Robotik

Ausgangssituation:

Im Frühjahr 2007 wurde in einer turnusmäßigen Planungs- und Evaluationssitzung der an der Begabtenförderung beteiligten Lehrkräfte ein Mangel an Kursangeboten im Bereich „Technik / Technologie" festgestellt. Im (mittlerweile zurückliegenden) Schuljahr 2007/2008 sollte dieser Bereich stärker in der Begabtenförderung berücksichtigt werden. Es entstand die Idee, einen Kurs zur Robotik einzurichten.

Vorüberlegungen:

Bei den Vorplanungen zur Konzeption und zum Verlauf des Kurses zeichneten sich für mich ziemlich bald zwei Schwerpunkte ab: die Roboter sollten aus Bausätzen von den Teilnehmern selbst zusammengebaut (und evtl. später für weitere Gruppen wieder zerlegt) werden und die Programmierung sollte mit einer grafischen Oberfläche erfolgen können, nicht zuletzt um motivierende Erfolgserlebnisse bereits von Beginn des Projektes an zu ermöglichen ohne einen längerfristigen Kurs in einer Programmiersprache vorschalten zu müssen. Das Umsteigen auf eine Programmiersprache wie z.B. „C++" sollte später trotzdem möglich sein. Aufgrund dieser Vorüberlegungen entschied ich mich nach dem Vergleich verschiedenster auf dem Markt erhältlicher Robotersysteme dafür, Bausätze des Typs „Crash-Bobby" der in Ulm ansässigen Firma „qfix" anzuschaffen. Die Controllerboards des Typs „Bobby" können nämlich sowohl grafisch mit der Oberfläche „Grape" (= „graphical programming environment" = „grafische Programmierumgebung") als auch mit C++ programmiert werden. Tatsächlich können die Teilnehmer den von ihnen grafisch erstellten Programmcode auch in C++ einsehen, dort Veränderungen vornehmen und so erste Schritte in C++ selbständig lernen.

Kursbeginn:

Zu Beginn des Kurses bauten die Teilnehmer die Crash-Bobby-Bausätze zusammen. Dabei konnten sie bis zu drei Infrarotsensoren pro Roboter einbauen, die für Entfernungsmessungen geeignet sind. Weitere Sensoren standen bei dem angeschafften Basispaket zunächst nicht zur Verfügung. Als Ausbaustufe(n) wären z.B. Temperatur- , Tast- oder Lichtsensoren möglich. Danach stand das Kennen lernen der Programmieroberfläche „Grape" an. Nach der Einarbeitung in dieselbige, was vor allem bedeutete, die verschiedensten Programmstrukturen (Schleifen, Verzweigungen etc.) zu verstehen und richtig zu formulieren sowie ersten einfachen Beispielprogrammen sollten die Kursteilnehmer eigene Programmierideen entwickeln und umsetzen.

Exkursionen:

Da das Salvatorkolleg eine offizielle Kooperation mit der Technischen Universität München (TUM) als eine ihrer sog. Referenzschulen unterhält, stand uns das Schülerlabor der TUM im Deutschen Museum in München zur Verfügung. Wir fuhren dorthin, um einen Programmierkurs mit „LEGO-Mindstorms"-Robotern zu belegen. In diesem Kurs werden „LEGO-RCX"-Controller mit einer Version der grafischen Programmierumgebung „Labview", welche auch im Profibereich Verwendung findet, programmiert. Die RCX-Controller werden in individuell zu gestaltende LEGO-Roboter eingebaut. Die Exkursion war ein voller Erfolg: der dortige Kursleiter war sehr erstaunt, dass einige Kursteilnehmer in dem von uns belegten „kleinen" Kurs (ca. 2,5 h) Aufgaben zuwege brachten, die normalerweise im „großen" Kurs (ca. 4 h) anstehen und dort meist nicht von allen Teilnehmern zu lösen sind. Zwei Teams konnten z.B. einen Linienfolger bauen und programmieren, der selbständig einem durch schwarzes Klebeband auf weißem Grund vorgegeben Kurs folgt ohne die Spur zu verlassen.

Eine inoffizielle Kooperation mit der Hochschule Weingarten kam durch den Kontakt mit dem Dekan des Fachbereiches Elektrotechnik, Herr Löhmann zustande. Also nutzten wir auch diese Gelegenheit, um uns auf dem Gebiet der Robotik weiterzubilden. Wieder mit „Labview" (dieses Mal die volle Profi-Version) wurden Programmieraufgaben gestellt und bearbeitet. Außerdem konnten wir einen Industrieroboter in voller Aktion sehen sowie den Torwart der deutschen Fußball-Roboter-Nationalmannschaft, welcher von Studierenden der Hochschule Weingarten programmiert wurde. Außerdem erhielten wir eine Führung durch die verschiedenen Fachbereiche und durften einige Experimente (die nicht unbedingt direkt mit dem Thema Robotik zu tun hatten, aber nicht weniger interessant waren) selbst durchführen.

 Öffentliche Präsentation:

Die selbst ausgedachten und umgesetzten Programmideen für die „Crash-Bobbies" wurden von den Kursteilnehmern nicht nur am Tag der offenen Tür sondern auch vor dem Beirat der Friedrich-Schiedel-Stiftung erfolgreich vorgestellt und riefen bei beiden Anlässen sehr positive Resonanzen beim Publikum hervor. So waren z.B. Roboter zu sehen, die auf einem Hindernisparcours selbständig allen Hindernissen ausweichen konnten. Die Kursteilnehmer führten aber nicht nur die fertigen Programme vor, sondern hatten auch „live" zu programmieren, was bedeutete, dass die Erstellung der Programme im Moment des Schreibens für die Zuschauer verständlich erklärt und kommentiert werden musste.

(Peter Allgaier)

Er steht im Tor...
Hintertorkamera
Ein "großer" Roboter...
...muss auch programmiert werden
Im TUM-Lab bei Herrn Kramler
Bauanleitung
Zusammenbau
Wo ist der Ausgang ?
Linienfolger
Funktioniert alles ?