Leseproben
Bernhard Löwenstein Lion Enterprises

Die Beschäftigung mit LEGO Mindstorms EV3 kann süchtig machen. Da wird hier noch etwas am Modell umgebaut, dort noch etwas dazuprogrammiert, und ehe man sich versieht, ist es auch schon weit nach Mitternacht.

Mit der Mindstorms-Reihe bietet LEGO seit mittlerweile fast drei Jahrzehnten Roboterbaukästen für Technikinteressierte an. Das im September 2013 veröffentliche EV3-Set ist die aktuelle Version. Der Artikel gibt eine technologische Einführung und zeigt, wie man die EV3-Roboter mit Java programmiert.

Was 1932 mit der Herstellung von Holzspielzeug durch einen dänischen Tischlermeister begann, setzte in den darauffolgenden Jahrzehnten zu einem nicht enden wollenden Siegeszug an, der bis heute anhält. Statt Holz wird zwar seit 1949 Kunststoff verwendet, der Name des Unternehmens besteht aber seit 82 Jahren: LEGO. Seit vielen Generationen bauen Kinder und Erwachsene damit rund um den Globus mehr oder weniger phantasievolle Gebilde zusammen.

Das LEGO-Imperium umfasst aber nicht mehr nur einfache Plastiksteine. Mit der Mindstorms-Baukastenserie bietet der dänische Konzern seinen kleinen und großen Fans auch programmierbare Elemente. Das Besondere dabei ist, dass diese speziellen Komponenten nahtlos mit den restlichen LEGO-Steinen kombiniert werden können und sich so unterschiedliche Roboter konstruieren lassen. Wie man diese mit der Java-Schnittstelle leJOS EV3 programmiert, erfahren Sie nach einer kurzen technologischen Einführung.

EV3-Hardware im Überblick

LEGO Mindstorms EV3 ist in zwei verschiedenen Editionen verfügbar: der Home Edition und der Education Edition (Abb. 1). Die beiden Pakete unterscheiden sich durch die im Lieferumfang enthaltenen Teile. Jedes Set enthält neben einer großen Zahl an LEGO-Technikelementen einen programmierbaren Mikrocontroller, an den sich verschiedene Aktoren und Sensoren anschließen lassen. Ganz der LEGO-Philosophie folgend, können mit einem solchen Baukasten unterschiedliche Roboter konstruiert werden. Die große Zahl an Variationsmöglichkeiten trägt maßgeblich zur Faszination bei.

Abb. 1: Der EV3RSTORM ist ein Standardmodell der EV3-Generation

Abb. 1: Der EV3RSTORM ist ein Standardmodell der EV3-Generation

Das Herzstück des Systems ist der programmierbare EV3-Stein. In ihm steckt ein ARM9-Prozessor, der mit 300 MHz läuft und auf 64 MB Arbeitsspeicher und 16 MB Flash-Speicher zurückgreifen kann. Als Betriebssystem kommt Linux zum Einsatz. Sechs AA-Batterien versorgen den Mikrocontroller mit Energie. Als Alternative lässt sich ein Akkumodul verwenden, das allerdings nur Bestandteil der Education Edition ist. Auf dem EV3-Stein finden sich weiterhin ein monochromes LCD mit einer Auflösung von 178 x 128 Pixel sowie mehrere Navigationsknöpfe, die sich bei Bedarf genauso wie das Display programmieren lassen. Ein Lautsprecher komplementiert den Baustein. Für den Anschluss von Aktoren stehen vier Ausgangsports (A bis D) zur Verfügung, für Sensoren bietet er vier Eingänge (1 bis 4). Wer damit nicht auskommt, kann per USB-Kabel zwei oder mehr EV3-Steine miteinander verketten und aus seinem Programm heraus auf die Aktoren und Sensoren der mit dem Hauptstein verketteten EV3-Steine zugreifen. LEGO spricht in diesem Zusammenhang vom Reihenschaltungsmodus. Zum Transfer des Programms vom Computer auf den Baustein stehen USB und Bluetooth bereit. Weiterhin lässt sich an den USB-2.0-Anschluss ein WiFi-Dongle zur WLAN-Kommunikation anschließen, der aber gesondert erworben werden muss. Ergänzt wurde außerdem ein Micro-SD-Kartenleser, dank dem der Speicherplatz auf bis zu 32 GB erweitert werden kann (Abb. 2).

Abb. 2: Die Motoren und Sensoren lassen sich über Kabel mit dem EV3-Stein verbinden

Abb. 2: Die Motoren und Sensoren lassen sich über Kabel mit dem EV3-Stein verbinden

Als Aktoren sind dem Baukasten zwei große und ein mittlerer Servomotor mit integriertem Rotationssensor beigepackt. Hinsichtlich der Sensoren kann der Nutzer bei der Home Edition auf einen Infrarotsensor inklusive Fernsteuerung, einen Farbsensor und einen Berührungssensor zurückgreifen. Bei der Education Edition gibt es einen Ultraschallsensor, einen Farbsensor, einen Gyrosensor und zwei Berührungssensoren. Der Infrarotsensor lässt sich genauso wie der Ultraschallsensor für Abstandsmessungen nutzen. In Kombination mit der Fernsteuerung bietet erstgenannter aber noch zwei weitere Modi: Einerseits kann man die Lage des Sensormoduls in Bezug auf die Fernsteuerung abfragen und andererseits über die Fernsteuerung verschiedene Steuerbefehle an den Roboter senden. Der Farbsensor identifiziert Farben, der Gyrosensor registriert Drehbewegungen und der Berührungssensor reagiert auf Druckkontakte. Wer mit diesen Bauteilen nicht auskommt, kann das Erweiterungsset erwerben. Reicht das immer noch nicht aus, kann man bei Fremdanbietern weitere Hardware dazukaufen. Auch verschiedene Aktoren und Sensoren, die eigentlich für NXT 2.0 entwickelt wurden, sind mit der EV3-Version weiterhin nutzbar.

Den vollständigen Artikel lesen Sie in der Ausgabe:

Java Magazin 3.17 - "Kotlin"

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579765751Mit dem LEGO Roboterbaukasten EV3 und Java Kindheitsträume erfüllen
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