Selbstbildnis 2.0

Wir haben den NXT-Mindstorms-Drucker noch weitere Portraits (u.a. Franz Haniel, Friedrich Schiller) zeichnen/drucken lassen – dann kam ein Schüler (Paul) auf die Idee, dass der Drucker doch auch ein Bild von sich selbst drucken könnte…


Gesagt, getan: Hier ist ein kurzes Video, bei dem unser Drucker am Ende sich selbst zeichnet – ein echt schönes Beispiel für Rekursion… oder doch für Kunst?

Hier sind die Dateie für das Selbstbildnis und die Daten:

https://www.box.com/s/nrik0jzzx9jpy89h7blo

 

Virtual-Reality-Jogging mit Lego Mindstorms | NXT-Biofeedback

Der Pulssensor wurde von zwei Schülerinnen der 6. und 7. Klasse gebaut – als erste Bestückungs- und Lötarbeit überhaupt! Der Bausatz besteht aus einem Verstärker und einem Sensor, der mit infrarotem Licht Änderungen der Durchblutung der Haut messen kann. Die winzigen Unterschiede, die sich in der Durchblutung durch den Herzschlag (Puls) ergeben, sind für das menschliche Auge unsichtbar, bewirken aber eine minimale Veränderung der Reflexion von infrarotem Licht. Diese Veränderung wird mehrere hundertmal verstärkt und ist dann von einem Mikrocontroller (wie er im NXT-Baustein steckt) messbar.
Der erste Aufbau hatte etliche Ungenauigkeiten, die sich letztlich auf den Sensor zurückführen ließen…


Nachdem alle Aufbau- und Lötfehler ausgeschlossen waren und der Sensor trotz Abschirmung vom Umgebungslicht (s.o.) nicht wirklich zuverlässig funktionierte, haben wir einen Ohrclip angeschlossen, wie er zum Messen des Pulses an Hometrainern oder Laufbändern verwendet wird:

DSC04432Endlich funktionierte es zuverlässig! Die Grundidee, aus dem Puls Aktionen für einen Roboter ableiten zu können, konnte jetzt umgesetzt werden. Der Sensor zum Biofeedback wurde zuerst zum virtuellen Joggen in Südschweden genutzt: Da gibt es eine wirklich lange gerade Straße in Küstennähe. Je nach gewünschter Geschwindigkeit betätigt ein NXT-Motor die Cursortaste nach oben, wenn 2,3 oder mehr Pulsschläge vergangen sind. Im Browser kann so die Darstellung von Google Streetview weitergeschaltet werden:

Fängt man vor dem Bildschirm an zu joggen, steigt der Puls und die Darstellungen der Straßen und Wege in Streetview werden weitergeschaltet. Je nach Netzanbindung und gewünschten Zwischenstufen (jeder 3. oder 4. Pulsschlag) kann man gemächlich oder mit „7-Meilen-Stiefeln“ virtuell vor dem Computer joggen. Die Kombination aus Bausatz/Sensor und NXT kontrolliert diese virtuelle Darstellung durch die direkte Rückkopplung von Körpersignalen (biofeedback).

Die Schülerinnen haben, nachdem klar war, dass die Schaltung mit dem neuen Sensor funktioniert, ein schönes Gehäuse gebaut:

Diese Diashow benötigt JavaScript.


Die Elektronik mit Stromversorgung ist innen untergebracht und die Anschlüsse an den Sensor (3,5mm Klinke) und den NXT sind herausgeführt.
Über das Oberlicht im Dach kann man die Technik noch sehen, die kleine Lego-Technikerin ruht sich aber erst mal auf ihrer Dachterrasse aus…

Eine Besonderheit ist noch die Einschaltvorrichtung – auch auf dem Video oben zu sehen: Es muss nur der grüne Baustein neben den Sensoreingang gesteckt werden, dann wird die Elektronik eingeschaltet:
anschlussIn dem Stein ist ein starker Magnet und hinter der Abdeckung ein kleiner Reed-Kontakt, der ggf. den Stromkreis zur Elektronik schließt. Den Reedschalter haben die Schülerinnen in einer der AG-Stunden in einen blauen Lego-Stift eingebaut, der als „Tastsensor“ für versteckte Magneten in einem Schatzsucher-Roboter genutzt wurde. Nun ist er hier verbaut.
Auf den Foto sieht man den ganzen Versuchsaufbau:DSC04405

Der Motor ist nur provisorisch befestigt – natürlich mit Duct Tape…

Der Motor wird nur ganz kurz bewegt, um den Tastendruck zu erzeugen. Das NXT-Programm ist auch nicht wirklich kompliziert.

Laserlichtschranke

Laserpointer lassen sich toll für Robotikanwendungen nutzen. Hier hat ein Schüler der 5. Klasse eine Alarmanlage mit Laserlichtschranke gebaut, die nur mit Karte mit speziellem Farbcode wieder deaktiviert werden kann.
Laserpointer sind (wenn man keine gefährlichen Importe verwendet) von der Leistung her so schwach, dass der Lidschlussreflex ausreichend Schutz bietet. Trotzdem darf man natürlich weder andere blenden noch selbst in den Strahl blicken – schon gar nicht mit Linsen oder anderen optischen Instrumenten.
Wer trotzdem mal sehen will, wie es aussieht, wenn eine Kamera (ohne optischen Sucher!!) in einen Laserstrahl blickt – hier:


Das möchte sicher niemand seiner Netzhaut antun 😉
Mit dem Laserstrahl können Distanzen von mehreren Metern überbrückt werden, wenn man ihn für eine Lichtschranke verwendet. Je weiter die Entfernung, desto filigraner wird die Ausrichtung auf den Licht- oder Farbsensor. Wenn der Laserstrahl direkt auf den Sensor fällt, zeigt er als Intensität unkalibriert den Wert „100“ an. Jede noch so kurze Unterbrechung kann dann delektiert werden:


Eingeschaltet wird der Laserpointer, indem er in der Haltevorrichtung gedreht wird – und damit der kleine Taster betätigt wird.

Laserpointer sind nicht für den Dauereinsatz gebaut worden, wir haben daher die Lichtschranke auch nicht über mehr als 5 min laufen lassen…

Roboter-Insekt

Dies ist der Nachbau eines Roboter-Insekts: 6 Beine, von denen je 3 zusammen bewegt werden. Zwei Beine auf einer Seite und das mittlere auf der gegenüberliegenden Seite ergeben immer einen sicheren Halt: Drei Punkte liegen immer in einer Ebene, kann man später in Mathe beweisen oder auf dem Bauernhof anhand eines Melkschemels lernen 😉


Damit die Bewegung koordiniert erfolgt, werden durch die Beinbewegung Schalter betätigt, so dass (in der Theorie) die Stellung der Beine immer bekannt ist.
In der Praxis war der Bewegungsablauf nicht ganz so wie gewünscht – die bewegenden Teile haben sich manchmal etwas verhakt und nicht alle Beine haben den Boden berührt.
Sah trotzdem sehr beeindruckend aus – auch weil die Laufweise von Insekten übernommen wurde (Stichwort: Bionik).
DSC04315Hier ist noch ein weiterer Vertreter aus dem Tierreich:

Eine kleine Spinne, allerdings als unbewegliche Attrappe.

Rennauto mit Lego Mindstorms

Im Kurs der 5. Klasse haben zwei Schüler dieses Rennauto gebaut, das vor allem für gerade Strecken optimiert ist. Die Motorhaube lässt sich öffnen…


Die Konstruktion eignet sich im Moment allerdings nicht so sehr für Kurvenfahrten – dafür ist der Schwerpunkt des Modells einfach zu weit von den Motoren entfernt: Auch ein Lerneffekt. Zum Lenken müsste jetzt noch eine drehbare Achse eingebaut werden bzw. die passiven Räder einzeln drehbar aufgehängt werden.
Aber andere schielen schon auf die vielen Lego-Technik-Bauteile… Mal sehen, wie lange sich dieses Modell hält 😉

K12 Lego Engineering Challenge – unsere Beiträge in der ersten Runde…

Die Turfts-Universität hat einen kleinen Lego-Wettbewerb ausgeschrieben, bei dem für 6 Aufgaben jeweils 14 Tage zur Verfügung stehen. Die erste Aufgabe war, einen Roboter zu programmieren, der sich nicht über eine direkt vom Motor per Achse an ein Rad übertragene Drehung weiter bewegt. Die komplizierte Formulierung sagt eigentlich nur, dass man alles darf, bis darauf Räder direkt an Motoren zur Fortbewegung anzuschließen. Da das Thema auch noch „Silly Walking Machines“ hieß, haben wir uns natürlich zuerst den Sketch „Ministry of Silly Walks“ von Monty Python angesehen und dann die Entwürfe gebaut 😉
Hier sind die Videos, mit denen sich die Schülerteams bewerben – wer sie gut findet, soll sie bitte auf der Wettbewerbsseite bewerten – denn wer die meisten und höchsten Punkte erreicht, gewinnt 😉

Wer für einen der Beiträge stimmen möchte, kann dies hier tun – Danke!

Drucken mit NXT – Pixelgrafik

Mathematisch anspruchsvoller sind Vektorzeichnungen mit dem Mindstorms-Drucker, aber Pixelbilder bringen schneller einen Erfolg:

Letzten Freitag in der Robotik-AG der 7. Klassen haben wir ein kleines Programm geschrieben, dass zeilenweise eine Grafikdatei auf dem Drucker ausgibt. Immer wenn ein Pixel in der Grafik gesetzt ist, wird der Stift gesenkt und wieder gehoben – mit diesem Ansatz wird ein Pixelbild auf Papier „getupft“.

Eine Weiterentwicklung ist, den Stift nur zu senken oder zu heben, wenn sich etwas verändert – also nach weiß schwarz kommt oder umgekehrt. Das ist im Video oben zu sehen. Als nächster Punkt wird noch gezählt, wieviele Schritte (Pixel) es bis zur nächsten Änderung sind und diese dann auf einmal abgefahren – und weitere Pixelbilder. Kann man erkennen, wer hier portraitiert wurde ;-)?

Drucken mit NXT – „Vektoren“

Vor Weihnachten wollten wir in der Robotik-AG der 6. Klasse einem Lego-Mindstorms-Drucker das Haus des Nikolaus als Zeichnung entlocken, denn schließlich eignet es sich hervorragend dazu, von einem Plotter in einem Zug zu Papier gebracht zu werden…

Die Diagonalen waren das Problem, weil beide Bewegungen (X und y) gleichzeitig, aber mit unterschiedlichen „Steigungen“ oder Geschwindigkeiten erfolgen mussten – schließlich müssen am Zielpunkt der Diagonale beide Motoren stoppen. Da ist also noch (Mathe)Potential, das eingebaut werden kann…

FH

Aber dafür gibt es erste Erfolge mit der Schriftwiedergabe:
Die beiden Buchstaben „F“ und „H“ funktionieren schon – wenn auch nicht so, wie zunächst gewollt:

Dass die Buchstaben F und H versetzt und ineinandergeschoben sind, war eigentlich nicht beabsichtigt – aber wenn einer fragt „Ist das Kunst oder kann das weg?“ entscheiden wir uns für ersteres 😉

 

elektronische Gitarre

Noch vor der Weihnachtspause wurde diese Gitarre in der Robotik-AG der 5. Klassen gebaut (Jacqueline; nach dieser Anleitung) und später noch um die Sensoren unten ergänzt. Sie funktioniert wie eine „richtige“ akustische Gitarre: Je länger die Saite ist, die schwingt (im Original), desto weiter befindet sich der Schieber zum Abgreifen des Tones oben – und die gemessene Distanz vom Ultraschallsensor wird entsprechend kürzer. Die nutzbare Entfernung um einen Ton zu erzeugen liegt zwischen 5 und 25cm, der NXT kann Töne zwischen 250Hz und 4KHz abspielen… Nur, wie bildet man den einen Zahlenbereich auf den anderen ab 😉 ?

Der Farbsensor unten soll das „Anzupfen“ der Saite simulieren: Nur wenn ein Farbwechsel von schwarz (kein Finger) nach rot (Finger vor dem Sensor) und wieder schwarz (Finger wieder weg) erfolgt, wird ein Ton gespielt… Die Taster der Lautstärkeregler schonen dann die Nerven der anderen AG-Mitglieder beim Üben…