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Das duale Studium an der TU Hamburg
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LEGO® NXT

NXT


Einleitung

Der NXT ist ein intelligenter, programmierbarer Baustein der Firma LEGO®. Der Baustein ähnelt dem RCX Baustein. Der NXT besitzt im Gegensatz zum älteren Modell (RCX) vier Ein- und drei Ausgänge. Der Stein ist das „Gehirn“ des Roboters, verfügt über einen leistungsstarken 32-Bit-Mikroprozessor, Flash Memory und unterstützt sowohl Bluetooth als auch USB 2.0.

Technik

Der Mikroprozessor (ARM7TDMI) ist ein Low-End-Modell der ARM-Familie und wird vor allem als Komponente für Handys und andere portable Kommunikations- oder Multimediageräte verwendet. Außerdem wird er im Game Boy Advance und in weiteren Nintendo-Komponenten verbaut. Die ARM-CPU ist eine RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computing) und kennt als solche lediglich drei Kategorien von Befehlen:

  • Befehle zum Zugriff auf den Speicher (Load/Store)
  • arithmetische oder logische Befehle auf Werte in Registern (UND,ODER)
  • Befehle zum Ändern des Programmflusses (Sprünge, Subprogrammaufrufe)

Dies ermöglicht meist ein schnelleres Reagieren auf Unterbrechungen (Interrupts) durch externe Signale. So prädestiniert sich diese Prozessorkategorie für Aufgaben mit Echtzeitanforderungen.

Mit dem Ultraschallsensor kann der Roboter Entfernungen einschätzen und „sehen“, wo sich Gegenstände befinden. In Verbindung mit dem NXT Stein kann der Ultraschallsensor Gegenstände erkennen und den Abstand in Zoll oder Zentimeter messen.
Als Ultraschall bezeichnet man Schall mit Frequenzen, die oberhalb des vom Menschen wahrgenommenen Bereiches liegen, etwa zwischen 25 kHz und 1 GHz. Schall mit noch höherer Frequenz wird als Hyperschall bezeichnet, bei Frequenzen unterhalb des für Menschen hörbaren Frequenzbereichs spricht man dagegen von Infraschall.
Zur Erzeugung von Ultraschall in Luft eignen sich Lautsprecher (insbesondere Piezolautsprecher), d. h. membrangekoppelte Platten aus piezoelektrischem Material, die durch Umkehr des Piezo-Effekts zu Schwingungen angeregt werden.
Ultraschall in Flüssigkeiten und Festkörpern wurde früher durch Wandler erzeugt, die sich Echolote nennen. Heute verwendet man dazu Quarz- oder Keramikschwinger. An diese wird eine Wechselspannung angelegt.

Mit dem Lichtsensor kann der Roboter zwischen hell und dunkel unterscheiden und die Helligkeit in einem Raum messen bzw. die Lichtintensität verschiedener Farben bestimmen (siehe RCX).

 

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Ausstattung

Das handelsübliche NXT-Set beinhaltet (bei uns im Kurs vorhanden):

  • 519 Lego-Technik Bauteile
  • Sensoren (Ultraschall-, Licht-, Tastsensoren)
  • 3 Servomotoren (+ eingebauter Rotationssensor)
  • USB-Kabel
  • Anschlusskabel
  • Erweiterungen: Infrarot-Sucher, Infrarot-Sensor, Kreisel-Sensor, Farbsensor

 

Programmierung

Die Programmierung des NXT kann unter anderem in der objektorientierten Programmiersprache Java erfolgen. Dafür eignet sich zum Beispiel die Entwicklungsumgebung Eclipse. Eclipse ist ein beliebtes Open-Source Projekt, welches viele hilfreiche Werkzeuge zur Programmierung bietet (Download Eclipse).