Lego Mindstorms

Lego Mindstorms (eigene Schreibweise LEGO Mindstorms) ist eine Produktserie des dänischen Spielwarenherstellers Lego. Kernstück der Produktserie ist ein programmierbarer Legostein (RCX = Robotics Command System oder NXT oder EV3) sowie Elektromotoren, Sensoren und Lego-Technic-Teile (Zahnräder, Achsen, Lochbalken, Pneumatik-Teile usw.), um Roboter und andere autonome und interaktive Systeme zu konstruieren und zu programmieren. Eine Ergänzung zu Mindstorms stellen die Lego Spybotics dar, die einen programmierbaren Legostein mit zwei Motoren und Sensoren besitzen. Die Vorläufer der Mindstorms-Serie waren die Cybermaster und Technic-Control-Center-Sets.

Marketingkanal: Integration in den Schulunterricht

Obwohl das Produkt ein technisches Spielzeug ist, kann es ebenso (wie von Lego und dem MIT ursprünglich auch als Marketingkanal geplant) als Lehrmittel eingesetzt werden.[1] Im Unterricht kann es als Beispiel für ein eingebettetes System (embedded system), bei dem ein Mikrocontroller mit elektromechanischen Teilen und Sensoren zusammenarbeitet, genutzt werden. Beinahe alle Arten von mechanischen Anlagen mit eingebetteten Systemen, von der Aufzugsanlage bis hin zu Industrierobotern, können mit Mindstorms nachgebaut werden. Zudem ist der Bereich „Robotik“ in Bildungsplänen, beispielsweise in den Begabtenkursen der Technischen Universität Hamburg zur Schulinformatik, vorgesehen[2] oder deutschlandweit im Rahmen der Fraunhofer-Initiative „Roberta – Lernen mit Robotern“[3] und wird in der Regel mit Lego Mindstorms umgesetzt. In diesem Zusammenhang können auch handlungsorientiert informatische Grundlagen wie das EVA-Prinzip und Kontrollstrukturen behandelt werden. Für Lego gehört dieser Marketingkanal zu der von vielen Spielzeugherstellern fokussierten lebenslangen Bindung der Kunden an die Produkte bzw. die Marke.[4]

Systeme
Der RCX (Version 1.0)
Der RCX (Version 2.0) auf einem teilweise zerlegten Standardroboter

Mindstorms Robotics Invention System (RIS) 1.0 bis 2.0

Die Mindstorms-Versionen RIS 1.0, 1.5 und 2.0 unterscheiden sich hardwareseitig nur wenig: In Version 1.0 hat die RCX-Einheit eine Buchse für externe Stromversorgung, die in den späteren Versionen eingespart wurde; mit Version 2.0 wurde der Infrarot-Sender („Tower“), der an den Computer angeschlossen wird, von serieller Schnittstelle auf USB-Anschluss umgestellt. Auch die Software der älteren Versionen kann durch ein Update auf den neusten Stand aktualisiert werden.

Mindstorms NXT
Lego NXT-Hauptbaustein

Anfang 2006 präsentierte Lego auf der Consumer Electronics Show ein neues Mindstorms-System namens NXT. Zwischenzeitlich ist die Version NXT 2.0 erschienen.

Mindstorms EV3
Brick des Lego Mindstorms EV3

Am 7. Januar 2013 präsentierte Lego auf der Consumer Electronics Show ein neues Mindstorms-System namens EV3, die erste offizielle Ankündigung erfolgte am 4. Januar 2013.[5] EV3 ist eine Weiterentwicklung (Evolution) des Lego-Mindstorms-NXT-Systems.[6]

Der EV3 ist seit September 2013 erhältlich[7] und wurde 2020 als bald auslaufendes Modell gekennzeichnet. Ein echter Nachfolger für das EV3-Modell wurde noch nicht vorgestellt.

Das EV3-Set sollte zu den NXT-Komponenten kompatibel sein: Grundsätzlich ist die neue EV3-Software mit dem NXT-Stein kompatibel, allerdings gibt es ein paar Einschränkungen.[8]

Die Neuerungen sind:[9]

  • neuer Brick:
    • ARM 9 Prozessor
    • 16 MB Flash-Speicher
    • mit einer SD-Karte erweiterbar (Micro-SD bis 16 GB)
    • 64 MB Arbeitsspeicher
    • ein auf Linux basierendes Betriebssystem
    • Unterstützung eines USB-Host-Mode und Anschluss von WLAN-Dongles
    • Bluetooth 2.1
    • ein größeres Matrix-Display (178 × 128 Pixel)
    • mehr Tasten (4 Richtungs-, 1 Auswahltaste, 6. Taste)
    • Anschlussbuchsen für 4 Sensoren und 4 Motoren (NXT: 3 Motoren)
  • IR-Beacon für das Zusammenspiel mit dem Infrarot-Sensor

Es werden zwei Startpakete, das Mindstorms EV3 Education Core (45544) und das Mindstorms EV3 Home Edition (31313) des EV3-Systems, angeboten. Die Home Edition enthält keine Datenträger, sondern entsprechende Software ist über Legos Website herunterzuladen. Beigelegt wird eine gedruckte Bauanleitung für nur ein Modell. Weitere Bauanleitungen und Programmierungen sind über Legos Website herunterzuladen.

Mindstorms 51515 Robot Inventor
Screenshot der App "Lego Mindstorms 10.0.3" für Windows

Im Juni 2020 stellte Lego das neue „Lego Mindstorms Robot Inventor“ (Nummer 51515) der Öffentlichkeit vor.[10] Hub (Hub No. 13, Nummer 67718), Motoren und Sensoren sind baugleich mit SPIKE Prime (Großer Hub, Nummer 45601) von LEGO Education. Der Hub kann mit einer an Scratch 3 angelehnten Programmiersprache oder MicroPython programmiert werden.[11] Die Stecker (LPF 2) sind kompatibel zu Spike Prime, Boost, WeDo 2.0 und Powered Up.[12] Die Motoren haben eingebaute Sensoren zu Erfassung der Position.

Vergleich der Systeme
RCX NXT EV3 Robot Inventor (Hub No. 13)
Veröffentlichung 1998 Juli 2006 September 2013 Juni 2020
Display Monochromes
Segment-LCD		 Monochromes
LCD, 100×64 Pixel		 Monochromes
LCD, 178×128 Pixel		 Monochromes
LED, 5×5 Pixel
Prozessor Hitachi H8/300
16 MHz		 Atmel AT91SAM7S256
(ARM7TDMI core)
48 MHz		 TI Sitara AM1808
(ARM926EJ-S core)
300 MHz		 STMicroelectronics STM32F413xG
(ARM Cortex-M4 CPU)
100 MHz
Speicher 32 kB RAM
16 kB Flash		 64 kB RAM
256 kB Flash		 64 MB RAM
16 MB Flash
microSDHC Slot		 32 MB RAM

320 kB SRAM
1 MB Flash

Anzahl der Eingänge 3 4 4 6b
Anzahl der Ausgänge 3 3 4 6b
USB Host Port
WLAN a
Bluetooth
a via USB
b als Ein- und Ausgänge nutzbar

Bausystem
Fix = Teil zum Fixieren, Lag = Teil zum Lagern

Mindstorms verwendet das relativ einfache Stecksystem von Lego Technic.

Ausgehend davon bietet Lego auch diverse Bauanleitungen für verschiedene Roboter auf ihrer Webseite an.[13]

Wettbewerbe

Mit dem Lego-Mindstorms-System werden für Schülerinnen und Schüler regelmäßig internationale Wettbewerbe wie zum Beispiel die World Robot Olympiad[14] oder die First Lego League[15] ausgerichtet.

Siehe auch

Literatur
  • Uwe Haneke, Matthias Mruzek-Vering: Das LEGO-Mindstorms-Handbuch – spielend zur Informatik mit EV3-Robotern. dpunkt.verlag, 2018, ISBN 978-3-86490-424-0.
  • Trella Sebastian, Thorsten Leimbach: Roberta Programmieren mit LabVIEW. 2014, ISBN 978-3-8396-0692-6.
  • Frank Knefel: Lego Mindstorms NXT – Einführung in die Roboter-Programmierung mit NXC und Roberta. Open Source Press, 2013, ISBN 978-3-941841-85-7.
  • Matthias Paul Scholz: Roboterwesen bauen und programmieren: Ein Einstieg in Lego Mindstorms NXT. 2., überarbeitete Auflage. mitp, 2012, ISBN 978-3-8266-9446-2.
  • Matthias Paul Scholz, Thorsten Leimbach, Beate Jost: Das EV3 Roboter Universum. mitp, 2014, ISBN 978-3-8266-9473-8.
  • Matthias Paul Scholz: Lego-Shooter. Sechs Roboter mit dem Zamor-Werfer für Lego Mindstorms EV3. mitp, 2014, ISBN 978-3-8266-9399-1.
  • Fraunhofer IAIS: Roberta Bd. 1 – Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms RCX. Fraunhofer IRB Verlag, 2008, ISBN 978-3-8167-7808-0.
  • Fraunhofer IAIS: Roberta Bd. 1 – Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms NXT. Fraunhofer IRB Verlag, 2008, ISBN 978-3-8167-7807-3.
  • Brian Bagnall: Maximum Lego NXT: Building Robots with Java Brains. Variant Press, 2007, ISBN 0-9738649-1-5.
  • Dave Baum: Definitive Guide to Lego Mindstorms, 2nd ed. APress, 2002, ISBN 1-59059-063-5.
  • Ferrari et al.: Building Robots With Lego Mindstorms: The Ultimate Tool for Mindstorms Maniacs. Syngress, 2001, ISBN 1-928994-67-9.
  • Benjamin Erwin: Creative Projects with Lego Mindstorms (book and CD-ROM). Addison-Wesley, 2001, ISBN 0-201-70895-7.
  • Dave Baum, Michael Gasperi, Ralph Hempel, Luis Villa: Extreme Mindstorms: an Advanced Guide to Lego Mindstorms. Apress, 2000, ISBN 1-893115-84-4.
Commons: Lego Mindstorms – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise
  1. Roberta – Lernen mit Robotern. iais.fraunhofer.de, abgerufen am 14. November 2014.
  2. robotikkurse. TUHH hrsg=dual.tuhh.de, 22. Januar 2014, abgerufen am 22. Januar 2014.
  3. Roberta-Netzwerk. iais.fraunhofer.de, abgerufen am 14. November 2014.
  4. Saskia Diehl, Franz-Rudolf Esch, Dominika Gawlowski: Marketingstrategie: Markenbindung für das ganze Leben. Handelsblatt, 24. November 2009, archiviert vom Original am 4. November 2012; abgerufen am 9. November 2012.
  5. mindstorms.lego.com
  6. roberta-home.de (Memento vom 12. Mai 2014 im Internet Archive)
  7. dienxteebene.blogspot.de
  8. http://robotsquare.com/2013/07/16/ev3-nxt-compatibility/
  9. Mindstorms EV3: Lego kündigt neuen Robotikbaukasten an. Heise online. Abgerufen am 30. August 2013.
  10. Jetro de Château: The new MINDSTORMS is here! in: HispaBrick Magazine, 12. Juni 2020, abgerufen 14. Juni 2020
  11. Nathan: Review: 51515 - Mindstorms Robot Inventor. In: Rebrickable. 25. Oktober 2020, abgerufen am 5. Dezember 2020 (englisch).
  12. Philippe Hurbain: The Powered Up connector. Abgerufen am 4. Dezember 2020 (englisch).
  13. Baue einen Roboter. - Mindstorms LEGO.com. Abgerufen am 15. Juni 2017.
  14. Website zur World Robot Olympiad von „Technik begeistert e. V.“
  15. Webseite für Zentral-Europa von „Hands on Technology“: first lego league
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