Staubsaugroboter

#import "@preview/polylux:0.4.0": slide, enable-handout-mode // ── Farbpalette ────────────────────────────────────────────────────────────── #let C-BLUE = rgb("#0d47a1") #let C-MID = rgb("#1565c0") #let C-LIGHT = rgb("#e3f2fd") #let C-AMBER = rgb("#e65100") #let C-AMBER-L = rgb("#fff3e0") #let C-GREEN = rgb("#2e7d32") #let C-GREEN-L = rgb("#e8f5e9") #let C-RED-L = rgb("#fce4ec") #let C-YELLOW = rgb("#fff8e1") #let C-WHITE = white #let C-DARK = rgb("#212121") #let C-GREY = rgb("#757575") // ── Globale Einstellungen ───────────────────────────────────────────────────── #set page(paper: "presentation-16-9", fill: C-WHITE, margin: 0pt) #set text(font: "Fira Sans", size: 19pt, fill: C-DARK) #set list(indent: 0.5em, spacing: 0.7em) // ── Hilfs-Komponenten ───────────────────────────────────────────────────────── #let make-header(title) = block( fill: C-BLUE, width: 100%, inset: (x: 1.4em, y: 0.55em), )[ #text(fill: C-WHITE, size: 25pt, weight: "bold")[#title] ] #let make-footer = block( fill: C-LIGHT, width: 100%, inset: (x: 1.4em, y: 0.4em), )[ #text(size: 13pt, fill: C-GREY)[Roboter im Alltag · 9. Klasse] ] #let body(content) = pad(x: 1.4em, top: 0.9em, bottom: 0.2em)[#content] #let content-slide(title, content) = slide[ #set page(footer: make-footer) #make-header(title) #body(content) ] // Impuls-Folie: Schüler:innen denken zuerst #let think-slide(question, task: none, time: none) = slide[ #set page(fill: C-AMBER) #align(center + horizon)[ #text(size: 30pt, fill: C-WHITE)[🤔] #v(0.4em) #block(width: 80%)[ #text(size: 28pt, weight: "bold", fill: C-WHITE)[#question] ] #if task != none [ #v(0.6em) #block( fill: white.transparentize(85%), inset: (x: 1.2em, y: 0.6em), radius: 8pt, width: 70%, )[ #text(size: 19pt, fill: C-WHITE)[#task] ] ] #if time != none [ #v(0.5em) #text(size: 16pt, fill: white.transparentize(20%))[⏱ #time] ] ] ] #let infobox(color: C-LIGHT, title: none, content) = block( fill: color, width: 100%, inset: 0.8em, radius: 6pt, stroke: (left: 4pt + C-BLUE), )[ #if title != none [#text(weight: "bold")[#title \ ]] #content ] #let step-box(n, content) = grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.6em, block(fill: C-BLUE, inset: (x: 0.6em, y: 0.4em), radius: 6pt)[ #text(fill: white, weight: "bold")[#n] ], align(horizon)[#content], ) #let sensor-card(emoji, name, use) = block( fill: C-LIGHT, inset: 0.7em, radius: 8pt, width: 100%, )[ #text(size: 24pt)[#emoji] #h(0.3em) #text(weight: "bold", fill: C-BLUE)[#name] \ #text(size: 16pt, fill: C-GREY)[#use] ] #let section-slide(part, title, subtitle, fill: C-MID, text-muted: rgb("#90caf9"), text-sub: rgb("#bbdefb")) = slide[ #set page(fill: fill) #align(center + horizon)[ #text(size: 18pt, fill: text-muted)[#part] #v(0.2em) #text(size: 38pt, weight: "bold", fill: C-WHITE)[#title] #v(0.2em) #text(size: 20pt, fill: text-sub)[#subtitle] ] ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // TITELFOLIE // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #slide[ #set page(fill: C-BLUE) #align(center + horizon)[ #text(size: 16pt, fill: rgb("#90caf9"))[🤖 Roboter im Alltag] #v(0.5em) #text(size: 42pt, weight: "bold", fill: C-WHITE)[Staubsaugroboter] #v(0.3em) #text(size: 22pt, fill: rgb("#bbdefb"))[ Sensoren · Navigation · Eigener EV3-Roboter ] #v(0.8em) #block(fill: rgb("#1565c0"), inset: (x: 1.2em, y: 0.5em), radius: 6pt)[ #text(size: 15pt, fill: rgb("#90caf9"))[9. Klasse · Informatik] ] ] ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // AGENDA // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #content-slide("Heutiger Ablauf")[ #v(0.4em) #grid(columns: 2, gutter: 0.8em, step-box("1", [*Staubsaugroboter* – Was steckt dahinter?]), step-box("2", [*EV3-Sensoren* – Was brauchen wir?]), step-box("3", [*Navigation* – Wie fährt der Roboter?]), step-box("4", [*Ideenfindung* – Euer eigener Roboter]), ) ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // TEIL 1 – STAUBSAUGROBOTER // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #section-slide("Teil 1", "🏠 Staubsaugroboter", "Was steckt dahinter?") // ── Impuls 1a ──────────────────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Kennt ihr einen Staubsaugroboter – aus dem Alltag, aus der Werbung oder aus einem Video?", task: [Tauscht euch kurz mit eurer Nachbarperson aus:\ Was weiß ihr schon darüber?], time: "2 Minuten", ) // ── Auflösung 1a ───────────────────────────────────────────────────────────── #content-slide("Was ist ein Staubsaugroboter?")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ - Autonomes Haushaltsgerät - Saugt Böden *ohne menschliche Steuerung* - Erkennt Hindernisse & Stufen selbstständig - Kehrt zur Ladestation zurück - Bekanntestes Modell: *iRobot Roomba* (seit 2002) ], [ #infobox(title: "Typische Merkmale")[ - Runde oder D-förmige Form - Bürsten unter dem Gerät - Schmutzbehälter & Filter - WLAN / App-Steuerung ] #v(0.5em) #infobox(color: C-YELLOW, title: "💡 Wusstest du?")[ #text(size: 16pt)[ Roomba (2002) war der erste\ kommerzielle Staubsaugroboter –\ heute: Milliarden-Markt, 50+ Hersteller. ] ] ] ) ] // ── Impuls 1b ──────────────────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Welche Probleme muss ein Staubsaugroboter lösen, um einen ganzen Raum zu putzen?", task: [Sammelt gemeinsam an der Tafel:\ Was muss der Roboter *können*?], time: "3 Minuten", ) // ── Auflösung 1b ───────────────────────────────────────────────────────────── #content-slide("Grundprobleme – und wie sie gelöst werden")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ *Was muss der Roboter lösen?* #v(0.4em) #step-box("1", [Hindernisse erkennen & ausweichen]) #v(0.3em) #step-box("2", [Absturzkanten (Stufen) erkennen]) #v(0.3em) #step-box("3", [Den gesamten Bereich abfahren]) #v(0.3em) #step-box("4", [Zur Ladestation zurückfinden]) ], [ *Verbaute Technik (Roomba):* - Infrarot-Sensoren (Kanten) - Stoßsensor / Bumper vorne - Optischer Bodensensor - Kamera / LiDAR (neuere Modelle) - Encoder an den Rädern #v(0.3em) #infobox(color: C-GREEN-L, title: "🧠 Neuere Modelle")[ #text(size: 16pt)[ Erstellen automatisch eine Karte\ der Wohnung (SLAM-Verfahren) ] ] ] ) ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // TEIL 2 – EV3 SENSOREN // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #section-slide("Teil 2", "🔧 EV3-Sensoren", "Was brauchen wir für den Nachbau?") // ── Impuls 2a ──────────────────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Stellt euch vor, ihr seid blind in einem unbekannten Zimmer. Wie orientiert ihr euch?", task: [Was würdet ihr benutzen – und wie übertragt ihr\ das auf einen Roboter?], time: "2 Minuten", ) // ── Impuls pro Sensor ──────────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Ein Sensor misst Schallwellen, die er selbst aussendet. Was könnte er damit erkennen?", task: [Überlegt: Wofür wäre das beim Staubsaugroboter nützlich?], time: "1 Minute", ) #content-slide("Sensor 1 – Ultraschallsensor 📡")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ *Wie funktioniert er?* - Sendet Ultraschallwellen aus - Misst Zeit bis Echo zurückkommt - Berechnet *Distanz* (3–250 cm) #v(0.4em) *Beim Staubsaugroboter:* - Hindernisse *vor* dem Roboter erkennen - Rechtzeitig bremsen & ausweichen - Wände als Orientierungspunkte nutzen ], [ #infobox(color: C-GREEN-L, title: "✅ Wichtig für uns")[ *Unverzichtbar* – ohne ihn\ fährt der Roboter gegen alles. ] #v(0.5em) #infobox(title: "⚠️ Einschränkungen")[ - Erkennt weiche/schräge Flächen\ schlechter - Nur in Blickrichtung - Keine 360°-Erkennung ] ] ) ] #think-slide( "Wie könnte ein Roboter merken, dass er gleich eine Treppe hinunterfällt?", task: [Welcher Sensor könnte das lösen – und wie müsste er montiert sein?], time: "1 Minute", ) #content-slide("Sensor 2 – Farbsensor 🌈")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ *Wie funktioniert er?* - Erkennt Farben & Lichtintensität - Auch als *Helligkeitssensor* nutzbar #v(0.4em) *Beim Staubsaugroboter:* - *Kanten & Stufen* erkennen\ (Helligkeit ändert sich → Absturzkante) - Teppich vs. Hartboden unterscheiden - Farbmarkierungen als Grenze nutzen ], [ #infobox(color: C-GREEN-L, title: "✅ Wichtig für uns")[ Verhindert, dass der Roboter\ *Treppen hinunterfällt* –\ zeigt auf den Boden gerichtet. ] #v(0.5em) #infobox(color: C-YELLOW, title: "💡 Tipp")[ Schwarzes Klebeband als\ „virtuelle Wand" → Roboter\ bleibt im markierten Bereich. ] ] ) ] #think-slide( "Was passiert, wenn der Ultraschall ein Hindernis zu spät erkennt – z.B. ein dünnes Tischbein?", task: [Welchen zweiten Sensor könnte man als Backup nutzen?], time: "1 Minute", ) #content-slide("Sensor 3 – Berührungssensor 🤜")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ *Wie funktioniert er?* - Einfacher *Druckschalter* - Meldet: gedrückt / losgelassen - Sehr zuverlässig & günstig #v(0.4em) *Beim Staubsaugroboter:* - Als *Frontstoßstange* vorne anbringen - Erkennt Kollisionen, die der\ Ultraschall nicht sieht ], [ #infobox(color: C-GREEN-L, title: "✅ Sinnvoll")[ Backup-Sicherheit für Objekte,\ die für Ultraschall unsichtbar\ sind (z. B. Tischbeine). ] #v(0.5em) #infobox(title: "📌 Einbau-Tipp")[ Vorne links & rechts montiert\ = breitere Kollisionserkennung ] ] ) ] #think-slide( "Wie könnte ein Roboter eine genaue 90°-Kurve fahren – ohne nachzumessen?", task: [Was braucht er dafür? Welche Information fehlt ihm ohne diesen Sensor?], time: "1 Minute", ) #content-slide("Sensor 4 – Gyrosensor 🔄")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ *Wie funktioniert er?* - Misst *Drehrate* (°/Sekunde) - Berechnet den genauen *Drehwinkel* #v(0.4em) *Beim Staubsaugroboter:* - Präzise 90°-Kurven drehen - Gerade Linien fahren - Navigationsmuster genau einhalten ], [ #infobox(color: C-GREEN-L, title: "✅ Für Präzision")[ Ohne Gyro dreht der Roboter\ nur *ungefähr* – mit Gyro\ werden Muster viel sauberer. ] #v(0.5em) #infobox(color: C-RED-L, title: "⚠️ Drift")[ #text(size: 16pt)[ Der Gyro kann über Zeit\ leicht ungenau werden\ (→ Kalibrierung nötig) ] ] ] ) ] // ── Impuls: Sensor-Auswahl ──────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Ihr habt nur 2 Sensor-Ports frei. Welche zwei Sensoren wählt ihr – und warum?", task: [Einigt euch in der Gruppe auf eine Antwort\ und begründet eure Wahl.], time: "3 Minuten", ) #content-slide("Sensoren im Überblick")[ #v(0.3em) #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 0.8em, sensor-card("📡", "Ultraschallsensor", "Hindernisse erkennen – MUSS"), sensor-card("🌈", "Farbsensor", "Kanten & Stufen – MUSS"), sensor-card("🤜", "Berührungssensor", "Kollisionssicherheit – EMPFOHLEN"), sensor-card("🔄", "Gyrosensor", "Präzise Navigation – EMPFOHLEN"), ) #v(0.5em) #infobox(color: C-GREEN-L)[ *Fazit aus der Diskussion:* Ultraschall & Farbsensor sind das Minimum –\ Berührungssensor & Gyro machen den Roboter deutlich robuster. ] ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // TEIL 3 – NAVIGATION // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #section-slide("Teil 3", "🗺️ Navigation", "Wie fährt der Roboter einen Bereich ab?") // ── Impuls 3a: Raumskizze ──────────────────────────────────────────────────── #think-slide( "Wie würdet ihr diesen Raum putzen, wenn ihr der Roboter wärt?", task: [Zeichnet auf dem Papier eine Linie, die zeigt,\ welchen Weg euer Roboter fahren würde.\ Ihr habt 3 Minuten – dann vergleichen wir!], time: "3 Minuten", ) // ── Strategien: Überblick ──────────────────────────────────────────────────── #content-slide("Navigationsstrategien – was haben echte Roboter?")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 0.8em, [ #infobox(title: "🎲 Zufallsbewegung")[ Fahre geradeaus, erkenne\ Hindernis → drehe zufällig,\ fahre weiter. ] #v(0.4em) #infobox(title: "🌀 Spiralmuster")[ Start in der Mitte, fahre\ spiralförmig nach außen. ] ], [ #infobox(title: "↕️ Zeilenweise (Boustrophedon)")[ Fahre Reihen ab wie beim\ Rasenmähen – Zeile für Zeile. ] #v(0.4em) #infobox(title: "🧱 Wandfolge")[ Folge einer Wand, dann\ systematisch einwärts. ] ] ) #v(0.3em) #infobox(color: C-GREEN-L)[ Echte Roboter *kombinieren* oft mehrere Strategien! ] ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // TEIL 4 – IDEENFINDUNG // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #section-slide( "Teil 4", "💡 Ideenfindung", "Euer eigener EV3-Staubsaugroboter", fill: C-GREEN, text-muted: rgb("#a5d6a7"), text-sub: rgb("#c8e6c9"), ) #content-slide("Eure Aufgabe")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 1em, [ Entwickelt in *Gruppen (2–3 Personen)*\ ein Konzept für euren EV3-Roboter: #v(0.5em) #step-box("1", [*Bau*: Form & Sensor-Montage skizzieren]) #v(0.4em) #step-box("2", [*Sensoren*: Auswahl begründen]) #v(0.4em) #step-box("3", [*Strategie*: Navigationsmuster wählen]) #v(0.4em) #step-box("4", [*Extras*: Was macht euren Roboter besonders?]) ], [ #infobox(title: "📋 Konzeptskizze (Ergebnis)")[ - Zeichnung / Skizze des Aufbaus - Sensoren & Begründung - Beschreibung der Strategie - Pseudocode / Programmschritte ] #v(0.4em) #infobox(color: C-YELLOW, title: "⏱️ Zeit")[ ~25 Minuten Gruppenarbeit,\ dann kurze Vorstellung\ der Ideen im Plenum ] ] ) ] #content-slide("Leitfragen für eure Planung")[ #grid(columns: (1fr, 1fr), gutter: 0.8em, [ *🔧 Zum Aufbau:* - Welche Form hat euer Roboter? - Wie befestigt ihr die Sensoren? - Wie breit ist euer Roboter?\ (→ beeinflusst Navigationsmuster!) ], [ *💻 Zur Programmierung:* - Welche Strategie wählt ihr? - Wie reagiert der Roboter\ auf ein Hindernis? - Wie genau dreht er sich? ] ) #v(0.6em) #infobox(color: C-GREEN-L, title: "🚀 Bonusfragen")[ - Wie erkennt der Roboter, dass er fertig ist? - Wie findet er zur Ladestation (Startpunkt) zurück? - Wie verhält er sich auf einem Teppich (Farbsensor!)? ] ] // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ // ABSCHLUSSFOLIE // ════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #slide[ #set page(fill: C-BLUE) #align(center + horizon)[ #text(size: 42pt, fill: C-WHITE)[🤖] #v(0.3em) #text(size: 34pt, weight: "bold", fill: C-WHITE)[Viel Spaß beim Tüfteln!] #v(0.5em) #text(size: 20pt, fill: rgb("#bbdefb"))[ Auch echte Ingenieur:innen scheitern oft beim ersten Versuch –\ das gehört dazu. ] #v(1em) #block(fill: rgb("#1565c0"), inset: (x: 1.5em, y: 0.7em), radius: 8pt)[ #text(fill: rgb("#90caf9"), size: 16pt)[ *Heute:* Ideenfindung & Konzept · *Nächste Stunde:* Bau & erste Tests ] ] ] ] // ── Hilfs-Komponenten ───────────────────────────────────────────────────────── #let make-header(title) = block( fill: C-BLUE, width: 100%, inset: (x: 1.4em, y: 0.55em), )[ #text(fill: C-WHITE, size: 25pt, weight: "bold")[#title] ] #let make-footer = block( fill: C-LIGHT, width: 100%, inset: (x: 1.4em, y: 0.4em), )[ #text(size: 13pt, fill: C-GREY)[ Roboter im Alltag · 9. Klasse ] ] #let body(content) = pad(x: 1.4em, top: 0.9em, bottom: 0.2em)[#content] #let content-slide(title, content) = slide[ #set page(footer: make-footer) #make-header(title) #body(content) ] #let infobox(color: C-LIGHT, title: none, content) = block( fill: color, width: 100%, inset: 0.8em, radius: 6pt, stroke: (left: 4pt + C-BLUE), )[ #if title != none [#text(weight: "bold")[#title \ ]] #content ] #let sensor-card(emoji, name, use) = block( fill: C-LIGHT, inset: 0.7em, radius: 8pt, width: 100%, )[ #text(size: 26pt)[#emoji] #h(0.3em) #text(weight: "bold", fill: C-BLUE)[#name] \ #text(size: 17pt, fill: C-GREY)[#use] ] #let step-box(n, content) = grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.6em, block( fill: C-BLUE, inset: (x: 0.6em, y: 0.4em), radius: 6pt, )[#text(fill: white, weight: "bold")[#n]], align(horizon)[#content], ) #let section-slide(part, title, subtitle, fill: C-MID, text-muted: rgb("#90caf9"), text-sub: rgb("#bbdefb")) = slide[ #set page(fill: fill) #align(center + horizon)[ #text(size: 18pt, fill: text-muted)[#part] #v(0.2em) #text(size: 38pt, weight: "bold", fill: C-WHITE)[#title] #v(0.2em) #text(size: 20pt, fill: text-sub)[#subtitle] ] ]

#import "@preview/cetz:0.4.2": canvas, draw #let C-ACC = rgb("#6a1b9a") // lila #let C-LITE = rgb("#f3e5f5") #let C-CODE = rgb("#f5f5f5") #let C-DARK = rgb("#212121") #let C-GREY = rgb("#757575") #let C-GRN = rgb("#1b5e20") #let C-RED = rgb("#b71c1c") #set page(paper: "a4", margin: (top: 1.4cm, bottom: 1.5cm, x: 1.8cm)) #set text(font: "Fira Sans", size: 10.5pt, fill: C-DARK) #set par(spacing: 0.55em) #let ab-header(icon, title) = { block(fill: C-ACC, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.55em), radius: (top: 6pt))[ #grid( columns: (1fr, auto), text(size: 17pt, weight: "bold", fill: white)[#title], text(size: 22pt)[#icon], ) ] block(fill: C-LITE, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.45em), radius: (bottom: 6pt), below: 0.9em)[ #grid( columns: (2fr, 1fr, 1fr), gutter: 1.5em, [Name: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Klasse: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Datum: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], ) ] } #let section(title) = { v(0.5em) block(fill: C-ACC.lighten(88%), width: 100%, inset: (x: 0.7em, y: 0.38em), radius: 4pt, stroke: (left: 3pt + C-ACC))[ #text(weight: "bold", fill: C-ACC)[#title] ] v(0.25em) } #let step(n, content) = { v(0.25em) grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.5em, block(fill: C-ACC, inset: (x: 0.45em, y: 0.25em), radius: 4pt)[ #text(fill: white, weight: "bold", size: 9pt)[#n] ], align(horizon)[#content], ) } #let code(content) = block( fill: C-CODE, width: 100%, inset: (x: 0.9em, y: 0.7em), radius: 4pt, stroke: 0.5pt + C-GREY, )[ #set text(font: "DejaVu Sans Mono", size: 8.5pt) #content ] #let blank(w: 2cm) = box( width: w, height: 1em, stroke: (bottom: 0.8pt + C-DARK), ) #let aufgabe(content) = block( fill: C-LITE, width: 100%, inset: 0.85em, radius: 6pt, stroke: 2pt + C-ACC, )[#content] // ═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #ab-header("🌀", "Strategie 3: Spiralförmige Abdeckung") // ── Erklärung + Grafik ─────────────────────────────────────────────────────── #grid( columns: (1fr, 5.5cm), gutter: 1em, align: top, [ #section("Was ist diese Strategie?") Der Roboter fährt eine *nach innen werdende Spirale* und deckt so den Raum von außen nach innen ab. Die Spirale kann *rechteckig* oder *kreisförmig* sein. Bei der *rechteckigen Spirale* fährt er je eine gerade Seite, dreht 90°, und die nächste Seite ist etwas kürzer. Dieser Ablauf wiederholt sich, bis die Strecke zu kurz wird. #v(0.3em) *Schwierigkeit:* ⭐⭐ (mittel) #h(1em) *Sensoren:* Motorencoder (Odometrie) ], [ #text(weight: "bold")[Bewegungsmuster] #v(0.3em) #canvas(length: 0.75cm, { let C = rgb("#6a1b9a") draw.rect((0, 0), (7, 5.5), stroke: 2pt) draw.content((3.5, -0.4), text(size: 7pt, fill: rgb("#757575"))[Raum]) let runden = ( ((0.4, 5.0), (6.6, 5.0)), ((6.6, 5.0), (6.6, 0.4)), ((6.6, 0.4), (0.4, 0.4)), ((0.4, 0.4), (0.4, 4.0)), ((0.4, 4.0), (5.7, 4.0)), ((5.7, 4.0), (5.7, 1.2)), ((5.7, 1.2), (1.2, 1.2)), ((1.2, 1.2), (1.2, 3.2)), ((1.2, 3.2), (4.8, 3.2)), ((4.8, 3.2), (4.8, 2.0)), ((4.8, 2.0), (2.0, 2.0)), ((2.0, 2.0), (2.0, 2.8)), ((2.0, 2.8), (3.8, 2.8)), ((3.8, 2.8), (3.8, 2.4)), ((3.8, 2.4), (2.8, 2.4)), ) draw.circle(runden.first().first(), radius: 0.22, fill: rgb("#2e7d32"), stroke: none) draw.content((0.4, 4.6), text(size: 7pt, fill: rgb("#2e7d32"))[Start]) for seg in runden { draw.line(seg.first(), seg.last(), stroke: (paint: C, thickness: 1.2pt), mark: (end: ">")) } draw.circle((3.0, 2.6), radius: 0.18, fill: C, stroke: none) draw.content((3.0, 2.1), text(size: 6.5pt, fill: C)[Ende]) }) ], ) // ── Algorithmus ─────────────────────────────────────────────────────────────── #section("Algorithmus – Schritt für Schritt") #step("1", [Setze *Startlänge* (z.B. Raumbreite) und *Verkürzungsschritt* (= Roboterbreite)]) #step("2", [*Fahre* die aktuelle Streckenlänge geradeaus]) #step("3", [*Drehe* 90° (immer in dieselbe Richtung)]) #step("4", [*Fahre* dieselbe Streckenlänge nochmals geradeaus, *drehe* wieder 90°]) #step("5", [*Verkürze* die Streckenlänge um den Verkürzungsschritt]) #step("6", [Wiederhole ab Schritt 2, bis Streckenlänge ≤ 0]) // ── Vor- und Nachteile ──────────────────────────────────────────────────────── #section("Vor- und Nachteile – ergänze nach der Klassendiskussion") #table( columns: (1fr, 1fr), stroke: 0.5pt + C-GREY, inset: (x: 0.7em, y: 0.5em), fill: (col, row) => { if row == 0 { if col == 0 { C-GRN.lighten(80%) } else { C-RED.lighten(85%) } } else { white } }, [#text(weight: "bold", fill: C-GRN)[✅ Vorteile]], [#text(weight: "bold", fill: C-RED)[❌ Nachteile]], [Deckt den Raum vollständig ab], [Setzt rechteckigen Raum voraus], [Kein Sensor nötig (nur Encoder)], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], ) // ── EV3-Umsetzung ───────────────────────────────────────────────────────────── #section("EV3-Umsetzung") *Sensoren:* - 2× Motor (links/rechts) - (optional) Ultraschall

#import "@preview/cetz:0.4.2": canvas, draw #let C-ACC = rgb("#2e7d32") // dunkelgrün #let C-LITE = rgb("#e8f5e9") #let C-CODE = rgb("#f5f5f5") #let C-DARK = rgb("#212121") #let C-GREY = rgb("#757575") #let C-GRN = rgb("#1b5e20") #let C-RED = rgb("#b71c1c") #set page(paper: "a4", margin: (top: 1.4cm, bottom: 1.5cm, x: 1.8cm)) #set text(font: "Fira Sans", size: 10.5pt, fill: C-DARK) #set par(spacing: 0.55em) #let ab-header(icon, title) = { block(fill: C-ACC, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.55em), radius: (top: 6pt))[ #grid( columns: (1fr, auto), text(size: 17pt, weight: "bold", fill: white)[#title], text(size: 22pt)[#icon], ) ] block(fill: C-LITE, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.45em), radius: (bottom: 6pt), below: 0.9em)[ #grid( columns: (2fr, 1fr, 1fr), gutter: 1.5em, [Name: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Klasse: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Datum: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], ) ] } #let section(title) = { v(0.5em) block(fill: C-ACC.lighten(88%), width: 100%, inset: (x: 0.7em, y: 0.38em), radius: 4pt, stroke: (left: 3pt + C-ACC))[ #text(weight: "bold", fill: C-ACC)[#title] ] v(0.25em) } #let step(n, content) = { v(0.25em) grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.5em, block(fill: C-ACC, inset: (x: 0.45em, y: 0.25em), radius: 4pt)[ #text(fill: white, weight: "bold", size: 9pt)[#n] ], align(horizon)[#content], ) } #let code(content) = block( fill: C-CODE, width: 100%, inset: (x: 0.9em, y: 0.7em), radius: 4pt, stroke: 0.5pt + C-GREY, )[ #set text(font: "DejaVu Sans Mono", size: 8.5pt) #content ] #let blank(w: 2cm) = box( width: w, height: 1em, stroke: (bottom: 0.8pt + C-DARK), ) #let aufgabe(content) = block( fill: C-LITE, width: 100%, inset: 0.85em, radius: 6pt, stroke: 2pt + C-ACC, )[#content] // ═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #ab-header("🧱", "Strategie 4: Wandfolge (Wall-Following)") // ── Erklärung + Grafik ─────────────────────────────────────────────────────── #grid( columns: (1fr, 5.5cm), gutter: 1em, align: top, [ #section("Was ist diese Strategie?") Der Roboter *folgt der Wand* mit einem konstanten Abstand. Er hält sich dabei immer an die *rechte* (oder linke) Wand. Durch konzentrische Rechtecke arbeitet er sich von außen nach innen vor – ähnlich wie bei der Spirale, aber gesteuert durch den *Abstandssensor* statt durch Encoder. Dieses Prinzip wird auch *Right-Hand-Rule* genannt und ist aus der Labyrinthnavigation bekannt. #v(0.3em) *Schwierigkeit:* ⭐⭐⭐ (anspruchsvoll) *Sensoren:* Ultraschall (seitlich + vorne) ], [ #text(weight: "bold")[Bewegungsmuster] #v(0.3em) #canvas(length: 0.75cm, { let C = rgb("#2e7d32") let CD = rgb("#a5d6a7") draw.rect((0, 0), (7, 5.5), stroke: 2pt) draw.content((3.5, -0.4), text(size: 7pt, fill: rgb("#757575"))[Raum]) let rects = ( (0.4, 0.4, 6.6, 5.0), (1.2, 1.2, 5.8, 4.2), (2.0, 2.0, 5.0, 3.4), (2.8, 2.8, 4.2, 2.8), ) let colors = (C, C.lighten(25%), C.lighten(45%), C.lighten(60%)) for i in range(rects.len()) { let r = rects.at(i) let col = colors.at(i) let pts = ( (r.at(0), r.at(3)), (r.at(2), r.at(3)), (r.at(2), r.at(1)), (r.at(0), r.at(1)), ) for j in range(pts.len()) { let from = pts.at(j) let to = pts.at(calc.rem(j + 1, pts.len())) draw.line(from, to, stroke: (paint: col, thickness: 1.3pt), mark: (end: ">")) } } draw.circle((0.4, 5.0), radius: 0.22, fill: rgb("#e65100"), stroke: none) draw.content((0.8, 4.65), text(size: 7pt, fill: rgb("#e65100"))[Start]) draw.line((0.4, 0.4), (1.2, 1.2), stroke: (paint: CD, thickness: 0.8pt, dash: "dashed")) draw.line((1.2, 1.2), (2.0, 2.0), stroke: (paint: CD, thickness: 0.8pt, dash: "dashed")) draw.line((2.0, 2.0), (2.8, 2.8), stroke: (paint: CD, thickness: 0.8pt, dash: "dashed")) draw.circle((3.5, 2.8), radius: 0.18, fill: C, stroke: none) }) ], ) // ── Algorithmus ─────────────────────────────────────────────────────────────── #section("Algorithmus – Schritt für Schritt") #step("1", [*Fahre* an die Wand heran, stoppe bei Soll-Abstand (z.B. 10 cm)]) #step("2", [*Drehe* 90° (die Wand ist jetzt rechts vom Roboter)]) #step("3", [*Fahre* geradeaus und *halte den Abstand* zur rechten Wand konstant]) #step("4", [*Ecke erkannt* (vorderer Sensor < Schwellwert): Drehe 90° nach links]) #step("5", [*Innen-Kurve* (keine Wand mehr rechts): Drehe 90° nach rechts, fahre Versatz]) #step("6", [Wiederhole ab Schritt 3, bis der Raum vollständig abgefahren ist]) // ── Vor- und Nachteile ──────────────────────────────────────────────────────── #section("Vor- und Nachteile – ergänze nach der Klassendiskussion") #table( columns: (1fr, 1fr), stroke: 0.5pt + C-GREY, inset: (x: 0.7em, y: 0.5em), fill: (col, row) => { if row == 0 { if col == 0 { C-GRN.lighten(80%) } else { C-RED.lighten(85%) } } else { white } }, [#text(weight: "bold", fill: C-GRN)[✅ Vorteile]], [#text(weight: "bold", fill: C-RED)[❌ Nachteile]], [Funktioniert auch in unbekannten Räumen], [Braucht zwei Ultraschallsensoren], [Reagiert flexibel auf Hindernisse], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], ) // ── EV3-Umsetzung ───────────────────────────────────────────────────────────── #section("EV3-Umsetzung") *Sensoren:* - 📡 Ultraschall vorne - 📡 Ultraschall seitlich (rechts) - 2× Motor (links/rechts)

#import "@preview/cetz:0.4.2": canvas, draw #let C-ACC = rgb("#0d47a1") // tiefes Blau #let C-LITE = rgb("#e3f2fd") #let C-CODE = rgb("#f5f5f5") #let C-DARK = rgb("#212121") #let C-GREY = rgb("#757575") #let C-GRN = rgb("#1b5e20") #let C-RED = rgb("#b71c1c") #set page(paper: "a4", margin: (top: 1.4cm, bottom: 1.5cm, x: 1.8cm)) #set text(font: "Fira Sans", size: 10.5pt, fill: C-DARK) #set par(spacing: 0.55em) #let ab-header(icon, title) = { block(fill: C-ACC, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.55em), radius: (top: 6pt))[ #grid( columns: (1fr, auto), text(size: 17pt, weight: "bold", fill: white)[#title], text(size: 22pt)[#icon], ) ] block(fill: C-LITE, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.45em), radius: (bottom: 6pt), below: 0.9em)[ #grid( columns: (2fr, 1fr, 1fr), gutter: 1.5em, [Name: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Klasse: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Datum: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], ) ] } #let section(title) = { v(0.5em) block(fill: C-ACC.lighten(88%), width: 100%, inset: (x: 0.7em, y: 0.38em), radius: 4pt, stroke: (left: 3pt + C-ACC))[ #text(weight: "bold", fill: C-ACC)[#title] ] v(0.25em) } #let step(n, content) = { v(0.25em) grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.5em, block(fill: C-ACC, inset: (x: 0.45em, y: 0.25em), radius: 4pt)[ #text(fill: white, weight: "bold", size: 9pt)[#n] ], align(horizon)[#content], ) } #let code(content) = block( fill: C-CODE, width: 100%, inset: (x: 0.9em, y: 0.7em), radius: 4pt, stroke: 0.5pt + C-GREY, )[ #set text(font: "DejaVu Sans Mono", size: 8.5pt) #content ] #let blank(w: 2cm) = box( width: w, height: 1em, stroke: (bottom: 0.8pt + C-DARK), ) #let aufgabe(content) = block( fill: C-LITE, width: 100%, inset: 0.85em, radius: 6pt, stroke: 2pt + C-ACC, )[#content] // ═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #ab-header("📏", "Strategie 2: Zeilenweise Abdeckung") // ── Erklärung + Grafik ─────────────────────────────────────────────────────── #grid( columns: (1fr, 5.5cm), gutter: 1em, align: top, [ #section("Was ist diese Strategie?") Der Roboter fährt den Raum *bahnenweise* ab – ähnlich einem Rasenmäher. Er fährt eine Zeile lang, dreht dann um, fährt die nächste Zeile zurück und so weiter (sog. *Boustrophedon*-Muster). Damit dies funktioniert, muss der Roboter wissen, *wie groß der Raum ist* oder er misst die Wand und wendet daran. #v(0.3em) *Schwierigkeit:* ⭐⭐ (mittel) #h(1em) *Sensoren:* Ultraschall + Farbsensor (optional) ], [ #text(weight: "bold")[Bewegungsmuster] #v(0.3em) #canvas(length: 0.78cm, { let C = rgb("#0d47a1") let CD = rgb("#90caf9") draw.rect((0, 0), (7, 5), stroke: 2pt) draw.content((3.5, -0.4), text(size: 7pt, fill: rgb("#757575"))[Raum]) let rows = (4.4, 3.2, 2.0, 0.8) let left = 0.4 let right = 6.6 draw.circle((left, rows.at(0)), radius: 0.22, fill: rgb("#2e7d32"), stroke: none) draw.content((left + 0.05, rows.at(0) - 0.45), text(size: 7pt, fill: rgb("#2e7d32"))[Start]) for i in range(rows.len()) { let y = rows.at(i) let (from, to) = if calc.rem(i, 2) == 0 { ((left, y), (right, y)) } else { ((right, y), (left, y)) } draw.line(from, to, stroke: (paint: C, thickness: 1.3pt), mark: (end: ">")) if i < rows.len() - 1 { let ny = rows.at(i + 1) let wx = if calc.rem(i, 2) == 0 { right } else { left } draw.line((wx, y), (wx, ny), stroke: (paint: CD, thickness: 1pt, dash: "dashed")) } } draw.content((3.5, 2.6), text(size: 7pt, fill: rgb("#757575"))[← Wende]) }) ], ) // ── Algorithmus ─────────────────────────────────────────────────────────────── #section("Algorithmus – Schritt für Schritt") #step("1", [*Fahre geradeaus*, bis Ultraschall < Schwellwert (= Wand erkannt)]) #step("2", [*Stoppe* und *drehe* 90° in Wenderichtung]) #step("3", [*Fahre* eine Bahnbreite vor (= Breite des Roboters)]) #step("4", [*Drehe* nochmals 90° (jetzt in entgegengesetzte Richtung)]) #step("5", [*Fahre* zur gegenüberliegenden Wand → zurück zu Schritt 1]) #step("6", [*Ende*, wenn keine freie Bahn mehr vorhanden (optionales Abbruchkriterium)]) // ── Vor- und Nachteile ──────────────────────────────────────────────────────── #section("Vor- und Nachteile – ergänze nach der Klassendiskussion") #table( columns: (1fr, 1fr), stroke: 0.5pt + C-GREY, inset: (x: 0.7em, y: 0.5em), fill: (col, row) => { if row == 0 { if col == 0 { C-GRN.lighten(80%) } else { C-RED.lighten(85%) } } else { white } }, [#text(weight: "bold", fill: C-GRN)[✅ Vorteile]], [#text(weight: "bold", fill: C-RED)[❌ Nachteile]], [Deckt den Raum systematisch ab], [Braucht genaue Wand-Erkennung], [#blank(w: 5cm)], [Ecken und unregelmäßige Räume schwierig], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], ) // ── EV3-Umsetzung ───────────────────────────────────────────────────────────── #section("EV3-Umsetzung") *Sensoren:* - 📡 Ultraschallsensor (vorne) - ⚙️ Motordrehung messen (Odometrie) - 2× Motor (links/rechts)

#import "@preview/cetz:0.4.2": canvas, draw #let C-ACC = rgb("#e65100") // deep orange #let C-LITE = rgb("#fff3e0") #let C-CODE = rgb("#f5f5f5") #let C-DARK = rgb("#212121") #let C-GREY = rgb("#757575") #let C-GRN = rgb("#1b5e20") #let C-RED = rgb("#b71c1c") #set page(paper: "a4", margin: (top: 1.4cm, bottom: 1.5cm, x: 1.8cm)) #set text(font: "Fira Sans", size: 10.5pt, fill: C-DARK) #set par(spacing: 0.55em) // ── Komponenten ─────────────────────────────────────────────────────────────── #let ab-header(icon, title) = { block(fill: C-ACC, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.55em), radius: (top: 6pt))[ #grid( columns: (1fr, auto), text(size: 17pt, weight: "bold", fill: white)[#title], text(size: 22pt)[#icon], ) ] block(fill: C-LITE, width: 100%, inset: (x: 1em, y: 0.45em), radius: (bottom: 6pt), below: 0.9em)[ #grid( columns: (2fr, 1fr, 1fr), gutter: 1.5em, [Name: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Klasse: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], [Datum: #box(width: 1fr)[#line(length: 100%)]], ) ] } #let section(title) = { v(0.5em) block(fill: C-ACC.lighten(88%), width: 100%, inset: (x: 0.7em, y: 0.38em), radius: 4pt, stroke: (left: 3pt + C-ACC))[ #text(weight: "bold", fill: C-ACC)[#title] ] v(0.25em) } #let step(n, content) = { v(0.25em) grid( columns: (auto, 1fr), gutter: 0.5em, block(fill: C-ACC, inset: (x: 0.45em, y: 0.25em), radius: 4pt)[ #text(fill: white, weight: "bold", size: 9pt)[#n] ], align(horizon)[#content], ) } #let code(content) = block( fill: C-CODE, width: 100%, inset: (x: 0.9em, y: 0.7em), radius: 4pt, stroke: 0.5pt + C-GREY, )[ #set text(font: "DejaVu Sans Mono", size: 8.5pt) #content ] #let blank(w: 2cm) = box( width: w, height: 1em, stroke: (bottom: 0.8pt + C-DARK), ) #let aufgabe(content) = block( fill: C-LITE, width: 100%, inset: 0.85em, radius: 6pt, stroke: 2pt + C-ACC, )[#content] // ═════════════════════════════════════════════════════════════════════════════ #ab-header("🎲", "Strategie 1: Zufallsbewegung") // ── Erklärung + Grafik ─────────────────────────────────────────────────────── #grid( columns: (1fr, 5.5cm), gutter: 1em, align: top, [ #section("Was ist diese Strategie?") Der Roboter fährt *immer geradeaus*, bis er ein Hindernis erkennt. Dann stoppt er, dreht sich um einen *zufälligen Winkel* und fährt wieder los. Dieser Ablauf wiederholt sich unendlich oft. Das Prinzip ähnelt einem Billardball, der von Wänden abprallt – nur mit zufälligem Abprallwinkel. #v(0.3em) *Schwierigkeit:* ⭐ (einfach) #h(1em) *Sensoren:* Ultraschall + Berührung ], [ #text(weight: "bold")[Bewegungsmuster] #v(0.3em) #canvas(length: 0.78cm, { let C = rgb("#e65100") draw.rect((0, 0), (7, 5), stroke: 2pt) draw.content((3.5, -0.4), text(size: 7pt, fill: rgb("#757575"))[Raum]) let pts = ((0.4, 4.4), (3.2, 4.4), (5.8, 1.2), (1.1, 2.0), (6.5, 3.8), (3.5, 0.4)) for i in range(pts.len() - 1) { draw.line(pts.at(i), pts.at(i + 1), stroke: (paint: C, thickness: 1.3pt), mark: (end: ">")) } draw.circle(pts.first(), radius: 0.22, fill: rgb("#2e7d32"), stroke: none) draw.content((0.4, 4.0), text(size: 7pt, fill: rgb("#2e7d32"))[Start]) draw.line((3.2, 4.4), (3.2, 3.8), stroke: (paint: rgb("#999999"), thickness: 0.7pt, dash: "dashed")) draw.content((3.6, 3.9), text(size: 6.5pt, fill: rgb("#757575"))[Zufall-\nwinkel]) }) ], ) // ── Algorithmus ─────────────────────────────────────────────────────────────── #section("Algorithmus – Schritt für Schritt") #step("1", [*Fahre geradeaus* mit konstanter Geschwindigkeit]) #step("2", [*Prüfe* jeden Moment: Ist ein Hindernis näher als X cm? Oder Berührung?]) #step("3", [*Stoppe* den Roboter sofort]) #step("4", [*Wähle* einen zufälligen Drehwinkel (z.B. 90° – 270°)]) #step("5", [*Drehe* den Roboter um diesen Winkel → zurück zu Schritt 1]) // ── Vor- und Nachteile ──────────────────────────────────────────────────────── #section("Vor- und Nachteile – ergänze nach der Klassendiskussion") #table( columns: (1fr, 1fr), stroke: 0.5pt + C-GREY, inset: (x: 0.7em, y: 0.5em), fill: (col, row) => { if row == 0 { if col == 0 { C-GRN.lighten(80%) } else { C-RED.lighten(85%) } } else { white } }, [#text(weight: "bold", fill: C-GRN)[✅ Vorteile]], [#text(weight: "bold", fill: C-RED)[❌ Nachteile]], [Sehr einfach zu programmieren], [Deckt nicht alle Stellen garantiert ab], [#blank(w: 5cm)], [Ecken werden oft ausgelassen], [#blank(w: 5cm)], [#blank(w: 5cm)], ) // ── EV3-Umsetzung ───────────────────────────────────────────────────────────── #section("EV3-Umsetzung") *Sensoren:* - 📡 Ultraschallsensor (vorne) - 🤜 Berührungssensor (vorne) - 2× Motor (links/rechts)