Schulze LEGO® MINDSTORMS® programmieren

Robotikprogrammierung mit grafischen Blöcken, Basic und Java fu¨r LEGO EV3
1. Auflage 2020
ISBN: 978-3-96088-930-4
Verlag: dpunkt.verlag
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark

E-Book, Deutsch, 278 Seiten

Mit LEGO Mindstorms EV3 programmieren lernen! - Programmieren lernen mit drei Sprachen: MINDSTORMS-Blöcken, Basic und Java - Teste deinen Programmiercode mit einem selbst gebautem Robotermodell! - Mit Schülerinnen und Schülern in AG-Kursen entwickelt. Roboterkonstruktion ist faszinierend, doch noch spannender ist es, die eigenen Kreationen mit selbst programmiertem Code zu steuern. Mit 'LEGO MINDSTORMS programmieren' von Alexander Schulze lernst du Programmierung in mehreren Varianten: - Mit Labview von LEGO Mindstorms: Die visuelle Programmiersprache bietet dir einen einfachen Einstieg in den Aufbau von Computerprogrammen. - In Basic: Der einfache Zugang zur textbasierten Programmierung unter Einsatz von Microsoft Small Basic. - In Java: Unter Einsatz von leJOS gelingt auch der Einstieg in die objektorientierte Programmierung, mit der du auch komplexe Ideen umsetzen kannst. Konzentriere dich entweder auf eine der Programmiersprachen oder erkunde ihre Unterschiede und lerne sie so besser zu verstehen. Dieses Konzept hat Autor Alexander Schulze bei der gemeinsamen Arbeit mit Schülern entwickelt und getestet. 'LEGO MINDSTORMS programmieren' enthält darüber hinaus eine Anleitung zu einem neuen, einfachen Robotermodell, das ideal ist für deine Experimente mit den Programmierungen im Buch. Der Bot kann vollständig mit der LEGO EV3 MINDSTORMS HomeEdition 31313 gebaut werden.

Alexander Schulze blickt auf eine 35-jährige Erfahrung im Umgang mit Computern und Programmierung zurück und hat sein Hobby nach dem Studium der Technischen Informatik (Berufsakademie) zum Beruf gemacht. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Java-Programmierung arbeitet er als Senior IT Architekt in Projekten für Großkunden. LEGO-begeisterte Kinder haben ihn zu LEGO MINDSTORMS geführt und die Leidenschaft für die Programmierung von Robotern entfacht. Verschiedene Workshops an einer Grundschule sowie die Unterstützung der Robotik-AG an einem Gymnasium im Unterallgäu legten den Grundstein für dieses Buch. Dabei stand von Beginn an die Teilnahme an verschiedenen Wettbewerben mit den Schülern im Vordergrund, um mit den Schülern auf ein konkretes Ziel hinzuarbeiten.

Autoren/Hrsg.

Schulze, Alexander

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Elektronik: Sachbuch, Ratgeber
• Sozialwissenschaften Sport | Tourismus | Freizeit Hobbies & Spiele

Leseproben

3Vorbereitung der Umgebungen, Installation der Basissoftware und Grundeinführung

3.1LEGO-EV3-Software

3.1.1Installation

Die LEGO-EV3-Software installiert sich wie eine typische Windows-Anwendung über den paketierten Installer. Dabei gibt es nichts Besonderes zu beachten.

3.1.2Einführung in die Bedienung

Die grundlegende Bedienung der EV3 ist sehr intuitiv gestaltet. Nach Start der EV3-Software wird der Eingangsbildschirm angezeigt, von dem aus direkt in die Beispielprojekte von LEGO verzweigt werden kann.

Abb. 3–1 // LEGO-EV3-Software: Startbildschirm

Für die eigentliche Programmierung des EV3 wird über das Menü »Datei« – »Neues Projekt« ein neues EV3-Projekt angelegt, was zu folgender Anzeige führt, die die eigentliche Programmieroberfläche darstellt.

Abb. 3–2 // LEGO-EV3-Software: Projektansicht

Programme werden durch eine Sequenz von Programmierblöcken dargestellt, die nacheinander ausgeführt werden. Der Start eines Programms ist dabei der Start-Programmblock mit dem grünen Pfeil, über den ein Programm direkt auf den EV3-Brick übertragen und gestartet werden kann.

Die jeweiligen Programmierblöcke sind in unterschiedlichen Paletten in unterschiedlichen Farben gruppiert. Es sind sechs verschiedene Paletten verfügbar, wobei der Umfang der verfügbaren Programmierblöcke auch von installierten Erweiterungen abhängt:

• Die grüne Palette beinhaltet Programmierblöcke, um Aktoren (Motoren, Lautsprecher, LCD, LEDs) anzusprechen.

• Die orange Palette beinhaltet Programmierblöcke für die Programmflusssteuerung (zum Beispiel Schleifen, Schalter, Warte).

• Die gelbe Palette beinhaltet Programmierblöcke für den direkten Zugriff auf Sensorwerte (zum Beispiel Taster, Farbsensoren).

• Die rote Palette beinhaltet Programmierblöcke für mathematische Berechnungen, Variablen, Felder, boolesche Algebra, Zufallsgenerator, Textmanipulation und Bereichsprüfung.

• Die blaue Palette beinhaltet Programmierblöcke für Spezialaufgaben wie Nachrichtenkommunikation oder Zugriff auf Spezialsensoren und -motoren.

• Die türkisfarbene Palette beinhaltet eigene Programmierblöcke, die wie Unterprogramme in eigenen Projekten wiederverwendet werden können. Diese Palette ist am Anfang leer.

Zu Beginn sind die Blöcke der grünen und orangen Palette vollkommen ausreichend, um erste Programme zu erstellen. Für komplexere Aufgaben werden die Blöcke der weiteren Paletten benötigt. Dies wird in den folgenden Kapiteln ausgeführt und dargestellt.

Ein einfaches Programm, das einen Roboter mit zwei großen Motoren vorwärtsfahren lässt, sieht beispielsweise folgendermaßen aus. Die Details zu den einzelnen Blöcken werden in den Folgekapiteln je nach Aufgabenstellung vertieft.

Abb. 3–3 // LEGO-EV3-Software: Beispiel Motorensteuerung

Bei einer Ausführung des Programms aus der Software direkt wird die Titelleiste des aktuell ausgeführte Programmierblocks schraffiert und durchlaufend animiert dargestellt, womit sich die Programmpfade nachvollziehen lassen.

3.2Installation EV3 Basic (Microsoft Small Basic)

3.2.1Installation

Die Installation von Microsoft Small Basic und der EV3 Basic Extension ist denkbar einfach. Für beides existieren MSI-Installationspakete, die mit sehr wenigen Optionen installiert werden können. Dabei ist zu beachten, dass für EV3 Basic nur Small Basic Version 1.2 unterstützt wird. Im Windows Store ist ebenfalls Small Basic verfügbar (Version 1.3), das aber nicht mit EV3 Basic kompatibel ist.

Dabei ist lediglich zu beachten, dass für EV3 Basic mindestens das .NET Framework 4.5 installiert sein muss, um die Installation abzuschließen. Dies ist unter Windows 10 standardmäßig der Fall. Allerdings muss das -NET Framework gegebenenfalls manuell aktiviert werden, damit die Installation der EV3 Basic Extension möglich ist. Die Aktivierung erfolgt über »Einstellungen« – »Apps« – »Programme und Features« – »Windows-Features aktivieren oder deaktivieren«. Dort muss ».NET Framework 3.5« aktiviert werden.

Abb. 3–4 // Installation .NET Framework unter Windows 10

3.2.2Einführung in die Bedienung

Nach dem Start von Small Basic öffnet sich die Entwicklungsumgebung mit dem Texteingabeeditor für das Programm. Es können mehrere Programme parallel geöffnet werden.

Abb. 3–5 // Microsoft Small Basic: Startbildschirm

Sobald im Programmeditor Text eingegeben wird, öffnet sich die IntelliSense genannte Eingabemöglichkeit, die einer Vorschlagsuche (Type Ahead) entspricht und passende Befehle und Methoden darstellt. Im rechten Bereich wird dabei immer die passende Hilfe eingeblendet, sodass auch ohne Kenntnis aller Befehle schnell die relevanten gefunden werden.

Abb. 3–6 // Microsoft Small Basic: Vorschlagsuche im Editor

Das klassische »Hallo Welt«-Programm mit Small Basic sieht folgendermaßen aus und kann durch Betätigen des Ausführen-Pfeils oder der -Taste ausgeführt werden. Dabei wird automatisch ein ausführbares Windows-Programm (.exe) erzeugt und gestartet. Der gezeigte TextWindow-Befehl ist für Darstellung eines Textein- und -ausgabefensters als klassische Konsole notwendig.

Abb. 3–7 // Microsoft Small Basic: »Hello World«-Programm

Abb. 3–8 // Ausgabe des »Hello World«-Programms mit Small Basic

Auf der EV3-Basic-Seite sind verschiedene Tutorials verfügbar, die einen einfachen und schnellen Einstieg in Small Basic ermöglichen. In diesem Buch wird der Fokus auf die Ansteuerung des EV3 mithilfe von EV3 Basic gelegt.

Des Weiteren existiert von Microsoft ein sehr gutes Einführungsdokument zu Small Basic in deutscher Sprache, das alle Bereiche von Small Basic mit Beispielprogrammen und Ähnlichem erläutert. Das circa 70-seitige Dokument ist kostenfrei von Microsoft zu beziehen (»Small_Basic_Einfuehrung.pdf«1). Dennoch wird hier eine Kurzübersicht über die verfügbaren Befehlsgruppen/Klassen und Anweisungen/Sprachkonstrukte von Small Basic geliefert. Es wird dabei in Small Basic von »Klassen« gesprochen, weil diese Befehlsgruppen Methoden/Funktionsaufrufe ermöglichen, die damit statischen Methodenaufrufen in der Objektorientierung entsprechen:

Small-Basic-Klassen

Kurzerläuterung

Array

Verwaltung von Feldern und Operationen zur Manipulation von Feldern

Clock

Abfrage der Systemuhr

Controls

Verwaltung von Steuerungselementen auf einer grafischen Benutzeroberfläche (zum Beispiel Knöpfe)

Desktop

Zugriff auf den Windows-Desktop zum Beispiel zum Setzen des Hintergrundbilds

Dictionary

Zugriff auf einen Onlinelexikon zur Übersetzung von Begriffen

File	Operationen zum Schreiben und Lesen von Dateien im lokalen Dateisystem

Flickr

Zugriff auf Flickr-Bilderdienst im Internet

GraphicsWindow

Erzeugung und Zugriff auf ein grafisches Fenster für Grafikausgabe/Zeichnen

ImageList

Laden von Bilddateien in den lokalen Speicher zur weiteren Verarbeitung

Math	Bereitstellung verschiedener mathematischer Berechnungsoperationen (trigonometrische Funktionen, Winkelberechnungen, Betrag, Zufallszahl, Wurzel, Potenz)

Mouse

Zugriff auf die Maus und Abfrage der...

Über Autor(innen)

Alexander Schulze blickt auf eine 35-jährige Erfahrung im Umgang mit Computern und Programmierung zurück und hat sein Hobby nach dem Studium der Technischen Informatik (Berufsakademie) zum Beruf gemacht. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Java-Programmierung arbeitet er als Senior IT Architekt in Projekten für Großkunden.
LEGO-begeisterte Kinder haben ihn zu LEGO MINDSTORMS geführt und die Leidenschaft für die Programmierung von Robotern entfacht.
Verschiedene Workshops an einer Grundschule sowie die Unterstützung der Robotik-AG an einem Gymnasium im Unterallgäu legten den Grundstein für dieses Buch. Dabei stand von Beginn an die Teilnahme an verschiedenen Wettbewerben mit den Schülern im Vordergrund, um mit den Schülern auf ein konkretes Ziel hinzuarbeiten.