Projekt

Fakultät 03
Entwicklung von Modellrobotern
Kategorie:
Projekt
Themengruppe:
Kompetenzfelder: digital, forschend
AutorIn:
Jakob Reichl, Tilman Küpper
Jahr:
2015

 

Lernziele

Die Studierenden entwerfen kleine Modellroboter und bauen diese selbst auf. Sie forschen selbstständig, suchen eigene Lösungen und nähern sich dem aktuellen Stand der Technik. Die Modellroboterprojekte sind interdisziplinär, zu nennen sind die Bereiche Digitaltechnik (Mikrocontroller, Programmierung, drahtlose Datenübertagung, Internet), Ingenieurinformatik (Programmierung, Modellierung mit MATLAB/Simulink), Elektronik (Anschluss von Motoren und Sensoren), Regelungstechnik (einen Mini-Segway nicht nur am Umfallen hindern, sondern auch gezielt lenken) sowie Konstruktion (Nutzung des fakultätseigenen 3D-Druckers).

Die Studierenden gelangen zu fachübergreifenden Kompetenzen, die ihnen von großem Nutzen sein werden. Und Spaß macht es natürlich auch!

Ablauf

Über mehrere Semester hinweg wurden Modellroboter in Projektarbeiten aufgebaut:

  • Modellautos mit WLAN-Schnittstellen, Kameras und Ultraschall-Sensoren, welche Straßenverläufen folgen, Kollisionen vermeiden und automatisch einparken können,
  • mobile Roboter mit Kameras, die auf Verkehrszeichen und Ampeln reagieren,
  • Roboter, die Ziele automatisch erkennen und mit Holzkugeln treffen,
  • Roboter, die Sudokus per Kamera erfassen und die Lösung mit einem Stift eintragen,
  • Mini-Segways, die auf zwei Rädern balancieren und ferngesteuert werden können,
  • ein Roboterarm mit selbst konstruierten Bauteilen aus dem 3D-Drucker.

Parallel zu diesen Projektarbeiten wurde in einer Bachelorarbeit untersucht (Stefan Ertl: Entwicklung Mikrocontroller-gesteuerter Modellroboter für vorlesungsbegleitende Praktika, Abgabe: 19.12.2016), welche Rolle Modellroboter zukünftig im „normalen“ Lehrbetrieb spielen können:

  • Zu manchen Lehrveranstaltungen aus den Bereichen Informatik, Elektronik und Mechatronik gehören Praktikumsversuche, die bisher oft nur an PCs durchgeführt wurden.
  • Wir sind davon überzeugt, dass unsere Studierenden mit höherer Motivation und höherem Kompetenzgewinn an diese Versuche herangehen, wenn als Ergebnis nicht nur Zahlenkolonnen über Monitore wandern, sondern zum Beispiel kleine Fahrzeuge Wege erkennen und Kollisionen vermeiden. Oder wenn Roboterarme Objekte bewegen, die zuvor von Sensoren erkannt worden sind.
  • Die Studierenden sollen zukünftig in kleinen Teams eigene Schwerpunkte setzen und selbstständig Lösungen erarbeiten. Wir beobachten sehr genau, welche in den Projekt-arbeiten gebauten Roboter sich für solch einen Einsatz im Rahmen von Praktika eignen.

Roboter zum Lösen und Ausfüllen von Sudokus
Roboter zum Lösen und Ausfüllen von Sudokus

 

Erfahrungen

Die Lehrveranstaltung „Komponenten und Programmierung von Automatisierungssystemen“ ist die erste Lehrveranstaltung, die im oben dargestellten Sinn überarbeitet wurde. Durch QualiFIVE-Unterstützung konnten 20 Versuchsplätze mit neuem Mikrocontroller-basierten Versuchsmaterial ausgestattet und im WiSe 2016/17 erstmals eingesetzt werden. Die neuen Versuche haben ihre Bewährungsprobe mit Bravour bestanden. Im SoSe 2017 werden die Versuche weiter ergänzt, um den Aufbau mobiler, ferngesteuerter oder autonom fahrender Kleinroboter mit unterschiedlichen Sensoren zu ermöglichen.

Die Modulbeschreibung der genannten Lehrveranstaltung wurde vollständig überarbeitet, der Fakultätsrat hat den Änderungen bereits zugestimmt.

Wir würden die Modellroboter-Projekte auch zukünftig gerne fortsetzen. Es ist auch zu überlegen, ob und wie auch die Informatikausbildung im Grundstudium – und speziell die dort stattfindenden Praktika – von unseren Erfahrungen profitieren können. Hier reden wir freilich von 500 Studierenden pro Jahr.

Arduino-gesteuerter Mini-Segway mit Ultraschallsensor
Arduino-gesteuerter Mini-Segway mit Ultraschallsensor

 

Weitere Dokumente