"In der Schule des Lebens bleibt man stets ein Schüler."

[Christine von Schweden, 1626-1689]

Inhalte

Unser Angebot umfasst verschiedene Robotik-Schülerkurse, die hauptsächlich Schüler der Mittel- und Oberstufe ansprechen. Je nach Alter der jeweiligen Schülergruppe können verschieden komplexe Aufgaben und Experimente mit Lego-Mindstorms-Robotern durchgeführt werden. Die Programmierumgebung umfasst dabei je nach Kenntnisstand entweder die einfache grafische Umgebung von Lego oder anspruchsvollere Methoden wie C oder Java. Schüler der Oberstufe mit Informatikkenntnisse können sogar Teile einer Steuerungssoftware für einen autonomen mobilen Roboter entwickeln. Des Weiteren werden regelmäßig Einstiegskurse an den jährlich stattfindenden Schülerinnen- und Technotagen durchgeführt, die Interesse für das umfangreichere Kursangebot wecken sollen.

Die Kurse finden hauptsächlich als Kompaktveranstaltungen an der TU Kaiserslautern statt und sind auf rund 16 Schüler begrenzt, die dann in kleinen Teams von zwei bis vier Schülern zusammenarbeiten. Der zeitliche Rahmen für die Durchführung der verschiedenen Versuche kann von einem Tag bis zu einer Woche reichen. Zusätzlich stellen wird den Schulen Materialien wie Lego-Mindstorms-Kästen und Laptops zur Verfügung, um im Rahmen des Unterrichts oder einer AG über einen längeren Zeitraum und unterrichtsbegleitend entsprechende Kenntnisse zu erarbeiten und zu vertiefen. Bei der Durchführung der Kurse sind wissenschaftliche und studentische Mitarbeiter der TU Kaiserslautern beteiligt, die basierend auf vorhandenem Aufgabenmaterial und in Zusammenarbeit mit Lehrern Kursinhalte für verschiedene Altersstufen zusammengestellt haben.

In den bisher durchgeführten Kursen stand die Interaktion der Roboter mit der Umwelt im Vordergrund. Das bedeutet, dass die Lego-Mindstorms-NXT-Systeme über Tast- oder Lichtsensoren ihre Umwelt wahrnehmen und dann entsprechend reagieren. Dazu gehören Roboter, die über Tastsensoren feststellen, ob sie gegen ein Hindernis gestoßen sind und dann entsprechend ausweichen. Intelligentere Systeme, die mit Licht- oder Ultraschallsensoren ausgerüstet sind, können mit deren Hilfe einer schwarzen Linie folgen und so ein aufgemaltes Labyrinth durchqueren [Video RCX-Roboter (13,5 MB)] oder auch den Weg durch ein Labyrinth mit festen Wänden finden [Video NXT-Roboter (9,5 MB)].

Neben der Programmierung liegt ein weiterer Schwerpunkt der Kurse in der Einführung in unterschiedliche Sensortechnologien wie beispielsweise Infrarot- und Ultraschallsensoren, Taster oder Kamerasysteme. Vor allem der Erkenntnisgewinn, dass mit Sensoren die Umwelt nur unvollständig und teilweise fehlerbehaftet wahrgenommen wird, führt zu einem besseren Gesamtverständnis von Sensor-Aktor-Systemen. Neben den fachlichen Inhalten werden in den Kursen auch organisatorische und didaktische Grundlagen vermittelt, um die Schüler besser auf eigenständiges Arbeiten und wissenschaftliche Herangehensweisen vorzubereiten.

Schnupperkurse

Im Rahmen der jährlich stattfindenden Schülerinnen- und Technotage der TU Kaiserslautern bieten wir regelmäßig Einstiegskurse an. An diesen Veranstaltungen können Schülerinnen und Schüler aller Altersklassen an einem zweistündigen Kurs teilnehmen, der einen Einstieg darstellen und das Interesse für das umfangreichere Kursangebot wecken soll.

Inhalte der Schnupperkurse sind verschiedene vorgegebene Lego-Mindstorms-Roboter, für die abhängig von den montierten Sensoren und Aktoren Steuerprogramme beispielsweise zum Linienfolgen oder Hindernisausweichen entworfen und getestet werden sollen. Grundlage ist die leicht zu erlernende und sehr intuitive Programmierumgebung von Lego, die auf dem Bausteinprinzip beruht. Auch ohne Programmierkenntnisse kommen die Schüler schnell mit der Struktur zurecht und können in kurzer Zeit verschiedene Experimente durchführen.

Schülerkurse

Stehen ein oder mehrere Tage zur Verfügung, besteht die Möglichkeit, umfangreichere Programme zu entwickeln. Für Schüler der Mittelstufe ohne Programmierkenntnisse empfiehlt sich auch hier (wie bei den Schnupperkursen) die Verwendung der grafischen Programmierumgebung von Lego Mindstorms. Allerdings werden die Aufgaben erweitert und beispielsweise eine Labyrinthfahrt durchgeführt.

Verfügen die Schüler bereits über Vorkenntnisse, bieten sich herkömmliche Programmiersprachen wie C oder Java an. Vor allem die direkte Programmierung in Java mit Hilfe der kostenlosen LeJos-Firmware bietet vielfältige Möglichkeiten.

Oberstufenkurse und Ferienkurse

Ein in den letzten Jahren mehrmals durchgeführtes Roboterpraktikum hatte den Aufbau und die Programmierung von autonomen Gabelstapler-Roboter als Ziel. Die Studenten mussten dann in einem direkten Wettbewerb ihre Roboter gegeneinander antreten lassen und rote Lastobjekte autonom erkennen und einsammeln. Zur Fortbewegung steht dem Gabelstapler-Roboter ein Differentialantrieb zur Verfügung, so dass er sich auch auf der Stelle drehen kann. Auf der Sensorseite verfügt der Roboter über bis zu acht Infrarotsensoren, mehrere Taster und eine Webcam. Nähere Informationen, Bilder und Videos finden Sie auf der Roboterseite.

Schülern der Oberstufe, die bereits Informatikkenntnisse besitzen, bieten wir neben den Lego-Mindstorms-Robotern auch die Möglichkeit, in einer sogenannten integrierten Entwicklungsumgebung Teile einer Steuerungssoftware für den autonomen mobilen Gabelstapler-Roboter zu entwickeln. Dieser Kurs behandelt Navigationsaufgaben wie Punktanfahrt oder das klassische Wandfolgen, die sowohl in der 3D-Simulation als auch auf dem realen Fahrzeug getestet werden können. Die Programmierung erfolgt mit der Sprache C/C++ unter Mitwirkung eines wissenschaftlichen Mitarbeiters, der den Kursteilnehmern Hilfestellung bietet.

Für diese Kurse empfiehlt sich eine Mindestdauer von drei Tagen, da die Aufgaben mehr Zeit als in den anderen Kursen benötigen. Dafür erhalten die Schüler einen tiefen Einblick in aktuelle Roboterforschung und konkrete Anwendungen.