ROBOTICA IN HET ONDERWIJS

MOGELIJKHEDEN EN IDEEËN

Verslag van Z.A. Grave (Bert); S1070706

januari 2016

Lerarenopleiding VO 2e graad Techniek, Hogeschool Windesheim

2

Titel: ROBOTICA IN HET ONDERWIJS

Subtitel: MOGELIJKHEDEN EN IDEEËN

Onderwijseenheid: Techniek- meesterstuk; VT1

Begeleidend docent: dhr. Koop van Setten

Foto voorkant: Geconcentreerde leerlingen bij de start van een wedstrijd op de regiofinale van de First Lego League Zwolle 2014 (eigen foto).

3

VOORWOORD

In verband met mijn opleiding heb ik een onderwijskundig onderzoek onder leraren, die technieklessen verzorgen, gedaan. Uit dit onderzoek, is gebleken, dat er behoefte is aan deskundigheidsbevordering op gebied van nieuwe technologieën. Daarbij gaat het om zaken als 3D-printen, lasersnijden, programmeren en robotica. Ik heb er voor gekozen om voor robotica uit te gaan zoeken wat de mogelijkheden zijn voor het onderwijs. Voor 3D-printen heb ik in het kader van mijn bedrijfsstage al eerder lesmateriaal ontwikkeld: “Tekenen met SketchUp 8, ontwerpen voor het 3D-printen.” (verkrijgbaar bij mijn stagebedrijf AMR Europe)

Ik dank hierbij docent Koop van Setten voor de begeleiding, mede-studenten Karel Leemreize en Lily Tromp voor de waardevolle feedback en Merel Collenteur van CMA voor de mogelijkheid om de robot mOway nader te onderzoeken.

4

INHOUDSOPGAVE

VOORWOORD ........................................................................................................................ 3

INLEIDING ............................................................................................................................... 5

HOOFDSTUK 1 ROBOTS VOOR HET ONDERWIJS .................................................................. 6

PARAGRAAF 1.1 LEGO Mindstorms NXT ........................................................................... 6

PARAGRAAF 1.2 LEGO Mindstorms EV3 ........................................................................... 7

PARAGRAAF 1.3 Edison ..................................................................................................... 8

PARAGRAAF 1.4 mOway ................................................................................................... 9

PARAGRAAF 1.5 Zelfbouwrobot ..................................................................................... 10

PARAGRAAF 1.6 Vergelijking van de robots ................................................................... 11

HOOFDSTUK 2 LESMATERIAAL ............................................................................................ 13

PARAGRAAF 2.1 Lesmateriaal voor de NXT .................................................................... 13

PARAGRAAF 2.2 Lesmateriaal voor de EV3..................................................................... 13

PARAGRAAF 2.3 Lesmateriaal voor de Edison ................................................................ 13

PARAGRAAF 2.4 Lesmateriaal voor de mOway .............................................................. 14

PARAGRAAF 2.5 Lesmateriaal voor de zelfbouwrobot ................................................... 14

HOOFDSTUK 3 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN .............................................................. 15

BRONVERMELDING .............................................................................................................. 16

BIJLAGE 1 Lesmateriaal voor de NXT .................................................................................. 17

BIJLAGE 2 Lesmateriaal voor de EV3 ................................................................................... 25

BIJLAGE 3 Lesmateriaal voor de Edison .............................................................................. 33

5

INLEIDING

Het doel van dit meesterstuk is te onderzoeken welke robots geschikt zijn om in het onderwijs te bouwen en te programmeren. Het gaat daarbij om leerlingen uit de bovenbouw van het PO en de onderbouw van het VO. Er zijn heel veel vormen, zoals robotarmen, sorteerrobots bij lopende banden en rijdende robots. Ik heb er voor gekozen mij te beperken tot relatief eenvoudige, zelfstandig rijdende robots met één of een paar sensoren en één of een paar uitvoerende functies. Deze keuze is gemaakt, omdat gebleken is dat dit type robots goed te hanteren is voor leerlingen en zeer motiverend werken. Het grote aantal enthousiaste deelnemers aan de First Lego League is volgend mij een goed bewijs voor (zie ook foto voorzijde verslag).

Om er voor te zorgen dat docenten, die technieklessen verzorgen, kennis kunnen nemen van de resultaten van mijn onderzoek, heb ik een website gemaakt: http://robots2.webnode.nl . Deze website zal ik proberen te promoten via het magazine “Terugkoppeling” (voor techniekdocenten van de vakvereniging Nederlandse Vereniging voor het Onderwijs in de Natuurwetenschappen NVON) en “Vives” (tijdschrift over ICT in het onderwijs).

In hoofdstuk 1 worden vijf types rijdende robots en bijbehorende software besproken. Dit hoofdstuk wordt afgesloten met een vergelijking van deze robots.

In hoofdstuk 2 worden een aantal voorbeelden van lesmateriaal gegeven per robot. In de bijlagen zijn enkele producten opgenomen.

In het derde hoofdstuk staan conclusies en aanbevelingen voor robotica in het onderwijs.

Ik wens u veel leesplezier! En vergeet niet ook de website te bezoeken!

6

HOOFDSTUK 1 ROBOTS VOOR HET ONDERWIJS

Voor het onderwijs zijn er diverse robots verkrijgbaar. Voor dit onderzoek vergelijk ik de volgende systemen: LEGO Mindstorms NXT, LEGO Mindstorms EV3, Edison, mOway en een zelfbouwrobot op basis van Arduino. Ze worden vergeleken op gebruiksvriendelijkheid, technische en educatieve mogelijkheden en prijs. In de volgende paragrafen worden elk van de vier robots besproken. Vervolgens wordt een onderlinge vergelijking gemaakt.

PARAGRAAF 1.1 LEGO Mindstorms NXT

In 1998 startte LEGO met Mindstorms. Allereerst werd de RCX als hart van het systeem gelanceerd. In 2006 volgde de NXT en in 2009 de NXT 2.0 (bron: (LEGO, sd) en (RonnieV, 2015)). Robotica als educatief materiaal en als speelgoed bestaat dus nog maar 17 jaar.

De NXT-steen is de eigenlijke computer van het systeem. Op de NXT zit een scherm en een aantal knoppen voor de bediening. Er zitten vier ingangen op, waaraan losse sensoren aangesloten kunnen worden. Mogelijke sensoren zijn: tastsensor, geluidssensor, lichtsensor, kleurensensor en de ultrasone sensor (afstand bepalen). Verder zitten er drie uitgangen op de NXT, waaraan drie motoren aangesloten kunnen worden. De communicatie met de PC gaat via een USB-B-kabel (een zgn. printerkabel).

Rond de NXT-steen kunnen diverse robots gebouwd worden. In figuur 1 enkele door LEGO ontworpen voorbeelden hiervan. Ook kunnen eigen modellen ontworpen worden.

Besturing van de NXT-robots gaat via een afstandsbediening, app of door middel van programmering. Programmeren kan via het eigen NXT-programma van LEGO. Een eenvoudige programmeertaal met blokken die aan elkaar

Figuur 1 NXT-robots

Figuur 2 Software NXT

7

geplakt worden en waar elk blok een aantal instellingen kent (figuur 2). Voor wie de NXT-robot liever met programmeerregels programmeert, kan bijvoorbeeld het programma NBC gebruiken.

De NXT-robot is heel geschikt om leerlingen iets te leren over programmeren van robot. Ook kunnen leerlingen zich bezig houden met het bouwen van de robots. De ervaring is dat veel leerlingen het bouwen veel leuker vinden dan het programmeren en dan is het soms lastig om het bouwen “los te laten”. Er zijn veel opdrachten te bedenken voor deze robots: van heel eenvoudig tot zeer complex. Naast programmeren leren leerlingen ook hoe het principe van technische systemen in elkaar zit. Door een duidelijk onderscheidbare ‘input’, ‘proces’ en ‘output’ wordt dit snel helder.

De Mindstorms NXT is gebruiksvriendelijk en kan zoals alle LEGO-producten tegen een stootje. Programmeren kan met de LEGO-software op PC en Mac. Er is ook een app voor op de iPad, maar deze is niet door LEGO gemaakt. Er is geen app voor Android.

De LEGO Mindstorms NXT 2.0 inclusief motoren en sensoren en bouwstenen om een robot te bouwen is nog te koop voor ca. €370,-. Door de komst van de opvolger EV3 is de beschikbaarheid minder geworden. De NXT-software is gratis beschikbaar.

PARAGRAAF 1.2 LEGO Mindstorms EV3

In 2013 kwam de opvolger van de NXT: de EV3 (bron: (LEGO, sd) en (RonnieV, 2015)). De EV3 (fig.3) lijkt in veel opzichten op de NXT, maar heeft een aantal pluspunten. De processor is sneller, het geheugen is groter en het mogelijk het geheugen uit te breiden met een SD-geheugenkaart. Het aantal uitgangen is van drie naar vier gegaan. Behalve de gewone moter is er ook een zogenaamde mediummotor bij gekomen. Mogelijke sensoren voor de EV3 zijn: tastsensor, geluidssensor, lichtsensor, kleurensensor, infrarood sensor, gyrosensor, temperatuursensor en de ultrasone sensor

De software (fig.4) is ook aangepast. Volgens leerlingen is het meest opvallende verschil dat het instellen per blokje nu in het blokje zelf gebeurt en niet in een apart kader onderin het beeldscherm.

Figuur 3 EV3-robot

8

Programmeren kan op PC, Mac en iPad. Het op de robot zetten van een programma gaat via een micro-USB-kabel.

De educatieve waarde van de EV3 is te vergelijken met die van de NXT 2.0. De leerlingen leren dezelfde dingen.

De educatieve set van de EV3 is te koop vanaf €380,- (www.brickshop.nl). Deze set bevat bouwstenen om een robot te bouwen, sensoren en motoren. Ook is een accu inbegrepen. Echter een oplader moet apart aangeschaft worden: €25,- (www.brickshop.nl). Ook de educatieve software is niet inbegrepen. Een single licentie kost €120,- en een netwerklicentie kost €423,- (www.heutink.nl). Als alternatief kan men de gratis “home-edition” te gebruiken. Deze heeft echter wel minder functies beschikbaar.

PARAGRAAF 1.3 Edison

Door een Kickstarter-project in 2014 werd geld bijeen gehaald voor het in de markt zetten van de kleine robot Edison. De Edison is ontwikkeld in Australië en wordt gemaakt in China. De Edison heeft een aantal ingebouwde sensoren: een geluidssensor, een lichtsensor aan de onderzijde (voor bijvoorbeeld een lijn volgen) en een afstandssensor aan de voorzijde. De robot wordt voortgedreven door twee motortjes. Er kunnen LEGO-blokjes op en aan de robot gebouwd worden. De Edison is een Open Source-product.

De software is gratis en te verkrijgen via www.meetedison.com . De software is beschikbaar voor PC, Mac, iPad en Raspberry Pi. Ook is webbased programmeren mogelijk. Het maken van programma’s lijkt erg op het programmeren van LEGO Mindstorms. Het transporteren van de programma’s van de computer naar de robot gaat op een bijzondere manier, namelijk via een mini-jackplug in de audio-uitgang. Voordeel is dat bijvoorbeeld ook via de iPad een programma rechtstreeks naar de Edison kan gaan, omdat er geen afhankelijkheid van een USB-uitgang is.

Figuur 4 EV3 software

Figuur 5 De robot Edison

Figuur 6 De software: Edware

9

Nadeel is dat de audio-instellingen van de computer goed ingesteld moeten staan. Zo is bijvoorbeeld gebleken dat op een redelijk nieuwe Windows 8-computer de audio-instellingen niet genoeg aangepast kunnen worden. Transport van een programma lukt dan niet. Met een simpel USB-geluidskaartje (bijv. bij DX.com: sound card adapter voor ca. €2,-) werkt het wel weer. Op veel andere computers is het echter geen probleem om de kabel rechtstreeks aan te sluiten.

De educatieve waarde van de Edison is wat betreft het programmeren vergelijkbaar met die van de LEGO robots. Bouwen aan de robot is wel mogelijk, maar niet noodzakelijk. Het lesmateriaal dat via www.meetedison.com beschikbaar is, wordt in hoog tempo in allerlei talen vertaald. Dit is mogelijk doordat het “Creative Commons” is: een soort “Open Source” voor het geschreven woord.

De Edison kan in Australië besteld worden. Afhankelijk van het bestelde aantal ligt de prijs tussen de €30,- en €40,-. Batterijen (4x AAA) zijn niet inbegrepen. De levertijd is 1 à 2 weken.

PARAGRAAF 1.4 mOway

De mOway is een kleine robot uit Spanje. Ook de mOway heeft vele sensoren: lichtsensor, temperatuursensor, 4 anti-botsing-infraroodsensoren, 2 lijnvolg-infraroodsensoren en een microfoon. Hij is voorzien van diverse LED’s, een luidspreker en wordt voortgedreven door twee motortjes. Via het uitbreidingsslot aan de bovenzijde kunnen diverse uitbreidingen aangesloten worden, zoals een camera, WiFi-communicatie en een radio-frequentie-module. Met de laatste kunnen twee mOway’s onderling communiceren. Zo kan de ene mOway imiteren wat de andere mOway doet. Deze functie blijkt wel erg lastig te programmeren te zijn.

De software mOway World werkt met het maken van stroomschema’s. Het biedt veel mogelijkheden, maar is minder intuïtief in het gebruik dan Edware en de Mindstorms-software. De Engelstalige handleiding is van de website www.moway-robot.com te downloaden. Bij aanschaf van twee mOway’s bij CMA (www.cma-science.nl) is een papieren Nederlandstalige handleiding beschikbaar. Deze set kost €330,-.

Figuur 7 De robot mOway

Figuur 8 De software mOway World

10

Een andere mogelijkheid om de mOway te programmeren is via Scratch. Scratch is een eenvoudige programmeertaal, die heel geschikt is voor jongere kinderen. Of de mogelijkheden voor het programmeren gelijk zijn aan mOway-world is mij niet bekend.

Bij de mOway is er geen mogelijkheid om de robot te (ver-)bouwen; het gaat bij de mOway om het programmeren.

PARAGRAAF 1.5 Zelfbouwrobot

Voor zelfbouwrobots zijn er tal van mogelijkheden. Er zijn vele kits te koop via internet. Prijzen beginnen bij zo’n €120,- (www.kiwi-electronics.nl). Maar je kunt ook zelf een robot uit onderdelen opbouwen. Ik heb me eerst beperkt tot zelfbouwrobots opgebouwd rond een Arduino of een Raspberry Pi. Dit zijn allebei ontwikkelborden (‘development boards’), eenvoudige computers waarmee geëxperimenteerd kan worden met in- en output en programmeren. Beide computertjes zijn niet groter dan een pakje kaarten.

Arduino’s zijn er in diverse soorten met verschillende specialiteiten. Een veel gebruikt model, universeel en betaalbaar, is de Uno. In het verdere verhaal ga ik van de Arduino Uno uit (zie figuur 9).

De Raspberry Pi kent een aantal varianten, waarbij de een de ander telkens opvolgt. De ‘2B’ is het nieuwste model. Ik heb geëxperimenteerd met deze Raspberry Pi 2B (zie figuur 10).

Zoals in de inleiding vermeld, ga ik uit van een rijdende robot die met behulp van één of enkele sensoren (een) eenvoudige functie(s) kan uitvoeren.

Na wat experimenteren heb ik gemerkt dat een robot vanuit het niets opbouwen en programmeren voor leerlingen te hoog gegrepen zal zijn. Bovendien zijn er talloze voorbeelden op het internet te vinden. Uitgaan van bestaande ideeën en die aanpassen tot een eigen product moet wel haalbaar zijn. Daarbij moeten de programma’s wel begrepen worden en ook kunnen worden aangepast. Enige kennis van programmeren is dus noodzakelijk.

Figuur 10 Raspberry Pi model 2B

Figuur 9 Arduino Uno

Figuur 8 Een programma in Scratch

11

Voorbeeld van een geschikte motoraansturing voor een Arduino robot is te vinden op de website hardwarefun.com (Sudar, 2013). Een systeem dat afstand opmeet met een infrarood sensor is te vinden op de website HWC.ontwerpen (Roukens, Ultrasoon sensor HC-SR04, sd). Met een combinatie van beide systemen is een robot te bouwen die niet tegen voorwerpen aanbotst: een ‘obstacle avoiding robot’.

Voor de Raspberry Pi is een mooi project te vinden op de website diyhacking.com (Sanjeev, 2015). Dit is ook een ‘obstacle avoiding robot’. Met behulp van een infrarood sensor wordt bepaald of er een voorwerp in de weg staat. Is dat het geval dan gaat de robot een stukje met een bochtje achteruit en gaat dan weer vooruit. Dit is ook een goed uitvoerbaar project.

In beide gevallen is er ook nog een motordriver voor de motoren nodig, omdat de bordjes onvoldoende stroom kunnen leveren voor motoren. De L293D is het type I.C. dat hier veel voor toegepast wordt.

Hoewel de Raspberry Pi 2 een sterkere processor heeft dan de Arduino Uno, kies ik er voor verder te werken met de Arduino. Reden daarvoor is dat de beoogde robot met beide bordjes op een soortgelijke manier opgebouwd kan worden, maar de Raspberry Pi een stuk duurder is. De Raspberry Pi 2B kost vanaf € 37,- (www.sossolutions.nl) en de Arduino Uno vanaf €19,- (www.antratek.nl). Doordat Arduino een Open Source project is, worden er ook allerlei klonen gemaakt, die nog veel goedkoper zijn: vanaf € 2,50 (nl.aliexpress.com). Uitgaande van zo’n kloon kan een totale robot voor ongeveer €20,- gemaakt worden.

Er wordt voor het bouwen van een zelfbouwrobot een hoger niveau van de leerlingen gevraagd dan bij van de LEGO-robots en de Edison-robot. Het is daardoor niet voor alle leerlingen haalbaar. Een leerling die echt in deze materie duikt zal er ook meer van leren. Er moet vooraf ook een en ander geleerd worden over elektronica, de Arduino en het programmeren in Arduino-software. De syllabus van Geert Roumen (Roumen, syllabus voor de ICT-praktijkdag, 2010) is daar een goede handleiding voor. Mijn website http://robotbouwen.webnode.nl heb ik gemaakt om als startpunt voor het bouwen van Arduino-robots met leerlingen te dienen.

PARAGRAAF 1.6 Vergelijking van de robots

In deze paragraaf worden de vijf hiervoor besproken robots vergeleken. Er zijn echter nog meer soorten robots verkrijgbaar. De gebruiksvriendelijkheid en de technische en educatieve mogelijkheden worden vertaald in de mogelijkheid om te (ver)bouwen aan de robot en de moeilijkheidsgraad van het programmeren. Voor de ene gebruiker zal het doel meer liggen in het bouwen en voor een andere gebruiker meer in het programmeren.

12

In tabel 1 worden de vijf robots vergeleken.

Tabel 1 Vergelijking robots

BOUWEN

PROGRAMMEREN PRIJS

LEGO NXT Noodzakelijk en veel mogelijkheden

Niveau: eenvoudig tot hoog

Ca. €370,- voor set met sensoren, motoren en software.

LEGO EV3 Noodzakelijk en veel mogelijkheden

Niveau: eenvoudig tot hoog

Ca. €380,- voor set met sensoren, motoren. Basissoftware (home) gratis. Netwerk-versie (edu): €423,-

EDISON Niet noodzakelijk, beperkt mogelijk

Niveau: eenvoudig tot hoog

Ca. €35,-. Software gratis.

MOWAY Niet mogelijk

Niveau: gemiddeld tot hoog

€150,- per stuk; set van 2 met NL-handleiding: €330,-. Software gratis.

ZELFBOUW Noodzakelijk en veel mogelijkheden

Niveau: hoog Vanaf ca. €20,-. Software gratis.

13

HOOFDSTUK 2 LESMATERIAAL

Voor de verschillende robots bestaat er reeds lesmateriaal. In de paragrafen hieronder volgt een beschrijving.

PARAGRAAF 2.1 Lesmateriaal voor de NXT

Voor het leren omgaan met de NXT-software heb ik lesmateriaal geschreven. Dit is te vinden in bijlage 1.

De ervaring leert dat de leerlingen geneigd zijn om te snel door het lesmateriaal te gaan. Het eerste stuk vinden ze dan eenvoudig en lezen over de verdere details heen. Het begeleiden van deze lesstof bestaat dus vaak uit verwijzen naar (de juiste plek in) het lesmateriaal. Het lesmateriaal is een startpunt om de software en de robot te leren begrijpen en gebruiken. Vervolgens kunnen andere mogelijkheden zelf ontdekt worden. Docenten die met dit materiaal willen gaan werken, adviseer ik altijd om zelf eerst de stof door te werken. Men ontdekt dan snel waar de moeilijker onderdelen zitten. Voor het doorwerken van deze lessenserie staat ongeveer 10 lessen van 90 minuten.

PARAGRAAF 2.2 Lesmateriaal voor de EV3

Het lesmateriaal voor de EV3-software is te vinden in bijlage 2. Dit materiaal heb ik niet zelf geschreven, maar wel bewerkt. Het oorspronkelijke materiaal (Droids Robotics, 2015) bestond uit een eindeloos aantal powerpointdia’s. Ik heb het aantal dia’s sterk beperkt en gesorteerd. Ook heb ik er een PDF van gemaakt, zodat het afgedrukt kan worden op papier. Anders zijn er per leerling twee computers nodig: één voor het lesmateriaal en één voor de EV3-software. De ervaring met leerlingen is vergelijkbaar met die met de NXT. Ook bij deze lessen adviseer ik de gebruiker zelf eerst de stof door te werken. Voor deze lessen staat ook ongeveer 10 lessen van 90 minuten.

PARAGRAAF 2.3 Lesmateriaal voor de Edison

Op de website van de Edison www.meetedison.com staat heel veel uitstekend lesmateriaal. De 10-lessenserie heb ik vertaald naar het Nederlands. Deze is te vinden in bijlage 3. Ondertussen hebben een aantal andere Nederlanders ook andere delen van het materiaal vertaald. Ook hier hebben leerlingen snel de neiging te gaan spelen in plaats van de lessen te volgen. Hoewel spelen ook leerzaam is, blijft sturing noodzakelijk. Wederom is het aan te raden voor docenten eerst zelf het materiaal door te werken. Bij de 10-lessenserie wordt uitgegaan van lessen van 90 minuten.

14

PARAGRAAF 2.4 Lesmateriaal voor de mOway

Op de website moway-robot.com is Engelstalig lesmateriaal voor “mOway-world” te vinden. Bij aanschaf van twee mOway’s kan een Nederlandstalige papieren handleiding geleverd worden. Ook kan de mOway geprogrammeerd met Scratch worden. Een Nederlandstalige website over Scratch is scratchweb.nl. Of de mogelijkheden voor het programmeren gelijk zijn aan mOway-world is mij niet bekend. Er is geen Nederlandstalig lesmateriaal voor Scratch in relatie tot de mOway beschikbaar.

PARAGRAAF 2.5 Lesmateriaal voor de zelfbouwrobot

Zoals in paragraaf 1.5 uitgelegd wordt, gaan we uit van een eenvoudige zelfrijdende robot op basis van een Arduino Uno. Het lesmateriaal heb ik gemaakt in de vorm van een website: http://robotbouwen.webnode.nl . Ik ga uit van veel bestaand materiaal en combineer dit tot een nieuw verhaal. De volgende stappen worden gemaakt:

1. Stroomkringen, elektrische geleiding en isolatie.

Bijvoorbeeld aan de hand van de website “elektronica” van Jorinde Post (Post, 2010). Uiteraard is het ook leuk om enige (natuurkunde-)proefjes hiermee te doen.

2. Basiselektronica, zoals weerstanden en LED’s.

In het document “Interactief ontwerpen met Arduino” van Stan Roukens (Roukens, Interactief ontwerpen met Arduino) wordt in de inleiding een toelichting gegeven op diverse elektronische componenten en in les 0 aan de hand van een breadboard (fig. 11) geoefend met een stroomkring.

3. Eenvoudige programma’s en schakelingen in Arduino maken.

De “Arduino Workshop” van Geert Roumen (Roumen, Syllabus voor ICT-praktijkmiddag, 2010) is een mooie handleiding voor starters. Eventueel zouden de eerste paar lessen van Roukens ook gebruikt kunnen worden.

4. Wat moeilijker voorbeeldprogramma’s lezen.

In Roukens staan veel voorbeelden die telkens een beetje moeilijker worden. Ook op het internet staan heel veel voorbeelden van programma’s. Door deze handig te combineren en aan te passen kom je snel tot eigen programma’s. In verband met beschikbaar materiaal kan het nodig zijn de lessen te selecteren.

5. Verschillende voorbeeldprogramma’s en schakelingen op de juiste manier combineren.

Figuur 11 Een breadboard voor elektronica

15

Bij de rijdende robot, die botsingen probeert te vermijden, gaat het om een combinatie van de aansturing van de motoren en het meten van de afstand. De robot rijdt rechtdoor totdat hij dicht bij een voorwerp komt.

Voorbeeld van een geschikte motoraansturing voor een Arduino robot is te vinden op de website hardwarefun.com (Sudar, 2013). Een systeem dat afstand opmeet met een infrarood sensor is te vinden op de website HWC.ontwerpen (Roukens, Ultrasoon sensor HC-SR04, sd). Deze sensor is te vergelijken met de oren van een vleermuis: een onhoorbaar signaal wordt uitgezonden, weerkaatst en weer opgevangen. Door verschil in tijd tussen uitzenden en ontvangen kan de afstand bepaald worden. Met een combinatie van beide systemen is een robot te bouwen die niet tegen voorwerpen aanbotst: een ‘obstacle avoiding robot’.

Er kan ook gekozen worden voor een ander type robots. Zo kunnen microswitches als eenvoudige tastsensoren gebruikt worden. Of met een LDR kan een lichtsensor gemaakt worden en een lijnvolgende robot gebouwd worden. Er zijn voldoende variaties te bedenken.

Bij deze zelfbouwrobots is het nog meer van belang dan bij de andere robots dat docenten zelf eerst het materiaal doorwerken. Binnenkort ga ik met een pluslessenserie aan de slag met deze stof. Pluslessen mogen bij mij op school gevolgd worden door leerlingen die gemiddeld 8 of hoger staan. De serie bestaat uit ongeveer 15 lessen van 90 minuten.

HOOFDSTUK 3 CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

De belangrijkste conclusie is dat er zeer veel mogelijkheden zijn om robotica in technieklessen aan te bieden. De keuze van een robot is afhankelijk van het doel en niveau. Gaat het vooral om bouwen óf alleen om programmeren óf om bouwen én programmeren? Is de groep heterogeen én is het een verplicht lesonderdeel óf gaat het om een groep(je) leerlingen, die zelf graag meer over dit onderwerp willen weten? De keuze voor de juiste robot kan pas gemaakt worden als deze vragen beantwoord zijn. Bij deze keuze kan dit verslag en/of de website http://robots2.webnode.nl vervolgens helpen.

16

BRONVERMELDING

Droids Robotics. (2015). EV3lessons. Opgehaald van EV3lessons: http://ev3lessons.com/index.html#nl

LEGO. (sd). History of LEGO Robotics. Opgehaald van LEGO: http://www.lego.com/nl-nl/mindstorms/history

Post, J. (2010, februari 4). Wat is een stroomkring en hoe werkt dat? Opgehaald van electronica: http://electronica.infonu.nl/diversen/50588-wat-is-een-stroomkring-en-hoe-werkt-dat.html#1

RonnieV. (2015, juni 10). LEGO Mindstorms. Opgehaald van Wikipedia: https://nl.wikipedia.org/wiki/LEGO_Mindstorms

Roukens, S. (sd). Interactief ontwerpen met Arduino. Opgehaald van HWC ontwerpen: https://sites.google.com/site/hwcontwerpen/interactief-ontwerpen-met-arduino

Roukens, S. (sd). Ultrasoon sensor HC-SR04. Opgehaald van HWC.ontwerpen: https://sites.google.com/site/hwcontwerpen/extra/ultrasoon-sensor-hc-sr04

Roumen, G. (2010). syllabus voor de ICT-praktijkdag. Opgehaald van lemio.nl: http://lemio.nl/files/arduino_cursus.pdf

Roumen, G. (2010). Syllabus voor ICT-praktijkmiddag. Opgehaald van lemio.nl: http://lemio.nl/arduino/page25.php

Sanjeev, A. (2015, april). BUILD RASPBERRY PI ROBOTS: BEST TUTORIAL FOR BEGINNERS. Opgehaald van DIY hacking: http://diyhacking.com/raspberry-pi-robot/

Sudar. (2013, juli). Controlling speed of DC Motors using Arduino. Opgehaald van Hardwarefun.com: http://hardwarefun.com/tutorials/creating-robots-using-arduino-h-bridge

17

BIJLAGE 1 Lesmateriaal voor de NXT

18

19

20

21

22

23

24

25

BIJLAGE 2 Lesmateriaal voor de EV3

26

27

28

29

30

31

32

33

BIJLAGE 3 Lesmateriaal voor de Edison

Ontdek Edison in 10 lessen

Deze lessenserie is geproduceerd in samenwerking met www.roboticswps.com.au

Originele, Engelstalige tekst: www.meetedison.com

Lessen vertaald door Bert Grave, Zwolle 2015

34

Inhoudsopgave

Les 1 Werkblad 1.1 – Kennismaken met Edison .................................................................. 36

Les 1 Werkblad 1.2 – Programmeren met barcode ............................................................. 38

Les 1 Werkblad 1.3 – Ontdek EdWare ................................................................................. 39

Les 1 Werkblad 1.4 – Testprogramma downloaden ............................................................ 40

Les 2 Werkblad 2.1 – Rij de robot vooruit ........................................................................... 41

Les 2 Werkblad 2.2 – Rij de robot achteruit ........................................................................ 42

Les 2 Werkblad 2.3 – Vooruit en dan achteruit ................................................................... 43

Les 2 Werkblad 2.4 – Spelen met snelheid .......................................................................... 44

Les 2 activiteitenveld 2.1 ..................................................................................................... 45

Les 3 Werkblad 3.1 – Draai naar rechts over 90 graden ...................................................... 46

Les 3 Werkblad 3.2 – Draai naar links over 180 graden ...................................................... 47

Les 3 Werkblad 3.3 – Draai naar rechts, dan naar links ....................................................... 48

Les 3 Werkblad 3.4 – Mini doolhof ...................................................................................... 49

Les 3 Aktiviteitenveld 3.1 – Draaien .................................................................................... 50

Les 3 Aktiviteitenveld 3.2 – Mini doolhof ............................................................................ 51

Les 4 Werkblad 4.1 – Uitdaging ........................................................................................... 52

Les 4 Werkblad 4.2 – Mexicaanse golf ................................................................................. 53

Les 5 Ontwerp opdracht werkblad 5.1 –Mijn programma .................................................. 54

Les 5 Ontwerpopdracht werkblad 5.2 – Mijn programma .................................................. 56

Les 6 Werkblad 6.1 – Knipperende LED als reactie op een klap .......................................... 57

Les 6 Werkblad 6.2 – Rij als reactie op een klap .................................................................. 58

Les 6 Werkblad 6.3 – Dans als reactie op klappen .............................................................. 59

Les 7 Werkblad 7.1 – Infrarood obstakel detectie ............................................................... 60

Les 7 Werkblad 7.2 – Detecteer een obstakel en stop ........................................................ 61

Les 7 Werkblad 7.3 – Detecteer een obstakel en voorkom ................................................. 62

Les 7 Werkblad 7.4 – Obstakels vermijden .......................................................................... 63

Les 7 Werkblad 7.5 – Rechts en links detectie ..................................................................... 64

Les 8 Werkblad 8.1 – Lijn volg sensor .................................................................................. 66

Les 8 Werkblad 8.2 – Rij tot een zwarte lijn ........................................................................ 67

Les 8 Werkblad 8.3 – Rij tot een grens ................................................................................ 68

Les 8 Werkblad 8.4 – Volg een lijn ....................................................................................... 69

Les 8 Aktiviteiten blad 8.1 – Lijn volg sensor ....................................................................... 70

35

Les 8 Aktiviteiten blad 8.2 – Lijn volg sensor ....................................................................... 71

Les 9 Werkblad 9.1 – Begrijpelijke variabelen ..................................................................... 71

Les 9 Werkblad 9.2 – Licht alarm ......................................................................................... 73

Les 9 Werkblad 9.3 – Automatische lichten ........................................................................ 74

Les 9 Werkblad 9.4 – Licht volgen ....................................................................................... 75

Les 10 Ontwerp opdracht werkblad10.1 – Mijn programma .............................................. 77

Les 10 Ontwerp opdracht werkblad 10.2 – Mijn programma ............................................. 79

36

Zoemer / klapdetector Opnameknop

Stopknop

Startknop

Linker lichtsensor

Linker infrared LED

Linker rode LED

Rechter lichtsensor Rechter infrarood LED

Rechter rode LED

Naam: ___________________ Klas: ____________________

Les 1 Werkblad 1.1 – Kennismaken met Edison Edison is een kleine programmeerbare robot, waar ook LEGO-onderdelen bij gebruikt kunnen worden. Edison gebruikt sensoren en motoren. In de afbeeldingen hieronder kan je Edison’s sensoren en knoppen zien.

Startknop: start een programma Stopknop: stopt een programma Opnameknop: 1x drukken = programma

downloaden, 3x drukken = barcode lezen

Volg de lijn sensor = voor het volgen van een lijn: een combinatie van een LED en een lichtsensor. Met de lichtsensor kunnen ook de barcodes gelezen worden.

De kabel wordt gebruikt om de programma’s van de computer/tablet over te brengen naar Edison. De stekker wordt aangesloten op de koptelefoonuitgang.

Volg de lijn sensor

Aan/uit knop

37

Installatie van de software EdWare

De EdWare programmeer software is beschikbaar voor Windows, Mac, Linux, iOS, Android en Raspberry Pi. Ga naar meetedison.com/downloads en kies de juiste versie en volg de aanwijzingen.

Bij Windows moet de geluidsversterking (sound enhancements) uitgeschakeld worden. In het voorbeeld hieronder de stappen voor Windows 7.

38

Naam: ___________________ Klas: ____________________

Les 1 Werkblad 1.2 – Programmeren met barcode

Lezen van de barcode

1. Plaats Edison gericht naar de barcode aan de rechter kant (zie afbeelding) 2. Druk 3x op de recordknop (rond) 3. Edison rijdt vooruit en scant de barcode

Barcode – Klapgestuurd rijden

Barcode – Vermijd obstakels

Barcode – Volg de lijn

Barcode – Volg het licht

Beschrijf wat er gebeurt:

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

___________________________

39

Naam: ___________________ Klas: ____________________

Les 1 Werkblad 1.3 – Ontdek EdWare

Dit is EdWare, de software om de Edison robot te programmeren.

Sleep iconen uit het overzicht naar het programmagebied. Plaats ze tussen de “start” en “eind” iconen. Verander de instellingen onderin het scherm. Lees ook het hulpscherm.

Wat zijn de namen of de vier hoofdgroepen van de iconen? Noteer de Engelse term en geef ook een vertaling.

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

Overzicht iconen

Een eenvoudig programma van twee iconen

Icoon is geselecteerd en kan bewerkt worden

Programma gebied

Instellingen van geselecteerde icoon Hulptekst voor icoon Variabelen

40

Naam: ___________________ Klas: ____________________

Les 1 Werkblad 1.4 – Testprogramma downloaden

Open het testprogramma (test program). Bestandnaam: Test Program.edw (Windows locatie: C:\Program Files\EdWare\My Programs)

Zo ziet een programma er uit. Edison kijkt naar één icoon tegelijk en doet precies wat dat

icoon aangeeft. De pijlen geven de leesrichting van het programma aan. In dit programma is een lus ingebouwd, zodat het programma altijd doorgaat tot je het uit zet of tot de batterijen op zijn.

Het downloaden van het programma naar de Edison gaat met behulp van het kabeltje. Doe de stekker in de hoofdtelefoonuitgang en zet het volume op maximaal. De andere kant van de kabel gaat in de Edison op de manier als hiernaast in het plaatje.

Het downloaden gaat als volgt:

1. Druk één maal op de (ronde) opnameknop. 2. Klik in EdWare op ‘Program Edison’ en dan ‘Start Download’ 3. Druk op Edison op de (driehoekige) startknop om het programma te starten.

Wat deed de robot toen je op de startknop drukte?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Kun je een koppeling leggen tussen wat er gebeurde en de iconen in het programma? Leg uit.

__________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Hoe werd het programma van de computer naar de robot gebracht?

___________________________________________________________________

Test program

41

Les 2 Werkblad 2.1 – Rij de robot vooruit

Schrijf het volgende programma om de robot vooruit te laten rijden. Gebruik het activiteitenveld of gekleurde tape op de tafel als begin en eindpunt.

Stel de “Seconds pass” (vervang dus ?) in op een aantal seconden (in tijd) die de robot nodig heeft om te starten van achter de startlijn tot de eindlijn.

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende hoeveelheden tijd tot je robot vooruit rijdt en precies stopt voor de eindlijn.

Wat is de juiste tijd om je robot van start tot eind te laten rijden?

__________

Beschrijf wat de robot aan het doen is en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Name: ________________________ Naam: ___________________ Klas: ____________________

42

Les 2 Werkblad 2.2 – Rij de robot achteruit

Schrijf het volgende programma om de robot achteruit te laten rijden. Gebruik het activiteitenveld of gekleurde tape op de tafel als begin en eindpunt.

Stel de “Seconds pass” (vervang dus ?) in op een aantal seconden die de robot nodig heeft om te starten van achter de startlijn tot de eindlijn.

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende hoeveelheden tijd tot je robot achteruit rijdt en precies stopt voor de eindlijn.

Wat is de juiste tijd om je robot van start tot eind te laten rijden?

__________

Beschrijf wat de robot aan het doen is en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ___________________ Klas: ____________________

43

Les 2 Werkblad 2.3 – Vooruit en dan achteruit

Schrijf het volgende programma om de robot eerst vooruit en dan achteruit te laten rijden. Gebruik het activiteitenveld of gekleurde tape op de tafel als begin en eindpunt..

Stel de “Seconds pass” (vervang dus ?) in op een aantal seconden die de robot nodig heeft om te rijden van de startlijn tot vlak voor de eindlijn, dan achteruit te rijden en te stoppen voor de startlijn.

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende tijdshoeveelheden tot je robot vooruit en achteruit rijdt en precise voor de startlijn stopt.

Wat is de juiste hoeveelheid tijd om vooruit en achteruit te rijden?

Vooruit __________ Achteruit __________

Beschrijf wat de robot doet en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam________________________klas____________

44

Les 2 Werkblad 2.4 – Spelen met snelheid

Schrijf het volgende programma om de robot vooruit en achteruit te laten rijden. Gebruik het activiteitenveld of gekleurde tape lijnen op de tafel als begin en eindpunten.

Deze keer verandert de tijd en de snelheid!

Voel je vrij om nieuwe iconen toe te voegen aan je programma zoals bliepjes, knipperende LEDjes of misschien zelfs muziek afspelen.

1. Begin van achter de startlijn en stop voor de eindlijn, rij dan achteruit en stop voor de startlijn zo snel als mogelijk is! Wat zijn je snelste instellingen?

Rij vooruit snelheid ________ Rij vooruit tijd ________

Rij achteruit snelheid _________ Rij achteruit tijd _______

2. Start achter de startlijn en stop voor de eindlijn,rij dan achteruit terug en stop voor de startlijn zo langzaam mogelijk!

Wat zijn je langzaamste instellingen?

Rij vooruit snelheid ________ rij vooruit tijd ________

Rij achteruit snelheid _________ rij achteruit tijd _______

Naam___________________________klas________

45

Les 2 activiteitenveld 2.1

EIND LINE

START LIJN

Naam:_______________________________klas:______

46

Les 3 Werkblad 3.1 – Draai naar rechts over 90 graden Schrijf het volgende programma om de Edison robot 90 graden naar rechts te laten draaien (90°). Gebruik werkblad 3.1 of markeer lijnen op de tafel als begin en eindpunt.

Stel de ‘Seconds pass’ (dus vervang ?) op een aantal seconden in (tijd om te zorgen dat de robot precise 90 graden naar rechts draait.

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende hoeveelheden tijd tot je robot naar rechts draait van het beginpunt tot het eindpunt.

Wat is de juiste hoeveelheid tijd om je robot 90° te draaien?

__________

Beschrijf wat de robot doet en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:_________

47

Les 3 Werkblad 3.2 – Draai naar links over 180 graden Schrijf een programma om de robot 180 graden (180°) naar links te laten draaien. Gebruik aktiviteitenveld 3.1 of lijnen op tafel als start en eindpunt.

Stel de ‘Seconds pass’ (vervang dus ?) in op een hoeveelheid seconden zodat de robot naar links draait over precies 180°.

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende tijden uit tot je robot draait van het stratpunt tot het eindpunt.

Wat is juiste hoeveelheid tijd om je robot 180° te laten draaien?

__________

Beschrijf wat de robot doet en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:______

48

Les 3 Werkblad 3.3 – Draai naar rechts, dan naar links Schrijf een programma voor de robot om hem 90 graden (90°) naar rechts te laten draaien en dan 180 graden naar links (180°). Gebruik aktiviteitenveld 3.1 of gemarkeerde lijnen op tafel als begin en eindpunt.

Stel ‘Seconds pass’ (dus vervang?) in op een aantal seconden om de robot precies 90° naar rechts te laten draaien en dan naar links over 270° (90° + 180°).

Minimum hoeveelheid tijd is 0.01 seconde.

Maximum hoeveelheid tijd is 327.67 seconden.

Probeer verschillende hoeveelheden tijd tot je robot precies 90° naar rechts draait van af het startpunt tot het eindpunt en dan 270° naar links draait tot het onderste eindpunt.

Wat is de precieze hoeveelheid tijd om je robot 90° te laten draaien en dan 270°?

90°: _______, 270°: _________

Beschrijf wat de robot doet en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas______

49

Les 3 Werkblad 3.4 – Mini doolhof

Gebruik de programmeerkennis die je hebt opgedaan om je robot door het mini doolhof op aktiviteitenveld 3.2 te sturen

De robot moet beginnen van achter de startlijn en stoppen na de finishlijn en mag niet op of over de lijnen rijden.

Je moet meerdere programmeer iconen combineren om de robot naar voren te laten rijden en de vereiste bochten te laten maken.

.

Hint: vooruit, draai naar rechts, vooruit, draai naar links, vooruit

Beschrijf wat de robot doet en waarom?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Welke uitdagingen ben je tegengekomen om de robot door het doolhof te rijden ?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Moeilijker uitdaging Wie kan de robot in de snelste tijd door het doolhof krijgen?

Het is niet nodig om een stopwatch te gebruiken . Tel gewoon de tijd van alle wacht iconen op.

Vergeet niet : De robot moet beginnen van achter de startlijn en stoppen na de finishlijn en mag niet op de lijnen rijden om te winnen .

Wat is de tijd van jouw robot om door het doolhof te rijden? _________

Naam: ________________________klas:________

50

Les 3 Aktiviteitenveld 3.1 – Draaien Plaats de robot hier beneden in de omtrek en speel dan je programma af.

Je robot moet

Programma 1 – naar rechts draaien vanaf start 0° tot einde 90°

Programma 2 – naar links draaien van start 0° tot einde 180°

Programma 3 – naar rechts draaien van start 0° tot einde 90° en dan naar links draaien over 270° tot einde 180°

END 180°

START 0°

90° right turn

END 90°

180° left turn

Naam: ________________________klas:_______

51

Les 3 Aktiviteitenveld 3.2 – Mini doolhof

START LINE

FINISH LINE

Naam: ________________________Klas:________

52

Les 4 Werkblad 4.1 – Uitdaging

Kies een robot rij uitdaging voor jezelf en programmeer je Edison robot om die uitdaging te rijden .

Hier zijn enkele voorbeelden, maar je kunt ook je eigen uitdaging bedenken .

• Rijd rond obstakels, zoals een kopje of etui

• Rijd rond de rand van de tafel zonder er van af te vallen

• Maak een eigen doolhof op een groot stuk papier

• Maak een doolhof met behulp van bouwstenen zoals LEGO

Vergeet niet dat je andere programmeer iconen kunt gebruiken, zoals LED flitsen , pieptonen en muziek om zo creatief mogelijk te zijn .

Wat is jouw robot uitdaging?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Wat was moeilijk bij het schrijven van het programma?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Welke extra programmeer iconen heb je gebruikt en wat deden ze?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Name: ________________________Klas:_______

53

Les 4 Werkblad 4.2 – Mexicaanse golf

Dit is een leuke klassen activiteit, die ieders robot hetzelfde programma laat uitvoeren maar op een iets andere tijd. Het resultaat is vergelijkbaar met een Mexicaanse golf of gechoreografeerde dans.

Lussen Gebruik een lus in je programma zodat de beweging zich herhaalt:

Wat moet je doen: Schrijf een kort programma met 'coole' bewegingen er in van de robot. Vergeet niet om licht en geluid te gebruiken in je programma.

Wanneer je je opeenvolging van bewegingen hebt geschreven en getest kiest de leraar de beste van de klas.

Als de jouwe is gekozen dan deel je je programmabestand met de klas . Als het programma van iemand anders wordt gebruikt, moet je aan het begin van dat programma een wachten icoon toevoegen.. Stel de tijd in zoals de leraar zegt .

Onderdeel wacht tijd: __________ Robot nummer: __________ (om robots op volgorde te plaatsen)

Plaats alle robots op één lijn in volgorde van vertragingstijd waarbij de robot met de kortste tijd aan het begin en langste tijd aan het eind staat . Iedereen drukt nu op hetzelfde moment op start. Dan een stapje terug doen en kijken naar de robot prestaties .

Beschrijf je coole robot bewegingen:

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:___________

54

Les 5 Ontwerp opdracht werkblad 5.1 –Mijn programma In de toekomst zijn robots onze hulpen. We hebben Roomba de robot stofzuiger al, dus die toekomst is niet ver weg. Bedenk een nuttige taak die de robot kan uitvoeren en schrijf dan een programma zodat hij die taak kan doen.

Hier zijn enkele voorbeelden:

Dansen op muziek – een entertain robot

Stofzuiger – erg handig in het huis

Bewakingsrobot – je etui laten bewaken

1. Discusseer

Bespreek dit met de leerling naast je of met andere leerlingen om te beslissen over een bruikbare robot toepassing die je kunt programmeren.

2. Beschrijf Voordat je begint met het schrijven van het programma moet je eerst hieronder het probleem dat je robot gaat oplossen beschrijven en hoe hij dat gaat doen.

Het probleem is: __________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Mijn robot lost dit op door… ___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

3. Schrijf je programma Plan je programma voordat je begint met iconen op zijn plaats te zetten. Gebruik de iconen die je hebt geleerd maar je kunt ook proberen andere iconen te gebruiken.

Naam:__________________________klas:________

55

Naam:_________________________klas:___________

4. Falen? Niet alles werkt de eerste keer op de manier waarop je denkt. Geen probleem! Probeer het opnieuw maar beschrijf eerst wat er verkeerd ging. Waarom werkte je programma de eerste keer niet? Denk aan dit: de beroemde Thomas Edison faalde 10.000 keer voordat hij de succesvolle gloeilamp uitvond! Dus blijf proberen!

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

56

Les 5 Ontwerpopdracht werkblad 5.2 – Mijn programma

5. Beschrijf een aantal iconen uit je programma Teken en kleur ze in de vakken hieronder. Dan beschrijf je wat ze doen in je programma.

Wat is de naam van dit icoon? _____________________

Wat doet dit icoon? __________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Wat is de naam van dit icoon? _____________________

Wat doet dit icoon? __________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Wat is de naam vandit icoon? _____________________

Wat doet dit icoon? __________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Naam:________________________klas:________

57

Les 6 Werkblad 6.1 – Knipperende LED als reactie op een klap

Schrijf het volgende programma om de robot het LED te laten knipperen als antwoord op een hard geluid zoals een klap..

In dit programma is het eerste wacht icoon niet gebruikt om een tijdsperiode te wachten. In plaats daarvan zal het programma niet verdergaan vanaf dit punt tot er een speciale gebeurtenis plaatsvindt.

Binnen de eerste wachten icoon selecteer je ‘Event happens’(er gebeurt iets) en selecteer de type gebeurtenis die je denkt dat nodig is om te reageren op een klap.

Op welke afstand tot je robot reageert je robot nog op je klap?

__________

Wat is het doel van de lus iconen in dit programma en wat er zou gebeuren als de lus iconen er niet waren? ___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:________

58

Les 6 Werkblad 6.2 – Rij als reactie op een klap Schrijf het volgende programma om de robot vooruit te laten rijden als antwoord op een klap.

De geluidssensor van de Edison robot is niet alleen gevoelig voor klappen, maar kan ook reageren op een hard geluid. Dit omvat de robot motoren, tandwielen en wielen, die ook geluid maken als ze draaien. Om te voorkomen dat dit geluid van de robot de inwerkingtreding van de geluidsensor veroorzaakt zijn er twee extra iconen in dit programma opgenomen en zijn hierboven gemarkeerd met oranje sterren. Het eerste wachten icoon is ingesteld op 0,1 seconde en geeft de robotmotoren tijd om te stoppen. Het tweede wachtenicoon is ingesteld om te wachten op een klap en zal het programma dan door laten gaan, omdat het geluid van de motor zal zijn gedetecteerd. Je moet deze twee iconen gebruiken na het stoppen van de motoren als je de geluidssensor wilt gebruiken.

Experimenteer met verschillende richtingen in het eerste icoon van dubbele aandrijving en met de ‘volgende gebeurtenis wachten’ icoon om verschillende bewegingen maken.

Welke andere richtingen en tijden heb je geprobeerd?

Experiment 1: richting ___________, tijd____________

Experiment 2: richting ___________, tijd____________

Experiment 3: richting ___________, tijd____________

Naam: ________________________klas:_____

59

Les 6 Werkblad 6.3 – Dans als reactie op klappen Gebruik wat je hebt geleerd in de voorgande twee oefeningen om een dansroutine te ontwerpen waarin je robot reageert op je klappen.

Je hebt ten minste twee dans manoeuvres nodig, maar je kunt er zoveel als je wilt toevoegen. Het bovenstaande programma heeft twee enkele actie manoeuvres. Deze twee manoeuvres herhalen zich omdat ze in een lus staan.

Jij kunt dit ook proberen en voeg dan twee manoeuvres per klap toe..

Alternatieve uitdaging Als je geen dansprogramma wilt ontwerpen, dan kun je de robot een korte hindernisbaan laten rijden als reactie op een klap en laat je de robot omkeren en teruggaan naar aanleiding van een tweede klap.

Hoeveel manoeuvers heeft jouw programma?

__________

Beschrijf je robots dans of rij manoeuvres.

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Leuke klassen aktiviteit Selecteer de beste dans routine van de klas en laat iedere leerling dit programma gebruiken. Zet dan de robots bij elkaar en iedereen klapt op tijd in zijn handen om de robots te zien dansen.

Manoeuvre 1 Manoeuvre 2

Naam: ________________________klas:_______

60

Les 7 Werkblad 7.1 – Infrarood obstakel detectie De Edison robot is uitgerust met een infrarood (IR) “zicht”. IR licht is niet zichtbaar voor het menselijk oog, dus je kunt dit licht niet zien, maar het laat de Edison “zien” in het donker.

Om obstakels te detecteren zendt de Edison zendt IR-licht uit aan de voorzijde en aan de linker als de rechterzijde van de robot. Wanneer het IR-licht wordt gereflecteerd door een obstakel, zoals een muur, dan wordt het gereflecteerde licht gedetecteerd door de Edison door één IR detector. De IR detector aan de voorkant van de robot.

In de onderstaande afbeelding is er een obstakel linksvoor de Edison, dus alleen infrarood licht van de linker zender wordt gereflecteerd. Door het ontvangen signaal kan Edison bepalen dat er een obstakel is aan de linkerkant, maar dat er rechts geen belemmering is.

Uitgezonden IR-licht wordt weergegeven in rood en gereflecteerd infrarood licht wordt weergegeven in blauw.

Teken het uitgezonden IR licht en het gereflecteerde IR licht bij dit obstakel.

IR licht uitzender emitter

IR licht uitzender

IR licht detector

IR licht uitzender

IR licht uitzender

IR licht detector

Naam: ________________________klas:_________

61

Les 7 Werkblad 7.2 – Detecteer een obstakel en stop

Schrijf het volgende programma om de Edison robot dte laten rijden totdat het een obstakel tegenkomt.

De rode (controle groep) detecteer obstakel icoon is nodig om het obstakel detectie systeem aan te zetten en start de IR-licht uitzenders.

De tweevoudige rijsnelheid is ingesteld op 5 om de robot om een obstakel te laten te rijden voordat hij ermee botst. Als de snelheid te hoog is dan zal de robot botsen met obstakels.

Vanaf welke afstand kan de robot obstakels detecteren?

__________

Heb je deze vorm van onzichtbare detective wel eens eerder gezien en waar?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Waar denk je dat dit soort van detective technologie ook gebruikt kan worden?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:_________

62

Les 7 Werkblad 7.3 – Detecteer een obstakel en voorkom

Schrijf het volgende programma om de robot te laten rijden tot hij een obstakel tegenkomt, dan moet hij 180° draaien en gedurende 1 seconde weg rijden van het obstakel.

In les 3 (Werkblad 3.2) heb je de juiste tijd gevonden om de robot 180° te laten draaien. Gebruik deze tijd weer op de plek die hierboven aangegeven is door het oranje vraagteken (?).

Wat is de juiste hoeveelheid tijd om je robot 180° te laten draaien?

__________

Waarom is dit programma onvolledig denk je en hoe kun je dat verbeteren?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:________

63

Les 7 Werkblad 7.4 – Obstakels vermijden

Schrijf het volgende programma om de Edison robot steeds de obstakels te laten vermijden.

Experimenteer met verschillende hoeveelheden tijd in het tweede wacht icoon. Deze tijdsinstelling bepaalt hoe lang de robot draait en wordt hierboven aangegeven door het oranje vraagteken (?).

Wat denk je dat de beste tijdsinstelling is voor de robot om te draaien?

____________

Waarom is deze tijdsinstelling het beste? Wat doet de robot anders zodat het beter gaat?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:_______

64

Les 7 Werkblad 7.5 – Rechts en links detectie Schrijf het volgende pragramma om de Edison steeds links en rechts obstakels te laten vermijden.

In het bovenstaande programma hebben we ‘IF’ iconen gebruikt. Dit zijn erg belangrijke iconen, omdat ze de robot de mogelijkheid geven om beslissingen te nemen zonder menselijk ingrijpen. Wanneer dit voorkomt bij een robot dan noemen we dat tegenwoordig een autonome robot, hij heeft kunstmatige intelligentie..

Een ‘If’ icoon vraagt of een voorwaarde waar is of niet (true or false). Als het resultaat waar is dan neemt het programma het pad met het vinkje. Als het resultaat niet waar is neemt het programma het pad met het kruisje.

Het bovenstaande programma heeft drie verschillende paden die het kan nemen op basis van waar een obstakel. Verklaar in je eigen woorden wat de drie paden je robot laten doen.

Geen obstakel gedetecteerd: ______________________________________________________

Obstakel gedetecteerd aan de rechterkant: __________________________________________________

Obstakel gedetecteerd aan de linkerkant: ___________________________________________________

Naam: ________________________klas:_______

65

Is de robot levend omdat het beslissingen kan nemen!? Waarom denk je dat?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

66

Les 8 Werkblad 8.1 – Lijn volg sensor

De Edison robot is uitgerust met een lijn volg sensor. De sensor is gemaakt van twee elektronische componenten:

1. Rode Light Emitting Diode (LED)

2. Fototransistor (licht sensor)

De LED schijnt licht op het oppervlak waar de robot op rijdt. Als je twee keer op de ronde knop op de Edison drukt gaat de LED branden. Als je de robot iets optilt kun je van vlakbij de ronde lichtvlek zien dat de LED produceert op het oppervlak. Vergelijk de helderheid van het licht als de robot op een zwarte en een witte ondergrond staat.

Is het licht helderder (reflecteert meer licht) op een zwarte of witte ondergrond? ____________

De fototransistor is een lichtsensor en meet de hoeveelheid licht dat is gereflecteerd van het oppervlak.

Zoals je zag in de bovenstaande oefening, wordt er meer licht gereflecteerd door een wit oppervlak dan door een zwart oppervlak. De fototransistor ziet meer licht op een witte ondergrond dan op een zwarte ondergrond. Hierdoor kan de robot geprogrammeerd worden en reageren op het oppervlak waar het op rijdt. Een zwart oppervlak wordt geacht om ‘niet-reflectief’ te zijn en een wit oppervlak wordt geacht om ‘reflectief’ te zijn.

Hoe denk je dat de lijn volger zal reageren op de volgende oppervlaktekleuren, reflectief of niet-reflectief? (Hint: het licht is rood)

LED Fototransistor

Licht van LED Gereflecteerd licht

Oppervlak

Dwarsdoorsnede van de lijn volgen sensor

Naam: ________________________klas:_____

67

rode oppervlakte ____________, groene oppervlakte____________,

blauwe oppervlakte____________

Les 8 Werkblad 8.2 – Rij tot een zwarte lijn

Schrijf het volgende programma om de Edison robot over een wit oppeervlak te laten rijden (reflectief) tot een zwarte lijn (niet-reflectief) gepasseerd wordt..

Om de lijn volg sensor te gebruiken in je programma moet je eerst de sensor aan zetten. Dit activeert ook de rode LED.

Gebruik de zwarte lijn op Aktiviteitenblad 8.1 of teken een zwarte lijn op een stuk papier. Je kunt ook zwarte elektriciteits tape op een witte tafel gebruiken. Rijdt de robot richting de zwarte lijn en hij zal stoppen.

Op Aktiviteitenblad 8.1 zijn ook gekleurde lijnen. Deze zijn rood, blauw en groen. Rijdt de Edison in de richting van elke lijn en kijk of hij stopt.

Is er een kleur dat de Edison niet goed kan detecteren (zien)? Welke kleur is dat?

__________

Wat denk je dat er gebeurt is?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:______

68

Les 8 Werkblad 8.3 – Rij tot een grens

Schrijf het volgende programma om de Edison robot tot een grens te laten rijden.

Gebruik Aktiviteitenblad 8.2 als grens of maak je eigen door een groot stuk papier te gebruiken en een dikke zwarte stift

Je kunt ook zwart elektriciteits tape op een witte tafel gebruiken als grens.

Als je een grote grens maakt kijk dan eens met heel veel robots wat er gebeurt.

Experimenteer verder met verschillende snelheden.

Hoe snel kan de robot rijden voordat er problemen komen?

________

Wat gebeurt er als de robot te hard rijdt?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:______

69

Les 8 Werkblad 8.4 – Volg een lijn

Schrijf het volgende programma om de Edison robot een zwarte lijn te laten volgen.

Dit programma gebruikt het ‘IF’ icoon om de robot te laten beslissen wat te doen. Als de lijn volg sensor op een reflectieve oppervlakte (wit) is, rij dan met snelheid 4 vooruit naar rechts. Als de lijn volg sensor niet op een reflecterend oppervlak is rij dan met snelheid 4 vooruit naar links. Als de robot op wit rijdt blijft het op wit. Als de robot op zwart rijdt blijft het op zwart. Doordat hij dit doet gaat hij vooruit en volgt de rand van de lijn.

Plaats de robot binnen het vak op Aktiviteitenblad 8.2 en kijk hoe de robot de lijn volgt. Welke kant rijdt hij op (met de klok mee of er tegenin)? ____________

Plaats de robot buiten het vak op Aktiviteitenblad 8.2 en kijk hoe hij de lijn volgt. Welke kant rijdt hij op (met de klok mee of er tegenin)? ____________

Waarom rijdt de robot niet in dezelfde richting rond denk je?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:______

70

Les 8 Aktiviteiten blad 8.1 – Lijn volg sensor

STOP HERE

STOP HERE? STOP HERE? STOP HERE?

Gebruik dit Aktiviteiten blad om je programma van werkblad 8.2 te testen.

Je kunt ook je antwoorden controleren van werkblad 8.1 door de gekleurde lijnen hieronder te gebruiken. Voor welke kleuren stopt de Edison?

Naam: ________________________klas:______

71

Les 8 Aktiviteiten blad 8.2 – Lijn volg sensor

Attentie! Start de robot vlak naast de lijn, niet op de lijn!

Naam: ________________________klas:________

72

Les 9 Werkblad 9.1 – Begrijpelijke variabelen

Een variabele is een stukje computergeheugen voor gegevensopslag. Wat variabelen zo nuttig maakt is dat deze gegevens kunnen wijzigen terwijl het programma draait, vandaar de naam variabele.

Variabelen houden van getallen zoals 10, 106, 1,482 etc.en laat een computerprogramma de wiskunde doen, dit is iets waar computers erg goed in zijn.

De Edison robot heeft twee soorten variabelen die 'bytes' en 'words' worden genoemd. Byte variabelen zijn getallen die variëren van 0 tot 255. Word variabelen kunnen getallen die variëren van -32767 tot 32.767 opslaan.

Om variabelen makkelijk te kunnen gebruiken geven we ze namen. Dit helpt ons mensen onthouden wat voor soort informatie is opgeslagen in hen. In EdWare, kun je je variabelen noemen net zoals je wilt. Je kunt er een ‘Fred’ noemen, maar dat helpt niet erg om te onthouden welke informatie Fred voorstelt. Een betere naam kan zijn ‘Licht_niveau’. Dit soort namen maken het erg makkelijk om te onthouden waar de variabele voor gebruikt wordt en welk soort informatie er te vinden is.

Nu je iets van variabelen weet kun je er een maken in Edware bij de volgende programma’s.

Klik op de ‘Add Variable’(toevoegen variabele) knop boven in de linkerhoek en een pop-up schem zal verschijnen.

Typ de naam van je variabele in zoals ‘Licht_Niveau’, selecteer het bereik van de variabele als +/-32767 (word) en zet de startwaarde (initial value) op nul. Klik nu op OK en je variabele zal worden toegevoegd aan de tabel met variabelen in de rechterbenedenhoek

Welk type variabelen zou je gebruiken voor de volgende getallen (byte or word)?

12 _________, 192 _________, 801 _________, -42 _________, 27,901_________

Add Variable

Naam: ________________________klas:_______

73

Les 9 Werkblad 9.2 – Licht alarm

Schrijf het volgende programma om de robot een alarmgeluid te laten maken als de lichten in de kamer ingeschakeld zijn.

Het licht sensor icoon leest de hoeveelheid licht van de linker lichtsensor en zet deze waarde in de variabele die hier ‘Light_Level’ heet.

De eerste lus gebruikt wiskunde om te kijken wat er moet gebeuren:

Blijf in de lus tot de waarde van de variabele ‘Light_Level’ groter is dan (greater than) (>) 100.

Wanneer de waarde in Light_Level groter is dan 100 wordt de lus verlaten en ga je naar de volgende lus die het alarm laat afgaan.

Zet de Edison robot in het donker en druk op de start knop. Als de lichten aan gaan slaat de robot alarm.

Kun je iets bedenken uit het echte leven waar dit handig voor is?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Welke verandering heb moet er gemaakt worden in het programma om het een donker alarm van te maken

Naam: ________________________klas:______

74

Les 9 Werkblad 9.3 – Automatische lichten

Schrijf het volgende programma om de robot de twee LED lichten aan te laten doen als het donker wordt.

Rij de robot door een tunnel of onder een kussen en zie dat de voorlichten aan gaan.

In dit programma gebruiken we het ‘less than’ (<) symbool om het pad van het programma te bepalen. Als de variabele Light_Level minder is (‘less than’) dan 100, neem dan het ware pad en zet de LED’s aan.

Experimenteer met de waarde (100) in de If icoon.

Wat gebeurt er als je het hoger maakt?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Wat gebeurt er als je het lager maakt?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:_______

75

Les 9 Werkblad 9.4 – Licht volgen

Schrijf het volgende programma om de Edison robot het licht van een lampje/zaklantaarn te laten volgen.

Schijn met een lampje/zaklantaarn op Edison en de robot zal naar het licht rijden.Het programma voert een berekening uit met twee variabelen. In het Calculate Word icoon wordt de variabele Right_Light afgetrokken van de variabele Left_Light. Het resultaat (antwoord) wordt teruggeplaatst in de variabele Right_Light. Laten we eens kijken hoe het resultaat er uit zou zien:

Right_Light Left_Light Calculation Result

Lamp rechts 200 100 200 – 100 = -100

Lamp links 100 200 100 – 200 = +100

In het bovenstaande kun je zien dat als de lamp aan de rechterkant is het resultaat onder nul is (negatief getal). Wanneer de lamp aan de linkerkant is is het resultaat boven nul (positief getal).

Naam: ________________________KLas:________

76

Het If icoon vraagt: Is het resultaat minder dan nul? Als het waar is rijdt de robot naar links (richting het licht), als het niet waar is rijdt de robot naar rechts (richting het licht).

Wat zal er gebeuren als je het kleiner dan symbool (<) in een groter dan symbool (>) verandert?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

77

Les 10 Ontwerp opdracht werkblad10.1 – Mijn programma De video ‘Humans need not apply’ geeft inzicht in hoe robots kunnen worden toegepast in de toekomst. Denk aan een nuttige taak die de robot kan uitvoeren en schrijf dan een programma die de robot die taak laat uitvoeren.

Hier zijn een paar voorbeelden:

Reddende robot – De robot rijdt binnen een grens op zoek naar een

verdwenen person (mini figuur of pop). Als de robot de persoon lokaliseert

gaat het alarm af.

Chauffeurloze auto – De robot rijdt op een aangewezen weg (lijn) zonder

mensen, andere auto’s of gebouwen (speelgoed) te raken.

Vecht robots – Stuur robots naar oorlogsgebieden in plaats van mensen.

Maak een sumo ring en programmer twee of meer robots om naar elkaar te

kijken en dan te proberen de andere uit de ring te duwen.

1. Discussie Deze taak bespreek je met die naast je zit of met andere leerlingen om te beslissen welke betekenisvolle robotapplicatie je kunt programmeren.

Welke ideeën kwamen bij je op?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Wat was de reden dat een van de ideeën niet haalbaar was?

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:____

78

2. Beschrijf Voordat je je programma gaat schrijven moet je eerst het probleem beschrijven dat je robot gaat oplossen en hoe hij het gaat oplossen (de oplossing).

Probleem:

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Oplossing:

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

3. Schrijf je programma Plan je programma voordat je begint met iconen op hun plaats te zetten. Gebruik de iconen die je hebt geleerd te gebruiken, maar je kunt ook andere iconen proberen.

4. Mislukt? Niet alles werkt meteen zoals je denkt dat het zal gaan. Geen probleem! Probeer het opnieuw, maar beschrijf eerst wat er mis ging. Waarom werkte je programma niet de eerste keer? Onthoud dit: Thomas Edison beroemde faalde 10.000 keer voordat hij met succes de uitvinder werd van de gloeilamp! Dus, blijf proberen!

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Naam: ________________________klas:_______

79

Les 10 Ontwerp opdracht werkblad 10.2 – Mijn programma

Beschrijf een aantal van je programmeericonen uit je programma

Teken en kleur de iconen hieronder. Beschrijf dan wat ze doen in je programma.

Wat is de naam van dit icoon? _____________________

Wat doet dit icon?________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Wat is de naam van dit icoon? _____________________

Wat doet dit icoon? ______________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Wat is de naam van dit icoon? _____________________

Wat doet dit icoon? _____________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

______________________________________________

Naam: ________________________klas:______

80

Leerling volg kaart:

Programma OK? Programma OK?

2.1 Rij de robot vooruit 7.2 Detecteer een obstakel en stop

2.2 Rij de robot achteruit 7.3 Detecteer een obstakel en voorkom

2.3 Vooruit en achteruit 7.4 Obstakels vermijden

2.4 Spelen met snelheid 7.5 Rechts en links detectie

3.1 Rechts draaien 8.2 Rij tot een zwarte lijn

3.2 Links draaien 8.3 Rij tot een grens

3.3 Draai rechtsom dan linksom 8.4 Volg een lijn

3.4 Mini doolhof 9.2 Licht alarm

4.1 Uitdaging 9.3 Automatische lichten

4.2 Mexicaanse golf 9.4 Licht volgen

5 Ontwerpopdracht 1 – Mijn programma

10 Ontwerpopdracht 2 – Mijn programma

6.1 Knipperende LED als reactie op klap

Eigen programma 1.

6.2 Rijden als reactie op klap Eigen programma 2.

6.3 Dansen als reactie op klappen Eigen programma 3.

Naam: ________________________klas:_____

www.meetedison.com

81

Gefeliciteerd!

Heeft succesvol succesvol afgerond de

Edison robotica en programmeer cursus

De volgende vaardigheden zijn behaald:

Ontwerpen, testen en evalueren van robotprogramma’s door de

Edison robot en zijn programmeersoftware te gebruiken

Gedemonstreerde bewegingen en sensoren van de robot

begrijpen

Gedemonstreerde robotprogramma principes begrijpen

Toepassen van het geleerde in korte ontwerp opdrachten

Een geweldig gevoel voor avontuur hebben!

www.meetedison.com