Robotik · Klasse 7
Du steuerst Motoren mit wiederholbaren Abläufen, lässt ein Fahrzeug auf Hindernisse reagieren und findest Fehler mit einem systematischen Testplan.
Von der Wiederholung zum selbstständig reagierenden Fahrzeug
Du planst Bewegungen, setzt sie im Arduino-Simulator um und verbesserst das Verhalten mit gezielten Testfällen statt durch zufälliges Ausprobieren.
Wiederholen
Schleifen
Schleifen wiederholen Befehle. Eine Zählschleife eignet sich für eine bekannte Anzahl, eine dauerhafte Schleife für Abläufe, die ständig weiterlaufen sollen.
Lass eine LED genau fünfmal blinken. Verändere anschließend Anzahl und Blinktempo, ohne Befehle zu kopieren.
Wenn ihre Abbruchbedingung nie erreicht wird oder sie andere notwendige Reaktionen zu lange blockiert.
Antreiben
Motorsteuerung
Ein Motortreiber versorgt Motoren mit ausreichend Strom und setzt Steuersignale um. Zwei Richtungssignale bestimmen vorwärts, rückwärts oder Stopp; ein Taktsignal kann das Tempo regeln.
Plane Signale für vorwärts, rückwärts, links, rechts und Stopp bei einem Fahrzeug mit zwei Motoren. Setze zunächst einen Motor im Simulator um.
Ein Motor benötigt meist mehr Strom und erzeugt Störungen. Der Motortreiber schützt die Steuerung und übernimmt die Leistung.
Ordnen
Zustände
Ein Zustand beschreibt eine aktuelle Betriebsart, etwa STOPP, VORWÄRTS oder DREHEN. Ereignisse und Bedingungen lösen einen eindeutigen Wechsel zum nächsten Zustand aus.
Zeichne ein Zustandsmodell für ein Fahrzeug: starten, drei Sekunden fahren, rechts drehen und anhalten. Ergänze Auslöser für jeden Wechsel.
Der Ablauf wird verständlicher, Übergänge lassen sich einzeln prüfen und widersprüchliche Motorbefehle fallen schneller auf.
Reagieren
Abstandssensor
Ein Ultraschallsensor bestimmt den Abstand aus der Laufzeit eines Schallsignals. Das Programm vergleicht den Messwert mit einer Grenze und wechselt passend den Fahrzustand.
Formuliere den Ablauf: über 20 cm vorwärts, zwischen 10 und 20 cm langsam, unter 10 cm stoppen und ausweichen. Prüfe die Grenzwerte 9, 10, 20 und 21 cm.
Ein neues Hindernis kann links stehen. Die Reaktion braucht eine Zeitbegrenzung, eine erneute Messung oder eine alternative Richtung.
Untersuchen
Fehlersuche
Fehler können in Verkabelung, Versorgung, Messung, Programm oder Ablauf liegen. Eine gute Fehlersuche prüft immer nur eine Vermutung und hält Erwartung und Ergebnis fest.
Das Fahrzeug fährt nur im Kreis. Erstelle eine Prüfreihenfolge für Batterie, Kabel, einzelne Motoren, Steuersignale und Programm. Begründe die Reihenfolge.
Nur dann lässt sich erkennen, welche Änderung das beobachtete Ergebnis verursacht hat.
Absichern
Teststrategie
Ein Testplan verbindet Ausgangslage, Eingabe, erwartetes Verhalten und Beobachtung. Er umfasst Normalfälle, Grenzfälle, Störungen und Wiederholungen.
Erstelle acht Testfälle für das Hindernisfahrzeug: freie Strecke, verschiedene Abstände, schräges Hindernis, enge Ecke, fehlendes Sensorsignal und Neustart.
Wenn das vorher festgelegte erwartete Verhalten unter den beschriebenen Bedingungen beobachtet wurde.
Abschlussprojekt
Entwickle ein Fahrzeug mit zwei Motoren und Abstandssensor. Es bewältigt eine festgelegte Strecke, erkennt Hindernisse und führt eine sichere Ausweichreaktion aus.