Modell 9: Greifautomat

Ich krieg dich!


Klassenstufe
7 - 10
Zeitaufwand
3 Doppelstunden
Schwierigkeitsgrad
Modell: schwer, Programmierung: schwer
Modellart
mobiles Gerät, individuell positionierbar und flexibel einsetzbar
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren einen Greifautomaten, der über eine Handgestensteuerung zwei Achsen bewegt und mit einem daran befestigten Magneten einen metallischen Gegenstand aufnimmt. Dieser muss, nachdem die Spielzeit abgelaufen ist, zur Startposition transportiert werden.

Als Differenzierung kann die Spielzeit verändert werden.

ALLTAGSBEZUG

Das automatische Auslösen eines Vorgangs hat einen starken motivationalen Effekt bei SuS. Das Erfassen der physikalischen Größe „Bewegung“ ist schnell und für jedermann nachvollziehbar. 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. Besonders das Erfassen von Bewegungen wird in vielen Bereichen der Informationstechnik (z. B. bei der Gestensteuerung) zunehmend wichtiger.

Leitfragen

  • Wo ist ein Greifautomat im Alltag einsetzbar? (Kommunikation)
  • Welche Funktionen muss die Anlage sinnvollerweise erfüllen? (Kollaboration)
  • Unter welchen Bedingungen soll das System das Spielen ermöglichen? (kritisches Denken)
  • Was ist zu berücksichtigen, damit die Anlage an verschiedenen Standorten genutzt werden kann und das System möglichst robust funktioniert? (Kreativität)

Fächerbezug
​

Informatik
Grundlagen der Programmierung, Zeitschleifen
Technik
Stabiles Bauen, Konstruktionstechnik, Bauteilanordnung
Physik
Kraft, Bewegung

Unterrichtsverlauf
​

Einführungsphase

Unterrichtsgespräch (ohne App)

  • Bekanntgeben des Themas
  • Szenarien abfragen, in denen Greifautomaten eingesetzt werden (Jahrmärkte, Einzelhandelsgeschäfte, Wartebereiche o.ä.) und welche Gegenstände gegriffen werden können
  • Grundsätzliche Funktionsmöglichkeiten, z. B. Einschalten bei Münzeinwurf, Spielzeitbegrenzung… 
    Gegenstände: z. B. Süßigkeiten, Stofftiere, Ü-Eier

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 bekannt gegeben bzw. besprochen

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • Die SuS machen sich mit der App bekannt und laden die entsprechende Aufgabe.
  • Die SuSsortieren in sinnvolle und weniger sinnvolle Funktionen eines Greifautomaten.
  • Die SuS erstellen mittels App eine Anforderungsliste für die zu bauende Anlage.  

Optionale Partner- oder Gruppenarbeit (ohne App)

  • Optional skizzieren die SuS die mögliche Anlage.
  • Die SuS diskutieren die Ergebnisse in der Gruppe und legen sich auf ein Design fest.
Konstruktionsphase

Partner- oder Einzelarbeit

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

Partner- oder Gruppenarbeit

  • Die SuS schreiben das Programm für die Gestensteuerung der Motoren. Die App führt kleinschrittig durchs Programm.
  • Einzelne Zwischenschritte werden auf den RX Controller übertragen und getestet.
  • Hilfe wird in der App angeboten.
  • Das vollständige Programm wird auf den RX Controller übertragen.
Experimentier- und Testphase

Partner- oder Gruppenarbeit

  • Der Greifautomat wird in Betrieb genommen und getestet. Er darf nur auf die Gesten vor dem Sensor reagieren.
  • Mögliche Störungen im Funktionsablauf müssen gefunden und behoben werden.
  • Eventuelle Fehlersuche ist mittels Vorschlägen in der App möglich
Abschlussphase

Optional: Vorstellung ein Zuteilung der Differenzierungen

  • Die Möglichkeit zur Differenzierung für schnelle SuS wird in der App angeboten.
  • Die Lehrkraft spricht infrage kommende SuS an. Die weitere Vorgehensweise wird mittels der App realisiert.

Diskussion im Plenum

  • Nachbesprechung des Projekts im Klassenverbund.
  • Klärung von zukünftigen Einsatzmöglichkeiten im Alltag (Übertragung der Thematik auf den Alltag), Rückgriff auf die Diskussion in der Einführungsphase – z.B. Standorte wie Jahrmärkte und Wartebereiche sowie zu greifende Gegenstände wie Süßigkeiten und Stofftiere.

 

 

Informationen und Hinweise
​

Methodisch-didaktische Hinweise
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Differenzierungsmöglichkeiten

Schnelleren SuS kann die Aufgabe zur Verlängerung oder Verkürzung der Spielzeit gestellt werden.

Motivationale Aspekte

Greifautomaten kennen die SuS aus dem Alltag von verschiedenen Standorten. Vielleicht haben sie einen solchen Greifautomaten auch schon bedient. Nun auf der „Produktionsseite“ statt auf der „Bedienerseite“ zu stehen, mag sie mit Stolz erfüllen.

Zusatzmaterialien

  • Wenn vorhanden, können für die Einführung in das Thema Bilder  von Freiautomaten präsentiert werden.
  • Ggf. Zeichenmedien (Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche).

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
​

 

Funktion der Sensoren/Aktoren

 

 

Technische Lösung

 

Erfassen von Gesten

 

 

Auswerten der Signale am Gestensensor

 

Ausgabe von Licht

 

Leuchten der roten LED

Materialliste
​

 

Sensoren

 

 

Funktion

 

1 RGB Gestensensor

 

 

Gestenerkennung rechts/links und vor/zurück

 

2 Taster

 

 

Endabschalter x- und y-Achse

 

2 Impulstaster

 

 

Rotationszähler pro Achse (x/y) in 90°-Schritten

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aktoren

 

 

Funktion

 

 

1 Motor x-Achse

 

 

Vorwärts- /Rückwärtsfahren

 

1 Motor y-Achse

 

 

Vorwärts- /Rückwärtsfahren

 

1 LED

 

 

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