Roboter mit Scratch programmieren

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Erste Programmiererfahrungen können Kinder mit dem Lernroboter mBot und der Software Scratch sammeln. Neben einfachen Schraub- und Konstruierschritten sowie ersten Erfahrungen beim Programmieren lernen Interessierte auch das Steuern eines Roboters.

Hintergrundinfos zum mBot

Die Idee des mBot startete 2015 mit einem Kickstarter-Projekt. Die Idee war: Kindern und Jugendlichen preiswert zu Lern-Zwecken einen erweiterbaren Roboter zur Verfügung zu stellen und damit die ersten Wege in die Programmierung bereitzustellen. Genau das hat mBot nach dem Finanzierungsprojekt geschafft: Zahlreiche Module, Bauanleitungen und Ideen gibt es bereits.

Der Einstieg in die Programmierung empfiehlt sich für Kinder und Jugendliche ab 9 Jahre. Aber auch Erwachsene, Junggebliebene und Technik-Verrückte haben Spaß damit.

Preise und Lieferkonditionen

Vertrieben und vermarktet wird mBot vom Hersteller Makeblock. Dieser bietet einen Online-Shop, jedoch in englischer Sprache. Zahlreiche Unternehmen sowie Online-Shops vertreiben den Roboter auf dem deutschen Markt, darunter z.B. amazon, robotshop.comreichelt.de, Voelkner oder Eckstein Komponente.

Das Basis-Set

Das Basis-Einsteiger-Set kostet ca 80€ und beinhaltet den grundlegenden Roboter sowie einige Sensoren:

  • Linien-Folge-Sensor: Damit lässt sich der Roboter so programmieren, dass er den beiliegenden (oder selbst gebauten) Parcours abfährt.
  • Ultraschall-Sensor: Dieser Sensor lässt den mBot auf den Abstand zu Wänden o.ä. reagieren.
  • Lichtsensor direkt auf dem Roboter: Um auf Helligkeit (bzw. Dunkelheit) zu reagieren hat der mBot auch einen Lichtsensor.
  • Knopf: Direkt auf dem mBot befindet sich ein drückbarer Knopf.

Weiterhin kann die Basisversion auf unterschiedliche Art und Weisen reagieren:

  • Motoren mit Rädern: Der einfachste (und naheliegendste) ist die Reaktion via Bewegung. Es lassen sich unterschiedliche Richtungen einschlagen indem beide Räder verschieden schnell rotiert werden.
  • LED: Um einfache Ausgaben zu realisieren lässt sich eine LED in verschiedene Farbtönen darstellen.
  • Geräusche: Unterschiedliche einzelne Töne lassen sich via Ausgabegerät für gewisse Zeiträume darstellen.

Weitere Inhalte des Sets:

  • Fernbedienung: Die Fernbedienung hilft den Roboter ohne Programmierung schon fahren zu lassen und auszuprobieren.
  • Weg zu Abfahren: Eine Karte mit schwarzer Linie in Form einer 8 ist mit dabei. Der mBot lässt sich so programmieren, dass man den Weg abfährt.
  • Schraubenzieher: Da der mBot zusammengebaut werden muss ist ein Schraubenzieher mit dabei.

Das Einstiegs-Set kommt in 2 Versionen: mit Bluetooth- oder WLAN-Chip. Damit lässt er sich später z.B. via App oder Rechner steuern. Beim Programmieren hat der Funkchip keinen Einfluss. Weiterhin gibt es die Version 1.1 in 2 verschiedenen Farben: blau oder rosa.

Erweiterung-Sets

Die Stärke des mBot-Systems liegt in seiner Erweiterbarkeit mit Schraubenzieher und den passenden Teilen kann aus dem rollen Roboter eine Spinne, ein Frosch oder gar ein Laserschwert werden. Ein paar interessante Erweiterungssets nenne ich hier:

  • Add-On Pack Interactive Light & Sound: Mit dem Licht- und Geräusche-Erweiterungspack kann z.B. ein Licht-folgender Roboter, ein auf Geräusche-reagierender Skorpion oder die eigene intelligente Lampe gebaut werden. Der Preis liegt bei ca 20€.
  • Add-On Pack Servo-Pack: Um weitere und andere Motoren zu ergänzen empfiehlt sich das Servo-Pack. Damit kann der Roboter sich nicht nur nach vorn und hinten bewegen, sondern bekommt eigenen Arme oder bewegt Kopf und Hinterteil. Preis rund 20€.
  • Add-On Six-legged Robot: Wenn die Roll-Bewegung nach vorn und hinten zu langsam wird kann der mBot als „6-beiniger Roboter“ zu einer Spinne, Frosch oder Heuschrecke. Preis auch hier um die 20€.

Neben diesen Erweiterungen gibt es auch komplett weitere und vollständige Sets. Dazu gehört z.B. ein Roboter mit Greifarm oder ein 3D-Drucker.

Erweiterung durch Einzelteile

Mit unzähligen einzelnen, preiswerten Teilen lässt sich der mBot aus- und weiterbauen. Dazu gehören viele mechanische Bauteile. Ebenso gibt es viele Sensoren und Aktoren:

  • Flame-Sensor: Dieser Sensor reagiert, falls eine Flamme in der Nähe ist. Der Preis liegt bei ca. 3€.
  • Gas-Sensor: Um Gas-Konzentration zu messen lohnt sich der Gas-Sensor. Kosten um 5€.
  • Temperature and Humidity-Sensor: Um Temperaturen oder Luftfeuchte zu messen kann man den mBot mit diesen Sensor erweitern. Preis ca 6€.
  • 7-Segment-Display: Um 4 Ziffern auszugeben gibt es die 7-Segment-Anzeige. Kosten ca 6€.
  • Me 4 Button: Ein einfacher Knopf am Roboter kann immer praktisch sein. Diesen gibts für 3€.
  • Me Joystick: Um einen Knopf zum Bewegen einzubauen benötigt man einen Joystick. Diesen gibt es bereits für ca 4€.
  • Me UNO Shield: Auf dem Roboter lassen sich im Basis-Set gleichzeitig 4 „Geräte“ (wie Sensoren oder Display) einbauen. Um mehr Plätze zu haben muss der mBot mit dem UNO Shield nachgerüstet werden. Damit lassen sich 10 Geräte gleichzeitig anschliessen, der Preis beträgt ca. 7€.

Wie kommt die Software auf den mBot

Um den Roboter zu programmieren hilft das Programm Scratch. Dieses kostenfreie, zur Bildung konzipierte, Programm wird von der Universität Massachusetts entwickelt. Durch einfache, deutsche Blöcke lässt sich Logik konzipieren. Makeblock, die Macher des mBots, haben eine eigene, für den mBot angepasst Version veröffentlich. Diese heißt mBlock.

Auf der Download-Seite der mBlock-Software lässt sich mBlock für den Rechner (mBlock for PC) runterladen. Zu Empfehlen ist die Version 3 (mblock 3), da diese zum größten Teil auf deutsch übersetzt wurde. Weitere Anleitungen auf dieser Seite basieren ebenso auf der Version 3.

Auf der Download-Seite dieser Version muss die eigene Betriebssystem-Version gewählt werden. mBlock gibt es für MacOS, Windows, Chrome OS und Linux. Die Installation folgt in einfachen Schritten.

Ein kurzer Überblick über mBlock

Nach dem Starten der Software mBlock sieht man den Übersichtsbildschirm mit allen Bereichen. Einige Bereiche werden nur benötigt falls mit mBlock die Scratch-Funktionalität genutzt werden soll: Das programmieren von Spielen.

Um mit einer deutschsprachigen Oberfläche arbeiten zu können muss die Sprache umgestellt werden. Dazu wird im Menü am oberen Rand folgendes ausgewählt:

Language > Deutsch

Beim ersten Start muss auch der Arduino-Treiber installiert werden. Damit kann später die selbstgeschriebene Software auf den mBot gespielt werden. Dazu gibt es in den Einstellungen einen Menüpunkt:

Verbinden > Installiere Arduino Treiber

Das grafische Menü (auch Bühne genannt) auf der linken Seite wird nicht benötigt. Dies lässt sich (falls es stört) ebenso ausblenden:

Bearbeiten > Verstecke Bühne

Der mBot wird einfach via USB-Kabel verbunden. Zum erfolgreichen Erkennen mit der Software muss der Roboter gestartet werden. Dann wird er via Menü verbunden:

Verbinden > Serieller Port > COMx

Der korrekte Anschluss unterscheidet sich je nach Rechner und bereits angeschlossenen Geräten. So können dort alle Ports zwischen COM1 bis COM10 aufgelistet sein.
Falls der Rechner (und der mBot) Bluetooth oder WLAN haben kann der Roboter auch kabellos verbunden werden.

Das erste Programm

Programme werden aus den Blöcken der vertikalen Leiste „zusammengepuzzelt“. Ein kleines Beispiel-Programm sieht man in folgendem Bild. Es lässt die LEDs erst rot, dann grün leuchten. Dies wiederholt sich, mit einer Pause von jeweils 1 Sekunde, immerwieder.

Wichtige, immer wieder zu benutzende, Blöcke sieht man auf den ersten Blick.

  • mBot Programm: Dieser Block zeigt den Beginn des Programms.
  • wiederhole fortlaufend: Ein Wiederholungsblock sollte um das komplette Programm herum gebaut werden. Damit wird sichergestellt, dass die Anwendung nicht einfach beendet wird. Es läuft immer weiter.

Brenn: Das Programm auf den mBot

Um das Programm auszuprobieren kann man es mit einem Doppel-Klick auf mBot Programm ausprobieren. Falls man mehrere mBot Programm-Blöcke hat kann man die komplette Entwicklung auf den Roboter spielen. Dazu folgende Option wählen:

Verbinden > Upgrade Firmware

Für diesen „Testmodus“ muss das Kabel jedoch angeschlossen bleiben. Um das Programm ohne Kabel auf dem Roboter auszuprobieren muss es final auf den mBot zu „gebrannt“ werden. Dies kann immer wiederholt werden. Wir brauchen dafür den Arduino-Modus . Dieser Modus ist im Bearbeiten-Bereich versteckt

Bearbeiten > Arduino-Modus

Auf der rechten Seite öffnet sich der Arduino-Quellcode. Dieser C-Code wird auf das Board gebrannt. Dazu einfach den Schalter Upload zum Arduino betätigen.

 

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