Zusammenbau LFS
4.3 Programmbeschreibung
5 Resümee
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die detaillierte Darstellung der hardware- und softwaretechnischen Funktionen eines selbst entwickelten "Fußballspielenden Legoroboters mit Stadion" (LFRmS), um dessen didaktisches Potenzial und die praktische Umsetzung für den schulischen Einsatz zu evaluieren.
- Historischer Hintergrund von Lego Mindstorm
- Aufbau und technische Komponenten des LFRmS
- Didaktische Legitimierung im Rahmen von Lehrplänen
- Programmierung mittels NXT 2.1 Programming
- Analyse von Steuerungsketten und Störgrößen
Auszug aus dem Buch
4.3 Programmbeschreibung
Um die Funktion der Programmabläufe und die Kommunikation zwischen der Hardware und Software des LFR-Fahrmodells und dessen Interaktion der Sensoren und Aktoren mithilfe des NXT-Controllers zu verdeutlichen, wird vor der eigentlichen Programmbeschreibung auf Steuer- und Regelungstechnik eingegangen:
In der Automatisierungstechnik werden Anlagen, Maschinen und somit auch der NXT-Roboter mithilfe der Steuerungs- und Regelungstechnik automatisiert. In den folgenden Definitionen dieser beiden Formen der Automatisierungstechnik soll dessen wesentlichen Unterschied herauskristallisiert werden:
„Eine Steuerung liegt vor, wenn ein oder mehrere Eingangsgrößen nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit die Ausgangsgrößen eines Systems beeinflussen. Die Ausgangsgröße wirkt nicht auf die Eingangsgröße zurück. Somit beim Steuern von einem offenen Wirkungsablauf gesprochen, d.h. die Auswirkung einer Störgröße wird dadurch nicht ausgeglichen“
Regeln ist ein Vorgang, bei dem die Ausgangsgröße fortlaufend erfasst und mit der Eingangsgröße eines Systems verglichen wird. Es erfolgt somit eine ständige Anpassung der Ausgangsgröße zur Eingangsgröße, somit wird beim Regeln von einem geschlossenen Wirkungsablauf gesprochen, bei dem Störgrößen kompensiert werden können.
Zusammenfassung der Kapitel
Vorwort: Einleitung in die Entstehung des LFRmS-Projekts im Rahmen einer Vorlesung und Erläuterung der Zielsetzung der Arbeit hinsichtlich Hardware, Software und didaktischer Anwendbarkeit.
Lego Mindstorm NXT 2.0: Überblick über die historische Entwicklung der Lego Mindstorm-Serie, die technischen Basisbauteile und die Grundlagen der graphischen Programmierung.
Didaktische Legitimierung: Verknüpfung der Projektinhalte mit schulischen Lehrplänen, insbesondere am Beispiel des Ausbildungsberufes des Mechatronikers in Baden-Württemberg.
Beschreibung des Fahrmodells: Detaillierte Dokumentation des Planungsprozesses, des mechanischen Aufbaus von Roboter und Stadion sowie der algorithmischen Umsetzung der Steuerketten.
Resümee: Reflexion über den Zeitaufwand, die didaktischen Herausforderungen und das Potenzial des Projekts zur Förderung des selbstgesteuerten Lernens bei Schülern.
Schlüsselwörter
Lego Mindstorm, NXT-Controller, Automatisierungstechnik, Steuerungstechnik, Regelungstechnik, Fußballroboter, Mechatronik, didaktische Legitimierung, EVA-Prinzip, Programmierung, Sensorik, Aktorik, Robotik, berufliche Bildung, selbstgesteuertes Lernen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit dokumentiert die Entwicklung, den Bau und die Programmierung eines Fußballroboters mit Stadion auf Basis der Lego Mindstorm NXT 2.0 Technologie.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der technischen Konstruktion, der steuerungstechnischen Programmierung von Abläufen und der pädagogischen Einordnung für den Technikunterricht.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, ein detailliertes Verständnis für die Funktionsweise des Roboters zu schaffen und aufzuzeigen, wie das Projekt als Lehrmittel eingesetzt werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine projektbasierte Entwicklungsdokumentation, die technische Konzepte mit didaktischen Analysen und einer kritischen Reflexion verbindet.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die Hardwarebeschreibung, die Erläuterung der verwendeten Software, die didaktische Einordnung sowie die konkrete Beschreibung des Aufbaus und der Programmierung des Fahrmodells.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Lego Mindstorm, Steuerungstechnik, Mechatronik, Automatisierung und didaktische Legitimierung.
Warum war der "Lego Explorer" wichtig für das Projekt?
Er diente als bautechnisches Standard-Grundgerüst, auf dessen Basis der finale Fußballroboter durch spezifische Umbaumaßnahmen entwickelt wurde.
Welche Probleme traten bei der Programmierung auf?
Der Autor berichtet von Herausforderungen durch die begrenzte Software, die insbesondere die Positionierung des Roboters zum Tor und die zeitliche Abstimmung der Aktionen betrafen.
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- Andreas Meyer (Author), 2016, Messen, Steuern und Regeln mit Lego Mindstorm. Fußballroboter mit Stadion, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/341772
