Modulbeschreibung
Mechatronik 3
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Credits:
Arbeitsaufwand (h):
Lernziele:
Die Studierenden
-
kennen praktische Anwendungen der Robotik.
-
kennen die Kinematik und Dynamik von Robotern und damit die Bewegungsmöglichkeiten und -grenzen eines Roboters.
-
kennen wesentliche Sensorik für Roboter.
-
kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise verschiedener elektrischer Antriebe.
-
können Batteriezellen auswählen und Batterie-Packs für autonome Systeme auslegen
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Empfohlene Module:
Vorausgesetzte Module:
Modultyp:
Bemerkungen:
Das Modul findet im Herbstsemester statt.
ECTS-Credits pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Die Modulschlussprüfung findet in zwei Teilen statt. Die Kurse Robotik sowie Angewandte Antriebstechnik bilden je einen Teil der Modulschlussprüfung. Beide Teile dauern je 90 Minuten.
Während des Semesters:
In den Kursen Robotik sowie Angewandte Antriebstechnik wird je ein Projekte bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
In den Kursen Robotik sowie Angewandte Antriebstechnik wird je ein Projekte bewertet (Gewicht je 20%).
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Robotik sowie Angewandte Antriebstechnik bilden je einen Teil der Modulschlussprüfung (Gewicht je 30%).
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Robotik
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können die unterschiedlichen Bauformen von Robotern benennen;
- können den Einsatz und Nutzen von verschiedenen Koordinatensystemen im Kontext der Robotik erklären;
- können Vektoren von einem Koordinatensystem in ein anderes mittels homogener Transformationsmatrizen transformieren;
- können ausgewählte Methoden zur Berechnung der Vorwärts- und Rückwärtskinematik, sowie der Jakobimatrix eines Roboters anwenden;
- können den Lagrange-Formalismus und die Newton-Euler Methode zur Berechnung der Dynamik eines Roboters erklären;
- können die Berechnung der Massenmatrix durch Bilden der Summen aller Kräfte und Momente eines mobilen Roboters erklären;
- können Übersetzungsverhältnisse berechnen und damit Geschwindigkeiten, Momente und Trägheiten auf die Eingangs-, beziehungsweise Ausgangsseite einer Antriebseinheit reduzieren;
- können Typische Regler in der Robotik (Position, Geschwindigkeit, kinematische Regler, modellbasierte Regler, Regelung im kartesischen Raum) beschreiben und deren Parameter berechnen;
- können die Funktionsweise von Bahnplanern (Geschwindigkeitstrapez, Beschleunigungstrapez, Polynom n-ter Ordnung), sowie die Synchronisation mehrerer Bahnplaner erklären;
- können Typische, bei der Lokalisierung mobiler Roboter eingesetzte Sensoren nennen und ausgewählte Anwendungsbeispiele erklären;
- können Beobachter und Filter zur Aufbereitung und Fusionierung von Sensorinformationen auslegen und einsetzen;
- können die erworbenen Kenntnisse in einem realen Szenario umsetzen, wozu Sie einen mobilen Roboter in C++ programmieren (Lückentext);
Plan und Lerninhalt:
Der Kurs Robotik vermittelt einen umfassenden Überblick über die theoretischen Grundlagen und praktischen Anwendungen der Robotik. Die Studierenden lernen die verschiedenen in der Robotik verwendeten Koordinatensysteme kennen und beherrschen die Umrechnung zwischen ihnen. Sie verstehen die Kinematik und Dynamik von Robotern und damit die Bewegungsmöglichkeiten und -grenzen eines Roboters.
Ein Schwerpunkt liegt auf der Berechnung von Bewegungsabläufen, der Positions- und Geschwindigkeitsregelung und der Bahnplanung für mobile Roboter. Darüber hinaus werden Sensortechnologien, die Fusion von Sensorinformationen und die Anwendung von Beobachtern und Filtern zur präzisen Positionsbestimmung behandelt.
Der Kurs legt großen Wert darauf, dass die Teilnehmer ihr erworbenes Wissen in realen Szenarien anwenden können. Dazu gehört die Programmierung eines kleinen mobilen Roboters, beginnend mit der Ansteuerung des Motors bis hin zur Implementierung eines optimierten Bahnplaners für die Navigation durch vorgegebene Punkte im Raum.
Ansprechspersonen:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Modulschlussprüfung und Projekt
Lehr- und Lernmethoden:
- Klassenunterricht
- Übungen und Praktika
- Projekt- und problemorientiertes Lernen
- Selbststudium
Bibliographie:
1. Siegwart, R., Nourbakhsh, I. R., Scaramuzza, D.: Introduction to Autonomous Mobile Robots, MIT Press
2. Borenstein, J. et al.: Mobile Robot Positioning – Sensors and Techniques
3. Bruno Siciliano, Handbook of Robotics, Springer Verlag, 2016
4. Peter Corke, Robotics, Vision and Control Fundamental Algorithms in MATLAB, Springer Verlag, 2017
5. Peter Corke, Robotics, Vision and Control Fundamental Algorithms in Python, Springer Verlag, 2023
6. Skripte und Unterlagen der OST
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Kurs ist stark praxisorientiert und bildet eine zentrale Grundlage für weiterführende Projekte im Bereich Robotik und autonome Systeme.
Angewandte Antriebstechnik
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise der verschiedenen elektrischen Antriebe.
- kennen gebräuchliche Motorentreiberschaltungen und das Space Vector Modulationsverfahren um diese anzusteuern.
- kennen das Konzept der feldorientierten Regelung.
- kann Batteriezellen auswählen und kann ein Batterie-Pack auslegen.
Plan und Lerninhalt:
- Antriebe (DC-Motor, Asynchron- und Synchronmaschine, Schrittmotor und Brushless-DC-Motor)
- Motorentreiber
- Space vector modulation
- Feldorientierte Regelung
- Auswahl von Batteriezellen
- Design von einer Batterie-Pack
Ansprechspersonen:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Projekt und Modulschlussprüfung
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, begleitetes Selbststudium, Selbststudium
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen: