ROBOTICS TXT 4.0 Base Set

Grundlagen der Robotik begreifbar machen und nachhaltig verstehen!

Das fischertechnik Robotics TXT 4.0 Base Set ist der perfekte Start, um zu programmieren wie die Profis! Der umfangreiche Baukasten enthält neben der Kamera mit Bildverarbeitung einen Ultraschallsensor, zwei Encodermotoren, einen Spursensor, einen Fototransistor sowie zwei Taster und zwei LEDs. Die Modelle können mit der grafischen Programmiersoftware ROBO Pro Coding und dem ROBOTICS TXT 4.0 Controller programmiert und gesteuert werden. Einsteiger können auf fertige Beispielprogramme zurückgreifen, Fortgeschrittene und Profis können direkt in einer Blockly-Programmierumgebung oder in Python loslegen. Enthalten sind 12 spannende Modelle, die von der Fußgängerampel über eine Schranke, einen Barcodescanner bis hin zu mobilen Fahrrobotern mit Encodermotoren, Kamera, Spur- und Abstandssensor reichen. Das umfangreiche Lehrmaterial beinhaltet neben Einführungs- und Basisinformationen 20 Experimente mit Lösungen zu den 12 Modellen.

Anzahl Schüler

2-4 pro Baukasten

Lernziele

Grundlagen der Robotik auf praktische Art und Weise vermitteln

Zeitaufwand

Jede Aufgabe enthält detaillierte Zeitangaben für die Unterrichtsstrukturierung

Klassenstufe

Sekundarstufe

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Didaktisches Begleitmaterial

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Themen und Lernziele

Aufgabe 1: Analoge Sensoren

Thema: Der Mikrocontroller als Messgerät: Thermometer, Widerstandsbestimmung, Abstandsmessung.

Lernziele:

Verständnis der Funktionsweise eines A/D-Wandlers

Auswertung analoger Sensoren (Widerstand/Thermistor)

Verwendung von Listenelementen

Nutzung der Displayanzeige (als Messgerät)

Funktionsweise eines Ultraschall-Abstandssensors

Zeitaufwand: Abhängig von den Vorerfahrungen der Schülerinnen und Schüler in der Programmierung werden für die Bearbeitung 45 bis 90 Minuten benötigt.
Aufgabe 2: Parkhausschranke

Thema: Steuerung einer Parkhausschranke, Zähler

Lernziele:

Einsatz von Zustandsübergangsdiagrammen (Endliche Automaten)

Einfache Steuerung unter Verwendung digitaler Sensoren

Funktionsweise verschiedener digitaler Sensoren und eines Drehwinkelgebers

Steuerung einer Achse über Drehimpulse

Nebenläufige Prozesse (Threads; Ergänzungsaufgabe)

Zeitaufwand: Abhängig von der Vorerfahrung der Schülerinnen und Schüler nimmt die Entwicklung des Steuerprogramms 100 - 140 Minuten in Anspruch.
Aufgabe 3: Ampel und Blinklicht

Thema: Zeitsteuerung einer Ampel und eines Blinklichts (als nebenläufiger Prozess).

Lernziele:

Verständnis einer Zeitsteuerung

Nebenläufige Prozesse (Threads)

Synchronisation nebenläufiger Prozesse über Sensoren

Zeitaufwand: Für die Konstruktion und für die Entwicklung des Steuerprogramms sollten insgesamt bis zu 60 Minuten eingeplant werden.
Aufgabe 4: Kodierung

Thema: Kodierung, Fehlererkennung und Informationsgehalt

Lernziele:

Verständnis für die praktische Bedeutung von Codes

Dekodierung eines visuellen 1D-Codes (Barcode) mit Fehlererkennung

RGB-Farbcode und Bestimmung des Farbtons (Grad im Farbkreis)

Entwicklung eines eigenen mehrdimensionalen Codes

Zeitaufwand: Die Konstruktion des Lesegeräts sollte in wenigen Minuten gelingen. Für die Entwicklung des Dekodierungsprogramms zur Lösung der Aufgabe benötigen Schülerinnen und Schüler abhängig von ihren Vorerfahrungen in der Programmierung bis zu 135 Minuten.
Aufgabe 5: Kommunikation - Morse-Code-Verschlüsselung

Themen: Kodierung von Daten für die Kommunikation, synchrone Sender/Empfänger, Morse-Code, Verschlüsselung (Caeser-Chiffre, Vigenére-Chiffre).

Lernziele:

Verständnis für die Funktionsweise eines Kommunikationkanals

Kodierung von Daten für die Übertragung über einen Kommunikationskanal

Bearbeitung eines Text-Strings, Funktionen

Verschlüsselung und Entschlüsselung von Daten zum Schutz der Übertragung vor dem Zugriff Unberechtigter

Zeitaufwand: Abhängig von ihren Vorerfahrungen in der Programmierung 90-180 Minuten.
Aufgabe 6: Buggy mit Hinderniserkennung

Thema: Synchrone Steuerung zweier Motoren, Erkennung

Lernziele:

Verständnis der synchronen Motorsteuerung

Hindernis- und Begrenzungserkennung durch Sensoren

Navigation über Encoderimpulse

Zeitaufwand: Für die Konstruktion des Buggys und die Entwicklung des Steuerungspogramms werden je nach Vorerfahrung der Schülerinnen und Schüler insgesamt 120 - 140 min benötigt.
Aufgabe 7: Malroboter

Thema: Präzise Steuerung zweier Motoren zum Zeichnen geometrischer Formen

Lernziele:

Nutzung von Funktionen zur übersichtlichen Programmgestaltung

Navigation über Motorimpulse

Modellbildung und Berechnung des Fahrverhaltens

Zeitaufwand: Die Konstruktion des Malroboters nach Anleitung sollte den Schülerinnen und Schülern innerhalb von 30-45 Minuten gelingen; der Umbau des bereits aufgebauten Grundmodells erfordert etwa 10-20 Minuten. Für die Entwicklung des Steuerungsprogramms zur Lösung der Programmieraufgaben benötigen Schülerinnen und Schüler etwa 45 Minuten.
Aufgabe 8: Spurfolger

Thema: Digitale Steuerung (Endliche Automaten) und analoge Regelung eines Fahrzeugs (Roboters) entlang einer Spur.

Lernziele:

Funktionsweise digitaler Sensoren

Einfache Zweipunktregelung unter Verwendung digitaler Sensoren

Ergänzung einer Hinderniserkennung (Ultraschall-Entfernungsmessung) und einer Steuerung durch Farbflächen

Analoge Regelung unter Verwendung einer Kamera mit Bildauswertung

P- und PD-Regler

Zeitaufwand: 180 - 225 min