Modell 1: Roxy

Ich krieg die Kurve!

Klassenstufe
5-7
Zeitaufwand
1 Doppelstunde
Schwierigkeitsgrad
Modell: leicht, Programmierung: leicht bis mittel
Modellart
Mobiles Gerät, individuell positionierbar und für Transporte / Bewegung einsetzbar
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren einen Fahrroboter, der einen Hindernisparcours abfahren kann. Der Roboter schaltet bei einem Tastendruck auf den On/Off Taster ein und startet sein Fahrprogramm. Über denselben Taster kann die Fahrt gestoppt werden.

ALLTAGSBEZUG

Das automatische Auslösen eines Vorgangs und das selbstständige Fahren eines Roboters haben einen starken motivationalen Effekt bei SuS. Bis zu vier Ergänzungen der Grundaufgabe ermöglichen die Individualisierung des Themas.

Eine Integration der Thematik in die vorberufliche Orientierung könnte im Hinblick auf informationstechnische Berufsfelder erfolgen. Hier wird das automatisierte Schalten durch das Erfassen physikalischer Größen in vielen Bereichen genutzt. In besonderer Weise wird die automatisierte Bewegung von Objekten in der Haustechnik (Staubsaugerroboter, Rasenmähroboter) oder in der Automobiltechnik zunehmend wichtiger.

 

Leitfragen

  • Wo ist eine automatisch fahrender Roboter im Alltag einsetzbar? (Kommunikation)
  • Welche Funktionen muss der Roboter sinnvollerweise erfüllen? (Kollabortion)
  • Unter welchen Bedingungen soll das System an- bzw. ausschalten? (kritisches Denken)
  • Was ist zu berücksichtigen, damit der Roboter an verschiedenen Standorten genutzt werden kann und das System möglichst robust funktioniert? (Kreativität)
    ​

Fächerbezug
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Informatik
Grundlagen der Programmierung, Zeitschleifen
Mathematik
Kreisumfang, Längeneinheiten, Winkel
Technik
stabiles Bauen, Konstruktionstechnik
Physik
Bewegungsänderung
Biologie
Fortbewegung von Individuen

Unterrichtsverlauf
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Einführungsphase

Unterrichtsgespräch (ohne App)

  • Bekanntgeben des Themas, ggf. „Roboter aus Film und Fernsehen “ zeigen.
  • Abfragen was diese Roboter ausmacht, Automatisierung vs. Leben.
  • Szenarien abfragen, in denen automatisch fahrende Robotersysteme eingesetzt werden (Staubsauger, Rasenmäher, Automobil).
  • Einsatzmöglichkeiten der gesammelten Szenarien diskutieren (z.B. Staubsaugerroboter, Rasenmäher und/oder Automobil).

  • Anforderungen an das Fahrgestell ermitteln.

  • Vor- und Nachteile verschiedener Antriebsarten (Kette/Räder) besprechen.

  • Notwendigkeit eines Not-Aus-Schalters begründen.

ggf. Hilfestellung

  • Sensoren, Aktoren und Bauteile aus dem Baukasten zeigen, wenn nötig Präsentationsmedien einsetzen.

Planungsphase

Unterrichtsgespräch

  • Die Vorgehensweise zum Bau des Modells und die zu erzielende Funktion werden gemeinsam erarbeitet.
  • Abfolgeschritte der App werden vorgegeben bzw. besprochen

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • SuS machen sich mit der App bekannt und laden die entprechende Aufgabe.
  • Die SuS definieren sinnvolle Funktionen eines automatisch fahrenden Roboters.
  • Die SuS erstellen mittels App die Anforderungsliste für den zu bauenden Roboter.

Optionale Partner- oder Gruppenarbeit (ohne App)

  • Die SuS skizzieren die möglichen Roboter
  • Die SuS diskutieren die Ergebnisse und einigen sich auf ein Design.
Konstruktionsphase

Partner- oder Einzelarbeit

  • Die SuS nutzen die App zum Bau des Fahrroboters. Die App führt kleinschrittig durchs Programm.
Programmierphase

Partner- oder Gruppenarbeit

  • Die SuS schreiben das Programm für den Fahrroboter (2x Motor / On/Off Taster). Die App führt hier kleinschrittig durchs Programm
  • Hilfe wird in der App angeboten
  • Das Programm wird auf den RX Controller übertragen
Experimentier- und Testphase

Partner- oder Gruppenarbeit

  • Der Fahrroboter wird in Betrieb genommen
  • Erste Fahrten werden mit dem Roboter durchgeführt
  • Mögliche Störungen im Funktionsablauf müssen gefunden und behoben werden.
  • Eventuelle Fehlersuche ist mittels Vorschläge in der App möglich
  • Eventuelle Optimierungen bei der Hardware (z.B. Befestigung der Räder, Drehroller) und der Programmierung können vorgenommen werden
Abschlussphase

Diskussion im Plenum

  • Nachbesprechung des Projekts im Klassenverbund.
  • Klärung von zukünftigen Einsatzmöglichkeiten im Alltag (Übertragung der Thematik auf den Alltag), z.B. Staubsaugerroboter, Rasenmähroboter, Automobile, Drohnen, usw.

 

 

Informationen und Hinweise
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Methodisch-didaktische Hinweise
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Differenzierungsmöglichkeiten

Je nach Dauer der Unterrichtsreihe und der Stärke der SuS können

  • die Lage der Hindernisblöcke samt Fahrwegen vorgegeben,
  • die Lage der Hindernisblöcke von den SuS ausgemessen,
  • die Fahrwegprogrammblöcke vorgegeben,
  • die Fahrwege selbst ausgemessen,
  • die Fahrwege selbst programmiert,
  • mittels Armen Hindernisse eingesammelt werden.

Motivationale Aspekte

Das Thema autonome Fahrroboter ist allen SuS aus dem Alltag bekannt. In vielen Haushalten gehören Staubsaug- oder Rasenmähroboter neben vielen weiteren smarten Anwendungen längst zum Alltag. Teilautonom fahrende Automobile sind immer häufiger auf den Straßen anzutreffen.

 

Zusatzmaterialien

  • Wenn vorhanden, können für die Einführungsphase in das Thema ein Roboter aus Film und Fernsehen (BB8, R2D2, Wall-E), ein Staubsaugerroboter oder ein anderes Realobjekt aus dem Bereich Robotik/Flurförderfahrzug genutzt werden. Zeichenmedien (Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche)

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
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Funktionen der Aktoren/Sensoren
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Technische Lösung


Ausführen einer Geradeaus-Bewegung
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Gleichmäßiges und gleichzeitiges Ansteuern der beiden Antriebsmotoren
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Ausführen einer Kurve-Links-Bewegung
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Ansteuern eines der beiden Antriebsmotoren


Ausführen einer Kurve-Rechts-Bewegung
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Ansteuern eines der beiden Antriebsmotoren


Start einer Roboterfahrt
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Eingabe eines Signals am On/Off Taster des Controllers
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Ende/Not-Aus einer Roboterfahrt
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Eingabe eines Signals am On/Off Taster des Controllers
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Differenzierung:Schnelles Drehen auf der Stelle (links/rechts)


Gleichmäßiges und gleichzeitiges Ansteuern der beiden Antriebsmotoren in unterschiedliche Richtungen

Materialliste
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Materialliste Grundschaltung des Fahrroboters

 

Sensoren

Funktion

 

1 On/Off Taster am Controller

 

1. Einschalten des Roboters

2. Not-Stop des Roboters

 

 

Aktoren

Funktion

 

2 Motoren

 

 

Bewegung

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