Robotik: LEGO MINDSTORMS, NAO und Raspberry Pi

Von Bernhard Löwenstein, Sigrid Schefer-Wenzl und Matthias Wenzl

In diesem shortcut dreht sich alles um das Thema Robotik. Der Leser erhält eine Einführung in LEGO MINDSTORMS EV3 und dessen Programmierung in Java und wird mit den Basics sowie der Entwicklung des humanoiden Roboters NAO vertraut gemacht. Außerdem widmet sich der shortcut der Version 2 Model B+ der Microcontroller-Plattform Raspberry Pi, zeigt auf, welche Roboterbausätze und GPIO-Bibliotheken es gibt und wie man diese verwenden kann.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: entwickler.press
• Erscheinungsdatum: 15. Feb. 2016
• ISBN: 9783868025798

Buchvorschau

GmbH

1 Einstieg in die Robotikprogrammierung mit LEGO MINDSTORMS EV3

Mit der MINDSTORMS-Reihe bietet LEGO seit mehr als einem Jahrzehnt Roboterbaukästen für Technikinteressierte egal welchen Alters an. Ende September 2013 kam mit EV3 die neueste Generation auf den Markt, die gegenüber der Vorgängerversion NXT 2.0 deutlich modernisiert wurde. Dieses Kapitel gibt eine technologische Einführung und beschreibt anschließend, wie man die EV3-Roboter grafisch bzw. mit Java programmiert.

Es gibt Spielzeug, das ist so genial, dass es zu einem nicht enden wollenden Siegeszug rund um den Globus ansetzt. Die Rede ist nun aber nicht von einem der Geräte mit vorangestelltem „i", sondern von LEGO. Seit Generationen bauen Kinder damit weltweit mehr oder weniger fantasievolle Gebilde zusammen. Das LEGO-Imperium umfasst aber nicht mehr nur einfache Plastiksteine. Mit der MINDSTORMS-Baukastenserie bietet der dänische Konzern seinen kleinen und großen Fans auch programmierbare Elemente. Das Besondere dabei ist, dass diese speziellen Komponenten nahtlos mit den restlichen LEGO-Steinen kombiniert werden können und sich so unterschiedlichste Roboter konstruieren lassen. Wie man diese mittels der grafischen Programmierumgebung EV3-Software und der Java-Schnittstelle leJOS EV3 programmiert, schauen wir uns in diesem Kapitel an.

Südafrikanischer Visionär sorgt für dänische Gedankenblitze

Als geistiger Vater der Baukästen gilt Seymour Papert. Der Südafrikaner beschäftigte sich bereits in den späten 1960ern damit, wie man Kindern und Jugendlichen altersgerecht die Programmierung näherbringen kann. Der Erfinder von Logo suchte eine interessante Anwendung für eben diese Programmiersprache und stieß dabei auf Roboter. Mit LEGO fand er einen passenden Partner zur Realisierung seines Vorhabens und schon bald wurde das Robotersystem LEGO TC Logo vorgestellt. 1998 kam mit dem Robotics Invention System der erste Baukasten der MINDSTORMS-Reihe auf den Markt. Im Jahr 2006 folgte LEGO MINDSTORMS NXT, drei Jahre später die überarbeitete NXT-2.0-Version. Seit September 2013 ist LEGO MINDSTORMS EV3 in zwei verschiedenen Editionen verfügbar: der Home Edition (um ca. 345 Euro) und der Education Edition (um ca. 410 Euro). Sie unterscheiden sich durch die im Lieferumfang enthaltenen Teile.

EV3-Hardware im Überblick

Jedes Set beinhaltet neben einer großen Zahl an LEGO-Technic-Elementen einen programmierbaren Mikrocontroller, an den sich verschiedene Aktoren und Sensoren anschließen lassen. Ganz der LEGO-Philosophie folgend können mit einem solchen Baukasten unterschiedliche Roboter aus den Kategorien Humanoide, Tier, Fahrzeug oder Maschine konstruiert werden (Abb. 1.1). Die große Zahl an Variationsmöglichkeiten trägt maßgeblich zur Faszination bei.

Abbildung 1.1: Der R3PTAR ist ein Standardmodell der EV3-Generation (© The LEGO Group)

Das Herzstück des Systems stellt der programmierbare EV3-Stein dar. In ihm steckt ein ARM9-Prozessor, der mit 300 MHz läuft und auf 64-MB-Arbeitsspeicher und 16-MB-Flash-Speicher zurückgreifen kann. Im Vergleich zur Vorgängerversion wurde der Arbeitsspeicher also um den Faktor 1 000 vergrößert.