In diesem ersten Praktikum zeigen wir euch, wie ihr ein Projekt erstellt. Dies ist die Grundlage für alle folgenden Praktika.

Wichtig ist, dass ihr LeJOS nach unserer Anleitung installiert und den EV3 entsprechend vorbereitet habt.
Mit dem ersten Programm steuern wir eine der einfachsten Ausgaben an, welche der EV3 zu bieten hat, nämlich seinen Display.

Zweck

In eingebetteten Systemen ist es immer schwierig, Informationen darüber zu erhalten, was das Programm gerade macht. Einen Debugger, wie ihr ihn vielleicht von Java auf dem PC kennt, gibt es auf dem Roboter nämlich nicht. Darum wollen wir Informationen des Programms auf dem EV3-Display ausgeben lassen.

Aufgabe

Schreibe ein Programm, welches den EV3 den Text „Hallo <<NAME>>“ fünf Sekunden lang anzeigen lässt.

Schritt für Schritt zum ersten Projekt

Wenn LeJOS installiert und alles vorbereitet ist, öffnet ihr als erstes Eclipse und wählt einen Workspace aus.

Sobald Eclipse gestartet wird, fragt es euch nach einem Workspace-Pfad. Wer möchte, kann hier einen eigenen Ordner auswählen, in dem Eclipse alle wichtigen Daten für die Projekte hinterlegt. Man kann aber auch den Standard-Pfad ausgewählt lassen und einfach auf „OK“ klicken. Wenn man Eclipse zum ersten Mal öffnet, kann es etwas länger dauern, bis der Startvorgang abgeschlossen ist.

Ist Eclipse gestartet, erstellt ihr ein neues Projekt. Dazu wählt ihr im Reiter „File“ „New“ → „LeJOS EV3 Projekt“ aus.

Daraufhin öffnet sich ein neues Fenster mit dem Titel „New LeJOS EV3 Projekt“. Hier müsst ihr dem Programm einen Namen geben. Wir haben hier den Namen „Hallo Tim“ gewählt. Als nächstes muss im Unterpunkt JRE JavaSE-1.7 ausgewählt werden. Ist dies geschehen, könnt ihr mit einem Klick auf „Finish“ das Projekt erstellen lassen.

Im „Projekt Explorer“ an der linken Seite ist nun unser Projekt aufgeführt. Damit ihr anfangen könnt zu programmieren, muss als nächstes eine für die Programmiersprache Java übliche Haupt-Klasse erstellt werden. Dafür macht ihr einen Rechtsklick auf den Ordner Source, abgekürzt „src“. Im sich öffnenden Kontextmenü klickt ihr auf „New“ → „Class“.

Daraufhin öffnet sich wieder ein neues Fenster, nun mit dem Titel „New Java Class“. Hier müsst ihr der Hauptklasse einen Namen geben. Üblich ist der Name „Main“, den auch wir hier gewählt haben. Da es die Hauptklasse ist, solltet ihr die Boxen bei „public static void main (String[] args)“ und „Inherited abstract methods“ anhaken. Schließt das Fenster nun mit einem Klick auf „Finish“.

Zurück in Eclipse sehen wir die gerade angelegte Klasse „Main“. In dieser soll nun der Code für eine Displayausgabe geschrieben werden.

Die Java-Befehle dafür findet ihr in der LeJOS-API.

Wer nicht weiter weiß oder seinen Code mit unserem vergleichen möchte, findet im folgenden unsere Lösung.

Sollten bei euch die beiden Begriffe „LCD“ und „Delay“ als Fehler angezeigt werden, liegt das daran, dass die Interfaces nicht eingebunden wurden. Ihr müsst dann die benötigten Interfaces zunächst einbinden.

Euer erstes selbst geschriebenes Programm wollen wir jetzt natürlich auch auf den EV3 bringen. Dafür speichert ihr zunächst das Programm ab. Das funktioniert entweder mit dem entsprechenden Symbol in der Menüleiste oder mit der Tastenkombination „Strg + S“.

Danach soll das Programm auf den EV3 geladen werden. Dieser muss dafür per USB-Kabel an den Computer angeschlossen sein. Nun ladet ihr das Programm auf den Roboter, indem ihr auf den weißen Pfeil im grünen Kreis oben in der Menüleiste klickt. Es öffnet sich ein Fenster, welches euch fragt, welches Programm ihr laufen lassen wollt. Hier wählt ihr „LeJOS EV3 Programm“ aus und klickt auf „OK“.

Nachdem wir uns im letzten Praktikum die Lenkung angeeignet haben, wenden wir uns in diesem Praktikum Schleifen zu. So bezeichnet man Wiederholungen in Programmen.
Wenn du bisher noch kein c4ev3-Projekt in Eclipse angelegt hast, hilft dir unsere erste Praktikumsaufgabe dabei.

Zweck

Schleifen sind ein wichtiger Bestandteil von Programmen. Durch sie kann derselbe Vorgang mehrfach durchgeführt werden, ohne dass die gleichen Code-Zeilen immer wieder aufgeschrieben werden müssen. Dadurch ist es im Allgemeinen einfacher, den Überblick zu behalten.
Stellt euch vor, ihr würdet einen Vorgang mehrfach wiederholen wollen und schreibt dafür den Code immer wieder hintereinander auf. Wenn euch dann ein Fehler auffällt, müsst ihr diesen mühsam überall beheben. Mit einer Schleife geht die Korrektur viel einfacher und schneller. Somit helfen euch Schleifen dabei, einen guten Code zu programmieren.

Vorbereitung

Zur Vorbereitung erstellt ihr wie im vorherigen Praktikum zunächst ein neues c4ev3-Projekt. Wir starten diesmal mit einem „Empty Project“-Projekt, da wir die Befehle, welche Eclipse uns vorher abgenommen hat, nun selber vertiefen wollen.

Aufgabe

Programmiere den Roboter so, dass er ein kleines Quadrat fährt. Dazu soll der EV3 10 cm vorfahren und sich um 90° drehen. Dies muss er natürlich vier Mal machen, bis das Quadrat gefahren ist. Diesmal wollen wir den Befehl aber nur einmal programmieren und diese Programmierzeilen vier Mal ausführen lassen.

Die Befehle, die für dieses Praktikum notwendig sind, kannst du aus der EV3-API von c4ev3 heraussuchen, falls du sie nicht auswendig weißt. Wenn du gar nicht weiter kommst oder nicht weißt, wie du anfangen kannst, helfen dir die Tipps weiter unten vielleicht weiter. Aber versuche es erst ohne Hilfe.

Die Befehle für Schleifen in einer textuellen Programmiersprache sind abhängig von der gewählten Sprache. Da die grundlagen für Schleifen sich aber sehr ähnlich sind werden wir zum Thema Schleifen im Allgemeinen ein kleines Tutorial für euch erstellen, welches in Arbeit ist.

Für die Aufgabe sind API-Aufrufe von c4ev3 nötig. Sie regeln, welche Befehle an den EV3 weitergeleitet werden. Wir haben das EV3-API etwas weiter oben im Text bereits verlinkt.

Lösung

Das nachfolgende Listing zeigt das komplette Programm und damit auch eine mögliche Lösung.
Gerne könnt ihr eure Lösung mit dieser vergleichen. Wichtig ist aber, dass es hier nicht eine einzige richtige Lösung gibt. Teilt uns doch gerne mit, was ihr anders gemacht habt!

Wenn ihr gar nicht weiterkommt oder keine Ideen habt, wie ihr die Aufgabe angehen sollt, könnt ihr hier die Lösung anschauen. Wir empfehlen aber, in diesem Fall die vorherigen Praktika und diese Lösung genau nachzuvollziehen, um in den folgenden Praktika wieder voll einsteigen zu können.

Die nachfolgenden Praktikumsaufgaben sollen mit einigen kleinen Aufgaben die Plattform EV3-G erläutern. EV3-G ist eine grafische Programmiersprache. Dadurch ist das Tutorial für alle interessant, die sich mit dem Programmieren des EV3s auseinandersetzen möchten. Vorkenntnisse sind dafür nicht erforderlich.

Was EV3-G alles bietet und was die Vorteile zu anderen textuellen Programmierumgebungen für den LEGO® Mindstorms® EV3 sind, haben wir in einem gesonderten Artikel näher erläutert.

Die Voraussetzung, um im folgenden Tutorial mitmachen zu können, ist ein LEGO® Mindstorms® EV3 und die Entwicklungsumgebung für EV3-G. Wie man diese einrichtet, zeigen wir in der gesonderten Installationsanleitung.

Der EV3 ist aufgeladen und die EV3-Software ist installiert? Dann kann es ja losgehen! Nachfolgend noch eine Auflistung aller Praktikumsaufgaben für eine schnelle Navigation.

Alle EV3-G Praktikumsaufgaben

1. Praktikum: Erstellen eines Projekts
2. Praktikum: Motoren ansteuern
3. Praktikum: Ein Quadrat fahren
4. Praktikum: Der Einsatz von Schleifen
5. Praktikum: Ein Programm endlos ausführen
6. Praktikum: Den Tastsensor nutzen
7. Praktikum: Verbesserungen beim Tastsensor
8. Praktikum: Mit dem Ultraschallsensor stoppen
9. Praktikum: Dem Hindernis entwischen
10. Praktikum: Mit dem Lichtsensor stoppen
11. Praktikum: Wir folgen einer Linie

Im ersten EV3-G Artikel haben wir beschrieben, was EV3-G für Vor- und Nachteile hat. Bevor es mit dem Programmieren losgehen kann, müssen wir EV3-G jedoch installieren.

Installation

Die Installation von EV3-G ist relativ einfach. Zu Beginn müsst ihr euch für eine der beiden erhältlichen Varianten entscheiden, je nachdem welches EV3-Modell ihr besitzt. Es gibt den EV3 nämlich in zwei Varianten – der LEGO®-Home Edition und der LEGO® Education Version. Der einzige Unterschied in puncto Programmierung ist der Infrarot-Sensor, welcher bei der Education-Edition durch einen Ultraschall-Sensor ersetzt wurde. Darauf nehmen wir in den folgenden Praktika jedoch Rücksicht.

Installation Ev3-Home

Zuerst müsst ihr die benötigte Software herunterladen:

Downloadlink für den LEGO EV3-Home (Set 31313 in Karton-Box verpackt)

Nach dem Download ist die Installation recht linear und einfach durchzuführen.

Installation Ev3-Education

Zuerst müsst ihr die benötigte Software herunterladen:

Downloadlink für den LEGO EV3-Education (Set 45544 in Kunststoff-Box)

Nach dem Download ist die Installation recht linear und einfach durchzuführen. In der Education Version ist der Schüler-Modus ausreichend. Der Lehrermodus bietet Extras, die in unseren Praktika nicht benötigt werden.

EV3-G ist für viele die erste Wahl, wenn es ums Programmieren mit dem EV3 geht. Das liegt daran, dass diese Sprache von LEGO® selbst entwickelt wurde und daher im Regelfall problemlos funktioniert. Viele unserer Praktika führen wir ebenfalls mit EV3-G durch, denn es werden hier keine Programmierkenntnisse in einer textuellen Programmiersprache benötigt. EV3-G ist nämlich, wie das G verrät, eine grafische Sprache. Genaugenommen ist sie ein Blogeditor, in dem ihr mit verschiedenen Aktions- und Kontrollblöcken eigene Programme für den EV3 schreiben könnt.

Historie

LEGO® nutzt seit der ersten Generation der Mindstorms® einen grafischen Editor. So brachte schon der Mindstorms® RCX 1998 eine grafische Umgebung mit, welche im heutigen Vergleich recht rudimentär wirkt. Im Jahre 2000 kamen die LEGO® Spybotics mit einer abgespeckten Variante der grafischen Software auf den Markt.

Mit dem großen Sprung auf die Mindstorms® NXT 2006 kam eine deutlich verbesserte Version der grafischen Programmierung dazu. Die Sprache wurde schnell unter der Bezeichnung NXT-G bekannt.

Seit 2013 ist der bekannte Mindstorms® EV3 auf dem Markt und dessen Software ist eine deutliche Weiterentwicklung der Software NXT-G. Anfangs hat LEGO® die Softwarelizenzen von EV3-G zusätzlich zum EV3 verkauft, dies änderte sich jedoch recht schnell, da es viel Kritik aus der Gemeinschaft gab. Inzwischen ist die Software kostenlos herunterzuladen – der EV3 ist dadurch aber um den Preis einer Lizenz teurer geworden.  

EV3-G Installation

Die Installation von EV3-G ist relativ einfach. Zu Beginn müsst ihr euch für eine der beiden erhältlichen Varianten entscheiden, je nachdem welches EV3-Modell ihr besitzt. Es gibt den EV3 nämlich in zwei Varianten – der LEGO®-Home und der LEGO® Education Version. Der einzige Unterschied in puncto Programmierung ist der Infrarot-Sensor, welcher bei der Education-Edition durch einen Ultraschall-Sensor ersetzt wurde. Darauf nehmen wir bei den folgenden Praktika jedoch Rücksicht. Eine Bilderstrecke zur Installation findet ihr in unserem separaten Installationsartikel.

Vor- und Nachteile

EV3-G ist die von LEGO® eigens entwickelte Methode, den EV3 zu programmieren. Darum lässt sich der EV3 problemlos mit dem PC verbinden egal, ob per USB-Kabel, WLAN oder Bluetooth. Die Software ist komplett auf den EV3 zugeschnitten. So werden in der unteren rechten Ecke bei angeschlossenem EV3-Roboter relevante Informationen über die Motoren, die Sensoren und den Haupt-Brick angezeigt.

Ein Nachteil ist, dass die Sprache bei nicht richtig verbundenen Blöcken keine schnelle Auskunft über den Fehler gibt. Zwar sind die betroffenen Blöcke dann heller als die verbundenen, aber auch diese Anzeige ist kein zuverlässiger Indikator. Darüber hinaus ist das Erstellen komplexer Algorithmen in EV3-G fast unmöglich, denn sobald etwas aufwändigere mathematischen Formeln benötigt werden, ist die Sprache unübersichtlich und teilweise auch unbrauchbar.

Praktikum

Unser EV3-G Tutorial, in form eines Praktikums findet ihr hier. Es bietet einen schnellen Einstieg in die Programmierung des EV3 für alle, die kleine Projekte realisieren möchten. Aber auch für die unter euch mit ambitionierten Zielen, können einen schnellen Einstig in das Programmieren des EV3s finden.

Fazit

EV3-G ist super für den Einstieg in die Programmierung mit dem EV3 und eignet sich auch für größere Projekte – wer aber mit dem EV3 an Wettbewerben teilnehmen oder mit komplexen Programmen arbeiten möchte, sollte sich nach Alternativen umschauen. Die LEGO® EV3-Programmierungsumgebung ist eben in erster Linie ein weiteres Lehrmittel, also ein Werkzeug, das es Kindern und Studierenden auf einfache Weise ermöglichen soll, Programmierkonzepte zu entwickeln.

Neben EV3-G sind in den letzten Jahren viele weitere teils grafische, teils textuelle Sprachen für den EV3 entwickelt worden. Eine Übersicht aller Programmiersprachen für den EV3, findet ihr in unserem Übersichtsartikel.

In der dritten Praktikumsaufgabe zu c4ev3 wollen wir die Ansteuerung der Motoren unseres Roboters vertiefen. Wenn du bisher noch kein c4ev3-Projekt in Eclipse angelegt hast, hilft dir unsere erste Praktikumsaufgabe dabei.

Zweck

In praktisch allen Anwendungsfällen bewegen sich Roboter. Nachdem wir im letzten Praktikum das Vor- und Rückwärtsfahren behandelt haben, wollen wir uns nun dem Lenken widmen. Es gibt viele Roboter, die Gegenstände zu einem bestimmten Ziel transportieren. Dafür ist ein sicheres Navigieren notwendig. Bevor wir also größere Projekte realisieren können, befassen wir uns kurz damit, die Motoren unseres Roboters präzise anzusteuern, damit der Roboter exakte Kurven fährt und lernen gleichzeitig dabei, wie wir diese Bewegung in c4ev3 programmieren können.

Vorbereitung

Zur Vorbereitung erstellt ihr wie im vorherigen Praktikum zunächst ein neues c4ev3-Projekt. Wir starten wieder mit einem Hello World-Projekt, da uns Eclipse dadurch sehr viele Einstellungen abnimmt. Die C-Datei im Verzeichnis src, in der wir unseren Programmcode schreiben, können wir beliebig anpassen, um die gewünschte Aufgabe zu erfüllen. Wenn ihr die Programmierung direkt ausprobieren wollt, benötigt ihr einen EV3, der ähnlich dem Education Basismodell aufgebaut ist.

Aufgabe

Programmiere den Roboter so, dass er ein kleines Quadrat fährt. Dazu soll der EV3 genau 10 cm vorwärts fahren und sich um exakt 90° drehen. Diese beiden Schritte müssen dann noch drei Mal wiederholt werden, bis das Quadrat vollständig abgefahren ist.

Die Befehle, die für dieses Praktikum notwendig sind, kannst du aus der EV3-API von c4ev3 heraussuchen, falls du sie nicht auswendig weißt. Wenn du gar nicht weiterkommst oder nicht weißt, wie du anfangen kannst, helfen dir folgende Tipps vielleicht weiter. Aber versuche es erst ohne Hilfe.

Für die Aufgabe sind API-Aufrufe von c4ev3 nötig. Sie regeln, welche Befehle an den EV3 weitergeleitet werden. Wir haben das EV3-API etwas weiter oben im Text bereits verlinkt.

Lösung

Das nachfolgende Listing zeigt das komplette Programm und damit auch eine mögliche vollständige Lösung.
Wenn du gar nicht weißt, wie du die Aufgabe angehen sollst, kannst du dir hier die Lösung anschauen.