Modulbeschreibung
Mechatronik 3
Kurzzeichen:
Unterrichtssprache:
ECTS-Credits:
Arbeitsaufwand (h):
Leitidee:
Die Studierenden
-
kennen praktische Anwendungen der Robotik.
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kennen die Kinematik und Dynamik von Robotern und damit die Bewegungsmöglichkeiten und -grenzen eines Roboters.
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kennen wesentliche Sensorik für Roboter.
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kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise verschiedener elektrischer Antriebe.
-
können Batteriezellen auswählen und Batterie-Packs für autonome Systeme auslegen
Modulverantwortung:
Lehrpersonen:
Standort (angeboten):
Vorausgesetzte Module:
Modultyp:
Bemerkungen:
Das Modul findet im Herbstsemester statt.
Modulbewertung:
Leistungsnachweise und deren Gewichtung
Modulschlussprüfung:
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 der Unterrichtsphase:
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:
Inhalte
Angestrebte Lernergebnisse (Abschlusskompetenzen):
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);
Modul- 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.
Lehr- und Lernmethoden:
- Klassenunterricht
- Übungen und Praktika
- Projekt- und problemorientiertes Lernen
- Selbststudium
Lehrmittel/-materialien:
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
Bemerkungen:
Der Kurs ist stark praxisorientiert und bildet eine zentrale Grundlage für weiterführende Projekte im Bereich Robotik und autonome Systeme.