NXT

NXT-Stein

Der NXT des Spielwarenherstellers LEGO ist ein Steuerungscomputer der Produktserie Mindstorms. Er besitzt Anschlüsse für mehrere Sensoren und Aktoren, sowie USB- und Bluetooth-Schnittstellen. Der Computer kann über spezielle Programmiersprachen am PC programmiert werden. Der NXT wurde Anfang 2006 auf der Messe Consumer Electronics Show vorgestellt und ist ist seit Oktober 2006 in Deutschland erhältlich.

Besondere Merkmale

Mindstorms-Roboter

Die Hauptmerkmale sind ein ARM-Prozessor sowie neuentwickelte Geräusch- und Ultraschall-Sensoren^[1]. Außerdem lässt sich ein damit ausgerüsteter Roboter auch mit einem Mobiltelefon oder mit einem Computer per Bluetooth fernsteuern. Des Weiteren ist es möglich, ein mit Kamera ausgerüstetes Mobiltelefon als Kamerasensor zu nutzen.
Die hierzu erforderliche Software kann von der LEGO-Mindstorms-Website^[2] heruntergeladen werden. Dokumentationen, Software-Aktualisierungen, Software-Developer-Kits (SDK) und die Quellcodes der Firmware (ab Dezember 2006) sind dort ebenfalls zu finden.

Versionen

Das Mindstorms-NXT-Set (8527, Standardversion) ist seit Oktober 2006 in Deutschland erhältlich. Mittlerweile ist die Version 2.0 des NXT-Systems mit dem Set 8547 erhältlich.

Grundausstattung

Das Lego-Mindstorms-NXT-Set enthält:

• einen programmierbaren NXT-Stein mit 32-Bit-Mikroprozessor, Real-Sound-Lautsprecher, Bluetooth- und USB-Anschluss, vier Sensor- und drei Motoranschlüsse,
• drei Servomotoren mit eingebauten Rotationssensoren, Genauigkeit 1°

Motor mit eingebautem Drehsensor

• einen (NXT 1.0) bzw. 2 (NXT 2.0) Tastsensoren (Bild)
• Ultraschallsensor (Bild) Er kann den Abstand zwischen sich und einem Objekt messen. Der Messbereich liegt zwischen 6 cm und 255 cm.
• Lichtsensor (Bild) (NXT 1.0) bzw Farbsensor (NXT 2.0)
• Schallsensor (Bild) (NXT 1.0)
• sieben 6-Draht Anschlusskabel
• 619 Lego-Technik-Elemente
• Bauanleitungen
• Test-/Kalibrierungsunterlage
• NXT-G, eine grafische integrierte Entwicklungsumgebung für die Betriebssysteme Windows und Mac OS X (Apple)
• USB-Kabel.

Die mitgelieferte Programmierumgebung NXT-G v1.0 wurde in Zusammenarbeit mit National Instruments entwickelt und basiert auf der graphischen Programmiersprache LabVIEW. Seit dem 5. Dezember 2006 ist ein spezielles Toolkit von National Instruments erhältlich, mit welchem die Programmierung auch direkt in LabVIEW ab der Version 7.1 erfolgen kann. Bei der inzwischen erschienenen NXT-G v2.1 ist eine direkte Programmierung in LabVIEW aber nicht mehr möglich.

Hardware-Spezifikationen des NXT-Steins

• Atmel-ARM-Prozessor, AT91SAM7S256; 256 kB Flash-Speicher, 64 KB RAM, 48 MHz
• Koprozessor: Atmel 8-Bit AVR, ATmega48; 4 KB Flash-Speicher, 512 Byte RAM, 8 MHz
• Bluetooth: CSR BlueCore 4 v2.0 +EDR; unterstützt das Serial Port Profile (SPP), 26 MHz
• USB-2.0-Anschluss, 12 Mbit/s
• 3 Motorausgänge mit Rückkanal
• 4 Sensoreingänge, analog und digital (I²C) kombiniert
• der vierte Eingang kann als High-Speed-Port, entsprechend IEC 61158 Type 4/EN 50170, genutzt werden
• Punktmatrix LC-Anzeige; 100 × 64 Pixel, Abmessungen: 26 × 40,6 mm
• Soundausgabe mit 8-Bit-Auflösung und einer Samplingrate von 2 bis 16 kHz
• Open Source Firmware.

Verbindungskabel

Kabel

Die NXT-Grundpackung (Set 8527) und das Erweiterungsset (Set 8529) enthält sieben NXT-Verbindungskabel. ^[3]

Es handelt sich um ein sechspoliges Kabel mit einer Art RJ12-Stecker. Der einzige Unterschied zu einem RJ12-Stecker besteht darin, dass die Verbindungsnase seitlich und nicht mittig sitzt.

Es gibt auch Adapterkabel (Set 8528) zu den alten Verbindungskabeln des RCX. Somit können alle analogen Sensoren des RCX (Vorgänger des NXT) benutzt werden, allerdings wird hierfür bei der Standard-Programmierumgebung "NXT-G" ein (kostenloses) Update benötigt, damit die Sensoren angesprochen werden können.

Zubehör

Alle Sensoren und der NXT-Stein selbst sind auch einzeln erhältlich.

• Set 9798 Akku (9 V); 1400 mAh dazu passend 9833 Trafo
• Set 9693 Akku (10 V); 2100 mAh dazu passend 8887 Trafo
• Set 8529 enthält sieben NXT-Verbindungskabel; einmal 20 cm, viermal 35 cm, zweimal 50 cm
• Set 8528 enthält drei Adapterkabel für RCX-Motoren und -Sensoren
• Set 9797 Die Schulversion (431 Teile) des Mindstorms-NXT-Sets enthält seit 07/2010 einen 2100-mAh-Lithium-Ionen-Akku und drei Adapterkabel für den Anschluss von Lampen und älteren Motoren und Sensoren, Lego-Technik-Elemente. Die Software muss separat erworben werden, ist allerdings auch eine erweiterte Schulversion: LEGO 2000080. Sie enthält einen Robot-Educator (Lernprogramme mit 3D-Animationen), DATA Logging (Messdatenerfassung).

Außerdem gibt es mittlerweile diverse Sensoren von anderen Firmen, die nicht direkt von der NXT-G unterstützt werden. LEGO bietet mittlerweile aber eine Aktualisierung für NXT-G an, mit der man Blöcke dieser Sensoren einbinden kann.

Eine Sonderstellung hat hier die Firma HiTechnic, die seit dem 17. September 2007 offiziell mit LEGO zusammenarbeitet. HiTechnic hat die Erlaubnis erhalten, das offizielle Sensorengehäuse von LEGO zu verwenden. Außerdem vertreibt LEGO diese Sensoren nun auch selbst. Folgende Sensoren von HiTechnic wurden von LEGO ins Programm aufgenommen:

• Infrarot-Sucher
• Kreisel-Sensor
• Farbsensor
• Beschleunigungssensor
• Kompass-Sensor
• Temperatur-Sensor
• EOPD-Sensor

Lego verkauft auch den RFID-Sensor der Firma Codatex

Programmierung

Ultraschall-Entfernungsmesser

Neben der von der Lego bereitgestellten Programmierumgebung NXT-G existiert eine Vielzahl alternativer Programmiermöglichkeiten.

Alternative Programmiersprachen

Alternative Programmiersprachen ermöglichen es, eigene Programme zu schreiben und zu kompilieren, die wie die NXT-G-Programme direkt auf dem NXT laufen. Teils kommt hierfür eine eigene Firmware zum Einsatz, teils kann die Original-Firmware weiterverwendet werden.

• NBC (Next Byte Code) ist eine Sprache mit Assembler-ähnlicher Syntax
• NXC (Not eXactly C), eine Sprache mit C-ähnlicher Syntax
• leJOS, ein Java-Betriebssystem für NXT und RCX
• nxtOSEK, ein Echtzeit-Betriebssystem, das als einziges die native Ausführung von C- und C++-Code ermöglicht
• pbLua, eine Lua-Implementierung
• RobotC, von Robotics Academy vertriebene Sprache mit einer an C angelehnten Syntax
• LabVIEW, LabVIEW-Toolkit für LEGO MINDSTORM NXT

Ferngesteuerte Programmierung

Zur ferngesteuerten Programmierung werden Bibliotheken für Programmiersprachen angeboten, die den NXT über eine Bluetooth- oder USB-Verbindung fernsteuern können. Das Programm selbst läuft hierbei auf dem fernsteuernden Rechner. Hierzu zählen unter anderem:

• MindSqualls, eine Programmbibliothek für .NET, um Programme zu entwickeln, die den NXT per Bluetooth fernsteuern
• AForge.NET, enthält eine Programmbibliothek ähnlich MindSqualls
• RWTH - Mindstorms NXT Toolbox ^[4], Bibliothek (sowie Dokumentation und Beispiele), um den NXT aus MATLAB per Bluetooth oder USB zu steuern

Entwicklungsumgebungen

• BricxCC (Bricx Command Center), Entwicklungsumgebung für NXC und NBC
• Microsoft Robotics Studio 1.5, Visuelle Entwicklungsumgebung und 3D-Testumgebung für diverse Hardware-Plattformen (u.a. Lego Mindstoms NXT)
• ROBOLAB ab Version 2.9
• Tuxminds, visuelle Entwicklungsumgebung für diverse Hardware-Plattformen (Lego, Asuro, ...)

Simulationsumgebungen

• SimLejos, Dreidimensionale Simulationsumgebung für die Programmiersprache leJOS
• Virtual Worlds, Simulationsumgebung für die Programmiersprache RobotC für NXT

Wettbewerbe

Es gibt verschiedene Wettbewerbe für Lego Mindstorms wie z. B. den RoboCup. Der größte Wettbewerb ist die First Lego League.

Quellen

1. ↑ Hardwarespezifikation des LEGO NXT Systems
2. ↑ LEGO-NXT-Website
3. ↑ siehe inoffizielle Teileliste auf http://www.peeron.com/inv/sets/8527-1
4. ↑ RWTH - Mindstorms NXT Toolbox

Literatur

• Fraunhofer IAIS (2007): Roberta - Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms NXT (deutschsprachig). Fraunhofer Verlag IRB, ISBN 978-3-8167-7807-3
• Mario Ferrari et al. (2007): Building Robots with Lego Mindstorms Nxt (englischsprachig). Syngress Media, ISBN 978-1-59749-152-5
• Daniel Braun (2009): Roboter programmieren mit NXC für LEGO MINDSTORMS NXT (deutschsprachig). Mitp-Verlag, ISBN 3-8266-5070-0

Weblinks

• Offizielle NXT-Webseite mit Technischem Support, Communitybereich, Downloads, Links und mehr. (englisch)
• NBC / NXC -Homepage - Programmiersprachen mit Assembler- / C-ähnlicher Syntax
• Inoffizielle NXT-Webseite mit weiterführenden Links und Informationen
• Deutsches Tutorial zur Programmierung des NXT mit NXC (Not eXactly C) (auch für Linux)
• LeJOS-Homepage - Java-Virtual Machine für den NXT (NXJ), Beta-Stadium
• Deutsches Nationalkomitee RoboCup
• LEGO Mindstorms NXT − Programmiersprachen im Überblick. Fraunhofer IAIS, abgerufen am 21. September 2010.