Python-Programmierung

Um den eXperiBot in Python zu programmieren, benötigst du die kostenlose Entwicklungsumgebung Visual Studio Code. Der eXperiBot wird mithilfe der eXperiBot Extension (oder „Erweiterung“ auf Deutsch) für Visual Studio Code direkt mit der Entwicklungsumgebung verbunden und gesteuert – du benötigst also keine separate App.

Wenn du schon mit der eXperiBot Blockly App gearbeitet hast, wirst du dich in der eXperiBot Extension für Visual Studio Code schnell zurechtfinden.

Der eXperiBot wird mit MicroPython programmiert – einer schlanken Variante von Python, die speziell für Mikrocontroller wie den im Powerbrain entwickelt wurde. MicroPython nutzt dieselbe Syntax und umfasst fast alle Funktionen von Python 3, ist aber für den Einsatz auf kleinen Geräten optimiert. Alle benötigten Basisfunktionen zum Erlernen des Programmierens mit Python sind vollständig vorhanden.

Um deinen eXperiBot in Python zu programmieren, benötigst du:

1. einen PC mit Windows, macOS oder Linux

2. die Entwicklungsumgebung Visual Studio Code

3. die eXperiBot Extension für Visual Studio Code

Systemanforderungen für die Nutzung der eXperiBot Extension

Um die eXperiBot Extension nutzen zu können, benötigst du Visual Studio Code 1.100.0 oder höher. Windows-Systeme mit ARM-Prozessoren (ARM64-Architektur) und Linux-Systeme mit 32-bit-Architektur werden derzeit noch nicht unterstützt.

Du kannst Visual Studio Code über mehrere Wege herunterladen:

1. Als Installer über die Visual Studio Code-Webseite

2. Als App über den Microsoft Store

Sprache auf Deutsch ändern

Visual Studio Code verwendet beim ersten Start standardmäßig die Sprache Englisch. Du kannst die Sprache auf Deutsch umstellen, indem du zunächst in die obere Suchleiste >Configure Display Language eingibst:

Klicke anschließend auf das Suchergebnis und wähle Deutsch als Sprache aus. Daraufhin wird das deutsche Sprachpaket installiert, welches nach einem Neustart von Visual Studio Code angewendet wird.

eXperiBot Extension installieren

Klicke in der linken Seitenleiste von Visual Studio Code auf „Extensions“ (oder „Erweiterungen“).

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Suche in der Seitenleiste, die sich öffnet, nach „experibot“, wähle die eXperiBot Extension von Cornelsen aus und klicke auf „Install“ (oder „Installieren“).

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Unter Umständen wirst du während der Installation aufgefordert, Extensions (oder Erweiterungen) von Cornelsen zu vertrauen.

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Manuelle Installation

Solltest du in deiner Umgebung keine Visual Studio Code Extensions aus dem Marketplace installieren können, kannst du die eXperiBot Extension hier als VSIX-Paket herunterladen.

eXperiBot Extension öffnen

Nach der Installation findest du die eXperiBot Extension als Icon in der linken Seitenleiste. Klicke auf das Icon, um die Extension zu öffnen.

Du kannst die Extension jetzt nutzen und mit dem Programmieren beginnen.

IntelliSense aktivieren

Um alle Funktionen der eXperiBot Extension vollumfänglich nutzen zu können, empfehlen wir, IntelliSense zu aktivieren.

IntelliSense umfasst viele nützliche Funktionen für das Programmieren mit Python, wie eine automatische Code-Vervollständigung, die Markierung von Syntaxfehlern und eine kompakte Dokumentation bei der Verwendung der eXperiBot-Python-API. Für dies wird bei der Aktivierung die von Microsoft zur Verfügung gestellte Python Extension für Visual Studio Code installiert, falls diese noch nicht vorhanden ist.

Um IntelliSense zu aktivieren, klicke auf „Enable IntelliSense“ (oder „IntelliSense aktivieren“).

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Hilfe zu Visual Studio Code erhalten

Wenn du Hilfe bei der Verwendung von Visual Studio Code benötigst, nutze bitte die Dokumentation von Visual Studio Code (nur auf Englisch verfügbar).

So verbindest du deinen eXperiBot mit Visual Studio Code:

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1. Schalte deinen eXperiBot ein, indem du die Play-Taste auf dem Bedienfeld des Powerbrains länger gedrückt hältst.

2. Klicke auf den Button „Connect“ (oder „Verbinden“) im Fenster der eXperiBot Extension und folge den Anweisungen auf dem Bildschirm.

Sobald eine Verbindung hergestellt wurde, leuchtet die Status-LED des Powerbrains blau.

Sobald du deinen eXperiBot verbunden hast, bist du startbereit.

Wenn du noch kein Python-Programm in Visual Studio Code geöffnet hast, spielt dein eXperiBot beim Klick auf „Run program“ (oder „Programm ausführen“) das zuletzt auf übertragene Programm aus.

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Damit du mit dem Programmieren beginnen kannst, musst du zuerst ein neues Python-Programm anlegen oder ein vorhandenes Programm öffnen.

Neues Programm anlegen

Drücke auf „New Python Program“ (oder „Neues Python-Programm“), um ein neues Python-Programm anzulegen.

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Du wirst nun aufgefordert, einen Namen und Speicherort für dein Programm festzulegen. Anschließend wird das Programm zum Editieren in Visual Studio Code geöffnet und der Name des Programms erscheint im Fenster der eXperiBot Extension.

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Dein neues Python-Programm ist bereits mit Programmcode vorausgefüllt, damit du dich ganz auf das Umsetzen deiner Ideen konzentrieren kannst. Der vorausgefüllte Programmcode umfasst den Import des experibot-Moduls, die Initialisierung des Powerbrains und aller an deinen eXperiBot angeschlossenen Module.

Programme öffnen und speichern

Du kannst Programme über das File-Menü (oder Datei-Menü) in Visual Studio Code öffnen und speichern. Das Öffnen und Speichern funktioniert so wie in allen gängigen Editor-Programmen.

Nutzung von Workspaces in Visual Studio Code

Wir empfehlen die Nutzung von Workspaces in Visual Studio Code. Sie ermöglichen es dir, mehrere Ordner oder Projekte in einer einzigen Ansicht zu bündeln und sie gemeinsam zu verwalten. Auch bei der Arbeit mit KI‑Agenten bietet die Arbeit mit Workspaces den Vorteil, dass Agenten auf alle Dateien innerhalb des Workspaces zugreifen können, ohne dass sie dabei für jede Datei eine Berechtigung einholen müssen.

Programme aus der eXperiBot Blockly App übertragen

Wenn du in der eXperiBot Blockly App ein blockbasiertes Programm geschrieben hast und dieses in Python weiterentwickeln möchtest, kannst du es als Python-Programm exportieren und anschließend in Visual Studio Code öffnen.

Starte dafür die eXperiBot Blockly App und öffne das Projekt, das du exportieren möchtest. Klicke nun auf den Button „Python-Code anzeigen“ auf der rechten Seite des Block-Editors.

Es öffnet sich die Python-Code-Ansicht.

Hier kannst du den Python-Code über den Button „Exportieren“ (oder „Teilen“ auf mobilen Geräten) als Python-Datei exportieren. Diese Datei kannst du anschließend in Visual Studio Code öffnen.

Alternativ hast du auch die Möglichkeit, den Python-Code über den Button „Kopieren“ zu kopieren, um ihn anschließend in einem in Visual Studio Code geöffneten Python-Programm einzufügen.

Sobald Visual Studio Code mit deinem eXperiBot verbunden ist, kannst du deinen eXperiBot verwalten. In der entsprechenden Anzeige findest du alle wichtigen Informationen zu deinem eXperiBot.

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1. eXperiBot verwalten

   Über diesen Button öffnest du die Anzeige, über die du deinen eXperiBot verwalten kannst. Die im Button angezeigte Bezeichnung „A42“ ist von eXperiBot zu eXperiBot verschieden.

2. Anzeige zum Verwalten des eXperiBots

   Hier findest du alle wichtigen Informationen zu deinem eXperiBot: Name, Ladestand des Akkus, Version und eine Übersicht aller angeschlossenen Module.

3. LED-Farben der angeschlossenen Module

   Hier siehst du die LED-Farben der an deinen eXperiBot angeschlossenen Module. Sie entsprechen der Farbe der Status-LED des jeweiligen physischen Moduls. Du kannst sie an dieser Stelle jederzeit ändern. Wann dies sinnvoll ist, erfährst du im Abschnitt Auswahl der LED-Farbe.

4. Verbindung trennen

   Über den Button „Disconnect“ (oder „Verbindung trennen“) kannst du die Verbindung zu deinem eXperiBot trennen. Alternativ kannst du den eXperiBot auch ausschalten oder Visual Studio Code schließen.

5. Hilfe

   Falls ein Modul trotz bestehender Verbindung zum eXperiBot nicht angezeigt wird, erhältst du über diesen Button Hilfestellungen.

Du kannst beim Initialisieren von eXperiBot-Modulen im Programmcode definieren, welches Modul verwendet werden soll.

Dafür musst du der Funktion die LED-Farbe des Moduls als Parameter übergeben:

multisensor_blue = Multisensor(LedColor.BLUE)

Du kannst die LED‑Farbe deiner Module jederzeit ändern. Wie das geht, erfährst du im Abschnitt eXperiBot im Abschnitt eXperibot verwalten.

In den Einstellungen findest du Optionen, mit denen du das Verhalten der eXperiBot Extension für Visual Studio Code personalisieren kannst. Du kannst die Einstellungen über den Button „Settings“ (oder „Einstellungen“) öffnen.

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Folgende Einstellungen stehen zur Verfügung:

• New Python Program: Prefill Content

  • auto: Neue Python-Programme haben bereits alle erforderlichen Importe und Initialisierungen für angeschlossene eXperiBot-Module.

  • none: Neue Python-Programme sind leer.

• Web Content: Open In

  • editor: Webinhalte, die aus der eXperiBot Extension heraus geöffnet werden, werden innerhalb von Visual Studio Code geöffnet.

  • browser: Webinhalte, die aus der eXperiBot Extension heraus geöffnet werden, werden im Standard-Webbrowser des Betriebssystems geöffnet.

Die eXperiBot Extension installiert einige Commands (Kommandos) in Visual Studio Code, die dir das Arbeiten erleichtern können.

Du kannst alle eXperiBot Commands einsehen, indem du >experibot in die obere Suchleiste eingibst.

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Die folgenden Commands sind bereits mit Tastaturkürzeln vorbelegt:

• Neues Python-Programm erzeugen: Strg + N oder ⌘ (Command) + N

• Programm umschalten (ausführen oder stoppen): F5

Da Commands auch von KI-Agenten verwendet werden können, können diese selbständig neue Programme erzeugen und auf dem eXperiBot ausführen. Mehr dazu erfährst du im Abschnitt Programmieren mit KI-Unterstützung.

Du wirst beim Programmieren feststellen, dass einige Befehle einen Parameter wait besitzen, der standardmäßig true ist. Es ist wichtig zu verstehen, was dieser Parameter bedeutet:

Ist wait = true, wird die Programmausführung solange gestoppt, bis der Befehl vom eXperiBot ausgeführt wurde. Wir sprechen hierbei von der sequenziellen Ausführung.

Ist wait = false, wird die Programmausführung fortgesetzt, noch während der Befehl vom eXperiBot ausgeführt wird. Wir sprechen hierbei von der nebenläufigen Ausführung. Dies ermöglicht es deinem eXperiBot, verschiedene Dinge gleichzeitig zu tun: So kann dein eXperiBot etwa geradeaus fahren und gleichzeitig mit dem Multisensor Objekte erkennen.

In der Dokumentation zum jeweiligen Befehl wird erklärt, was die beiden Varianten der Ausführung im Detail bedeuten.

Bitte beachte, dass dieses Verhalten nicht mit „Multithreading“, also dem parallelen Ausführen mehrerer Befehlsketten, gleichzusetzen ist. Dein Programm wird immer linear ausgeführt.

Dies soll in folgendem Beispiel verdeutlicht werden:

from experibot import *

powerbrain = Powerbrain()
motor = Motor()
multisensor = Multisensor()

motor.set_speed(50, 50)

while True:
    if multisensor.detects_object():
        powerbrain.terminate_program()
    pass

Dem Motor-Modul wird über set_speed() der Befehl gegeben, geradeaus zu fahren. Dann wird in einer Schleife überprüft, ob der Multisensor einen Gegenstand mit detects_object() erkennt. Ist dies der Fall, bricht das Powerbrain das Programm durch den Befehl terminate_program() ab und der eXperiBot bleibt stehen. Der Motor läuft also weiter geradeaus, während das Programm in einer Endlosschleife überprüft, ob ein Objekt erkannt wurde.

Die eXperiBot-Live-Daten ermöglichen es dir, Daten von deinem eXperiBot in Echtzeit anzeigen zu lassen, ganz ohne ein Programm auszuführen.

Wenn du deinen eXperiBot verbunden hast, kannst du dir die Live-Daten anzeigen lassen, indem du auf den Button „Show eXperiBot live data“ („eXperiBot-Live-Daten anzeigen“) klickst.

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Hier kannst du, je nach angeschlossenen Modulen, auf verschiedene Datenquellen zugreifen. Diese kannst du nutzen, um Messwerte unabhängig von der Ausführung eines Programms zu überprüfen. Über den Informations-Button kannst du dir hilfreiche Informationen zu der ausgewählten Datenquelle anzeigen lassen.

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Die Daten werden standardmäßig alle 100 Millisekunden aktualisiert. Der eXperiBot kann Daten aus bis zu sechs Datenquellen gleichzeitig übertragen. Während der eXperiBot ein Programm ausführt, stehen die Live-Daten nicht zur Verfügung. Wenn du die eXperiBot-Live-Daten-Ansicht schließt, wird die Übertragung von Daten automatisch gestoppt, um Strom zu sparen.

Im Nachrichtenprotokoll siehst du alle Nachrichten, die dein eXperiBot während der Ausführung eines Programms ausgibt bzw. ausgegeben hat. Wenn du deinen eXperiBot verbunden hast, kannst du das Nachrichtenprotokoll öffnen, indem du auf den Button „Show message log“ (oder „Nachrichtenprotokoll anzeigen“) klickst.

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Da das Nachrichtenprotokoll der letzten Programmausführung auch von KI-Agenten gelesen werden kann, können diese selbständig den Inhalt auswerten und so z. B. einen Fehler im Programm analyiseren. Mehr dazu erfährst du im Abschnitt Programmieren mit KI-Unterstützung.

Ausgabe von Nachrichten

Eigene Nachrichten kannst du mit Aufrufen der print()-Funktion ausgeben. Im folgenden Beispielprogramm findest du verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für die print()-Funktion:

# Einfachen Wert ausgeben
print("Hello world!")

# Mehrere Werte ausgeben
print("I am eXperiBot.", "Who are you?")

# Mehrere Werte mit einem benutzerdefinierten Separator ausgeben
print(1, 2, 3, sep = " | ")

# Alle Werte eines Iterators ausgeben
values = [1, 2, 3]
print(*values)

# Formatierten String ausgeben
number = 42
print(f"My favorite number is {number}.")
print("My favorite number is {}.".format(number))
print(f"{number=}")

# String mit Escape-Sequenz ausgeben
print("You said: \"Hi!\"")

# Leere Zeile ausgeben
print()

# Trennlinie ausgeben
print("-" * 30)

Das Beispielprogramm gibt folgende Nachrichten aus:

Hello world!
I am eXperiBot. Who are you?
1 | 2 | 3
1,2,3
My favorite number is 42.
My favorite number is 42.
number=42
You said: "Hi!"

------------------------------

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Das Nachrichtenprotokoll öffnet sich standardmäßig mit der ersten ausgegebenen Nachricht automatisch. Startest du ein Programm erneut, wird dem Nachrichtenprotokoll eine Trennlinie hinzugefügt, sodass du immer nachvollziehen kannst, welche Ausgaben aus der aktuellsten Ausführung stammen. Die Zeitstempel, die an jeder Nachricht angezeigt werden, sind bei Standardeinstellungen relativ zum Zeitpunkt des Programmstarts.

Nachrichten im Nachrichtenprotokoll bleiben bis zur manuellen Leerung oder dem Schließen von Visual Studio Code bestehen. Ab einem bestimmten Punkt wird beim Eintreffen einer neuen Nachricht die älteste Nachricht aus technischen Gründen automatisch gelöscht. Du kannst den Inhalt des Nachrichtenprotokolls jederzeit als Textdatei exportieren.

Ausgabe von Fehlermeldungen

Falls bei der Ausführung eines Programms ein Fehler auftritt, wird dem Nachrichtenprotokoll die Fehlermeldung aus Python hinzugefügt, mit der du den aufgetretenen Fehler besser verstehen und beheben kannst.

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Du kannst über die integrierte Chat-Funktion von Visual Studio Code KI-Agenten für das Programmieren deines eXperiBots einsetzen.

Die eXperiBot Extension stellt hierfür einen „experibot“ Skill zur Verfügung, den KI-Agenten nutzen können, um die eXperiBot-Python-API zu verstehen, Programme zu entwickeln und auszuführen. Dieser Skill wird automatisch vom Agenten verwendet, wenn du dich mit ihm zu Themen rund um Robotik und den eXperiBot unterhältst.

Wie du KI-Agenten in Visual Studio Code einsetzt, erfährst du in der Dokumentation von Visual Studio Code: Build with agents in VS Code (nur auf Englisch verfügbar).

GitHub Copilot

Um alle KI-Features von Visual Studio Code verwenden zu können, bietet sich die Nutzung von GitHub Copilot an. GitHub Copilot ist kostenpflichtig, kann aber mit begrenzten Kapazitäten auch kostenlos genutzt werden.

Beim Programmieren des eXperiBots kann es zu Fehlern kommen, die eine Ausführung des Programms verhindern. Hier sind einige der häufigsten Fehler, die bei der Programmierung auftreten können:

• Argument hat einen ungültigen Typ oder Wert (TypeError, ValueError)

  Diese Fehler können unter anderem auftreten, wenn ein Wert, der an eine Funktion übergeben wird, nicht den Anforderungen des jeweiligen Parameters entspricht.

• Division durch Null (ZeroDivisionError)

  Eine Division durch Null kann unbemerkt auftreten, wenn z. B. Variablen genutzt werden, deren Wert im Laufe des Programms auf Null gesetzt wird – etwa bei der Verarbeitung eines unbehandelten Sensorwerts.

• Rekursionsfehler (RecursionError)

  Rekursionsfehler können auftreten, wenn sich eine Funktion wiederholt selbst aufruft und keine passende Abbruchbedingung vorhanden ist. Um zu verhindern, dass der eXperiBot nicht mehr reagiert, erkennt das System diesen Fehler und beendet die Programmausführung.

• Speicherfehler (MemoryError)

  Speicherfehler können im Laufe des Programms auftreten, wenn der benötigte Arbeitsspeicher des Programms zu groß wird. Dies kann z. B. geschehen, wenn Listen besonders viele Elemente hinzugefügt werden. Da der dem Programm zur Verfügung stehende Arbeitsspeicher aus technischen Gründen nicht immer gleich ist, können Speicherfehler von Fall zu Fall etwas früher oder später auftreten.

Eine Liste aller Fehlertypen in Python findest du in der Python-Dokumentation (nur auf Englisch verfügbar).

eXperiBot-spezifische Fehler

Beim Programmieren des eXperiBots können auch Fehler auftreten, die durch den eXperiBot selbst ausgelöst werden. Ist ein erforderliches eXperiBot-Modul während der Ausführung des Programms plötzlich nicht mehr erreichbar, kann z. B. ein ModuleNotRespondingError auftreten. Alle eXperiBot-spezifischen Fehler sind in der Python‑API-Dokumentation dokumentiert.

Die eXperiBot-Python-API ist die Schnittstelle zwischen deinem Programm und dem eXperiBot. Ihre Dokumentation beschreibt detailliert alle Klassen und Funktionen, die du benötigst, um deinen eXperiBot mit Python zu programmieren.

Dokumentation auf Deutsch eXperiBot-Python-API

Dokumentation auf Englisch eXperiBot-Python-API