LEGO®-Roboter – Bauen und programmieren mit LEGO® Mindstorms® NXT 2.0

Ein Thema wird eigentlich immer genannt, wenn ich die Kinder frage, was wir einmal zusammen erforschen sollen: Roboter. Da ich früher selbst im Bereich „Mobile Roboter“ unterwegs war, reizt auch mich dieses Thema sehr.

LEGO® MINDSTORMS® NXT
Dank der Firma LEGO® gibt es die Möglichkeit, auch mit Kindern Roboter zu bauen und zu programmieren. Die aktuelle Version ist der LEGO® Mindstorms® NXT 2.0-Baukasten, der alles enthält, was man zum Roboterbauen braucht. Er kostet leider auch stolze 260.- EUR und eigentlich sollte man sich den Akku plus Ladegerät gleich dazu kaufen (es kommen also noch mal 80.- EUR drauf).
Die im Baukasten enthaltene Anleitung und die Softwaredokumentation sind aber leider nicht besonders gelungen, um damit Forscherstunden für Kinder vorzubereiten. Die Einstiegshürden, um mehr als die beschriebenen Modelle zu bauen, sind meiner Meinung nach zu hoch angesetzt.
Aber es gibt Licht am Horizont, das Buch:

LEGO®-Roboter
Bauen und programmieren mit LEGO® Mindstorms® NXT 2.0
von Laurens Valk
ca. 290 Seiten
ISBN 978-3-89864-747-2
ca. 25.- EUR

Obwohl das Buch komplett in schwarz-weiß gehalten ist, sind alle Details in Bauplänen und Screenshots bestens zu erkennen.

Teil I: Die ersten Schritte
Im ersten Kapitel beschreibt Valk kurz alle Teile, die in der LEGO NXT 2.0-Kiste enthalten sind. Alle im Buch beschriebenen Roboter lassen sich auch damit bauen. Es folgt noch der Hinweis, dass ein Akku sinnvoll sei. Für Forscherkurse meiner Meinung nach sogar unverzichtbar.

Eine perfekte Basis-Konstruktion
Im nächsten Kapitel folgt die Bauanleitung für den ersten Roboter mit drei Rädern. Diese Bauart ermöglicht die einfachste Art der Bewegung und Richtungssteuerung: eine „Panzer“-Lenkung, d.h. beide Antriebsräder besitzen einen eigenen Motor und hinten ist ein Pendelrad angebracht. LEGO unterstützt diese Lenkweise auch perfekt in der Programmierumgebung.

Schritt für Schritt
Valk startet mit der Materialliste und läßt dann eine Schritt-für-Schritt-Bauanleitung (inkl. allgemeiner Bautipps) folgen.
An dieser Stelle ein kleiner Verbesserungsvorschlag: längere Radachsen für die Antriebsräder nehmen, jeweils durch die Motoren durchstecken und auf der anderen Seite mit einem Lochbalken gegenlagern.
Dieser Roboter ist die perfekte Basis für einen gesamten Forscherkurs über mehrere Stunden. Die verschiedenen LEGO-Sensoren können später sehr einfach und sogar gleichzeitig montiert werden. Sehr praktisch.

Die Software NXT-G
Im dritten Kapitel wird der grundsätzliche Umgang mit der LEGO-Software NXT-G beschrieben und die Software-Oberfläche ausführlich vorgestellt. Ganz am Ende wird auch die eingebaute „Fernsteuerung“ beschrieben. Der Roboter läßt sich ganz einfach (direkt über die Pfeiltasten der Tastatur) über den Computer steuern. Am besten ist der Roboter dabei nur über Bluetooth mit dem PC verbunden. Ein absoluter Renner für die erste Experimentierstunde mit Lego-Robotern.

Erste Programmierschritte
Anschließend wird der Programmblock „Bewegung“ sehr ausführlich mit allen Einstellmöglichkeiten erläutert. Nicht nur die Programme (grafische Blöcke sind als Screenshot enthalten), sondern auch die Einstellungen jedes Blocks werden genau beschrieben.
Valk stellt dazu Entdeckungsaufgaben in den Kategorien „leicht“, „mittel“ und „schwierig“. Seine Einschätzungen sind treffend und die Aufgaben somit sehr gut in den Kurs zu übernehmen.
Es folgt die Beschreibung des „Klangblocks“. Die Kinder haben einen Riesenspaß, den Roboter Musik und Geräusche machen zu lassen oder ihn sogar sprechen zu lassen.
Den Abschluß bilden weitere Ideen zum Erforschen und Ausprobieren, sowohl weitere Entdeckungsaufgaben als auch Bauaufgaben. Perfekt.

Im nächsten Kapitel geht es langsam ans Eingemachte. Die grundlegenden Programmiertechniken „Warten auf …“, „Schleife“ (einfach unverzichtbar) und „Parallele Abfolge von Programmteilen“ werden ausführlich und mit Beispielaufgaben eingeführt.

Teil II: Roboter mit Sensoren entwickeln
Jetzt nehmen die Roboter auch Kontakt mit der Außenwelt auf, es folgt der Einstieg in die Welt der Sensoren. Warum Valk ausgerechnet mit dem Ultraschallsensor beginnt, ist mir zwar ein Rätsel, aber er erklärt prima die Funktionsweise und liefert wie gewohnt kleine Programme mit. Im gleichen Kapitel führt er auch noch die wichige Programmierfunktion des „Schalters“ ein.

Jetzt kommt Leben in die Roboter
Ich starte in meinen Kursen lieber mit den Tastsensoren. Diese sind den Kindern von der Funktion sofort verständlich und somit leicht einsetzbar. Im Buch folgen diese Sensoren erst im nächsten Kapitel. Mittels der Berührungssensoren (inkl. natürlich der Einbauanleitung) zeigt Valk u.a. die kleine Aufgabe, wie der Roboter Hindernissen ausweicht. Zum Abschluß erklärt er auch noch den Farbsensor und kleine Programme, um z.B. einer Linie zu folgen oder innerhalb einer Markierung zu bleiben.

Es passt eine Menge auf 85 Seiten…
Inklusive der ganzen Entdeckungsaufgaben bieten diese ersten 85 Seiten mehr als genug Stoff für einen Roboter-Einsteiger-Kurs für Kinder.
Aus dem nächsten Kapitel übernehme ich allerdings gerne noch die Konstruktion einer Abschussvorrichtung für LEGO-Kugeln. Die Kinder sind absolut begeistert, wenn der Roboter mittels Bauteilen aus der Bionicle-Serie Kugel abfeuern kann. Die Bauteile dazu sind übrigens auch alle im NXT 2.0-Baukasten enthalten!

LEGO-Roboter für Fortgeschrittene
In den weiteren Kapitel stellt Valk u.a. noch einen „Krabbelroboter“ auf Beinen vor und in Teil III folgen dann fortgeschrittene Programmiertechniken wie z.B. Datenleitungen, Datenblöcke (Mathe, Zufall, Vergleichen, Logik) sowie Variabeln und Konstanten.
Teil IV gehört ziemlich ausgefallenen Roboterkonstruktionen: Ein Greifroboter mit cooler Mechanik, ein LEGO-Stein-Sortierer und ein Kamin-Kletterroboter.
Ganz am Ende folgt noch ein kurzes Kapitel zur Fehlersuche z.B. bei Verbindungsproblemen zwischen Roboter und Computer.

Meine Zusammenfassung/Bewertung:
Diese Buch ist natürlich kein typisches Experimente-Buch, daher gibt es hinter den einzelnen Punkten jeweils einen kurzen Kommentar.
(hier gibt es eine Erläuterung der Kategorien und eine Übersichtsliste)

  1. Materialaufwand: 5 von 5 Punkten
    (da nur Teile aus dem NXT-Baukasten werden verwendet)
  2. Versuchsbeschreibung: 5 von 5 Punkten
    (sehr ausführliche Erläuterungen, inkl. Screenshots)
  3. Praxistauglichkeit: 5 von 5 Punkten
    (sogar auf mögliche Fehlerquellen wird hingewiesen)
  4. Erklärung: 5 von 5 Punkten
    (inkl. Einführung in die Programmierung / Robotertechnik)
  5. Grafiken/Fotos: 5 von 5 Punkten
    (zwar nur in SW, aber vollständige und kommentierte Screenshots)
  6. Alltagsbezug: 3 von 5 Punkten
    (leider sind die LEGO-NXTs sehr teuer, die Kinder können aus den Kursen nichts mit nach Hause nehmen. Das „Verstehen“ von Programmabläufen ist aber klasse)
  7. Originalität: 5 von 5 Punkten
    (tolle Roboterbasiskonstruktion, leicht durch Sensoren aufzurüsten)
  8. Bonus/Malus: +5 von +/-5 Punkten
    (Hut ab, toll geschrieben, erklärt und dokumentiert)
    Summe: 38 von 40 möglichen Punkten

Fazit: Das beste Buch für den Einstieg in die Welt der LEGO-Roboter. Ideal für die Vorbereitung von einem Roboter-Forscherkurs! Aber auch fürs Weitermachen perfekt geeignet. Für den Sommer 2012 ist ein weiters Buch von Laurens Valk angekündigt. Ich habe es schon vorbestellt ;-)