Robotik AG des Lehrstuhls für Regelungssysteme


Seit 2008 besteht am Lehrstuhl für Regelungssysteme die Robotik AG in Zusammenarbeit mit dem Heidelberger Life-Science. Das Projekt hat die Förderung mathematischer und naturwissenschaftlich-technisch interessierter und begabter Mittel- und Oberstufenschüler zur Aufgabe. Wie der Name des Programms bereits sagt, geht es in dem Kurs um die Entwicklung von Robotern. Somit beschäftigen sich die Schüler mit Fragestellungen der Elektrotechnik, des Maschinenbaus und der Informatik.

Jedes Jahr findet ein Kurs statt, der sich aus drei Vorbereitungstreffen und einer Projektwoche an der TU Kaiserslautern zusammensetzt. Darüber hinaus treffen sich die Schülerinnen und Schüler zwischendurch noch, um einzelne Themen zu bearbeiten und für die gemeinsamen Treffen vorzubereiten.

JimIm Lab-Jahr 2008/2009 haben die Schüler sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines mobilen invertierten Pendels „JIM“ befasst. Es handelt sich dabei um einen zweirädrigen Roboter, an dem ein Stab mit Gewicht angebracht ist. Der Stab muss während des Fahrens ständig balanciert werden, damit der Roboter nicht umfällt.
Hierzu muss zunächst ein mathematisches Modell des Roboters ermittelt werden. Basierend hierauf wird dann eine Regelung zur Positionierung und Balancierung entworfen. Die Idee dabei ist, die Position des Chassis und die Neigung des Stabes zu messen und über einen Regelalgorithmus ein Moment zu erzeugen, das der Kippbewegung entgegen wirkt und gleichzeitig das Fahren und Lenken ermöglicht. Zur Realisierung werden Geschwindigkeits- und Neigungssensoren benötigt, die über Auswertungs- und Kommunikationselektronik mit einem Mikroprozessor (eingebettetes System) verbunden sind. Der Mikroprozessor verarbeitet die Sensordaten mittels des Regelalgorithmus und steuert die Radmotoren über eine Leistungselektronik an. Die Energieversorgung von Radmotoren und Elektronik erfolgt dabei über Lithium-Ion-Akkumulatoren.

Im darauffolgenden Lab-Jahr 2009/2010 wurde „JIM“ um eine Kamera erweitert. Dafür wurde eine Befestigung konstruiert, die es erlaubt den Neigungswinkel der Kamera zu variieren. Die Kamerahalterung wird dann über ein Schneckengetriebe mit einem Gleichstrommotor verbunden, um den Kamerawinkel einregeln zu können. Dafür ist zur Winkelerfassung ein Encoder am Motor angebracht. Letztlich haben die Schüler sich mit Bilderkennung beschäftigt.Kamera


Im darauffolgenden Lab-Jahr 2009/2010 wurde „JIM“ um eine Kamera erweitert. Dafür wurde eine Befestigung konstruiert, die es erlaubt den Neigungswinkel der Kamera zu variieren. Die Kamerahalterung wird dann über ein Schneckengetriebe mit einem Gleichstrommotor verbunden, um den Kamerawinkel einregeln zu können. Dafür ist zur Winkelerfassung ein Encoder am Motor angebracht. Letztlich haben die Schüler sich mit Bilderkennung beschäftigt.

In den Lab-Jahren 2010/2011 wurde ein neuer Roboter aufgebaut: der Saugroboter „JACK“. Es handelt sich um ein autonomes Fahrzeug zur automatisierten Bodenreinigung. Das Fahrzeug besteht aus einem selbst entworfenen Chassis, das aus Holz realisiert wurde. Integriert sind darin eine Saug- und Bürsteneinheit. Angetrieben wird das Fahrzeug von den beiden einzeln von Getriebemotoren angesteuerten Rädern. Außerdem sind am Fahrzeug Tastschalter angebracht, um einen Zusammenstoß zu detektieren, und ein Fernbereichsensor ist oben auf einem Servomotor montiert, um die Umgebung abzutasten.

SkizzeSaugroboter

Im Lab-Jahr 2011/2012 wurde der Roboter um eine Basisstation ergänzt. Diese verfügt über eine Ladeautomatik und einer Saugeinheit zum Leeren des Staubbehälters. Außerdem wurden einige Aspekte des Saugroboters verbessert wie beispielsweise die Saugeinheit und die Programmierung.
 
Basis

 



















Da im Lab-Jahr 2012/2013 die Nachfrage an der Teilnahme deutlich gestiegen ist, gibt es diesmal zwei Gruppe. Eine Gruppe beschäftigt sich weiter mit dem Saugroboter JACK während die zweite Gruppe eine weitere Neuentwicklung startet: ein Quadrocopter. Mehr dazu in Kürze…

In Zusammenarbeit mit dem Heidelberger Life-Science-Lab:

Life-Science-Lab






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Fachbereich EIT