// Projekt im Virtual Engineering

LEGO-Roboter mit Matlab programmieren

Die Maschinenbau-Studierenden des Schwerpunkts Virtual Engineering haben mit Lego Anlagen und Roboter gebaut und ihnen mit dem Programm Matlab Leben eingehaucht. Am Ende des Semesters flitzten Amphibien-Fahrzeuge durch einen Parcours, stellten Roboterarme Dominosteine in Reih und Glied, sortierten Teile auf einem Förderband und spielten Vier gewinnt.

Von Redaktion DHBW Mosbach

„Matlab ist eine Software speziell zur Programmierung und Lösung ingenieurtechnischer Probleme“, erklären die Projektbetreuer Prof. Dr.-Ing. Gangolf Kohnen, Studiengangsleiter an der DHBW in Mosbach, und Dr.-Ing- Manuel Ludwig, Lehrbeauftragter an der DHBW Mosbach. Mit den Toolboxen können auch spezifische Themen aus den Ingenieurwissenschaften ganz gezielt und einfach gelöst werden, beispielsweise Probleme aus der Regelungstechnik, angewandten Mathematik, Mechanik, Verfahrenstechnik. Auch die Lösung mathematischer Gleichungen, die Erfassung von Sensoren und die Verarbeitung, Speicherung und Darstellung in einer Benutzeroberfläche ist mit den umfangreichen Funktionen von Matlab möglich.

Mit den Lego Mindstorms fanden die zwei Projektbetreuer eine Möglichkeit, individuelle Projekte für Studierende umzusetzen und Mathematik, Programmierung, Mechanik und Montage zu verknüpfen. Mit den Lego-Utensilien können Fertigungsstraßen, Roboter, Fahrzeuge und alles, was das Herz begehrt, aufgebaut werden. „Insbesondere die umfangreiche Sensorsammlung der Lego Mindstorms überzeugt bei solchen Digitalisierungsprojekten“, so Kohnen und Ludwig.

Die Studierenden haben in dem Projektkurs zunächst Grundlagen in Matlab sowie die Erstellung von Benutzeroberflächen kennengelernt. Auf dieser Basis war es dann möglich, dass jede studentische Arbeitsgruppe sich ein Oberthema für die eigene Projektarbeit aussuchte und die Betreuer dieses Thema dann zu einem großen Programmier-, Entwicklungs-, Datenerfassungs- und Datenvisualisierungsprojekt machten.

„Die Studierenden lernen dabei sehr praxisnah den Umgang mit Matlab sowie im Rahmen der Projektarbeit auch die Arbeit in einem Team und die Umsetzung einer Problemstellung, wie sie typischerweise in der industriellen Praxis auftritt“, erklärt Professor Kohnen. Manuel Ludwig ergänzt: „Aufgabenstellungen dieser Art zielen auf die Entwicklung des System- und Prozessdenkens ab, die in der Studienrichtung Virtual Engineering eine zentrale Rolle spielen.“

Die nächsten Studierendengruppen stehen bereits in den Startlöchern. Das Interesse an dem Projektkurs Matlab ist riesengroß und die Betreuer freuen sich darauf, neue, spannende Projekte umsetzen zu können.

Vier gewinnt: Bericht der studentischen Gruppe

„Die erste Herausforderung bestand darin, dass wir den Roboterarm umbauen mussten, da er sich zunächst nur um seine eigene Achse drehen konnte. Da das „Vier gewinnt“-Spielfeld nicht kreisförmig, sondern gerade aufgebaut ist, musste der Roboterarm zwingend auf einer Linie laufen. Somit spendierten wir dem Roboterarm eine auf vier Rädern gelagerte Verfahreinheit.

Zuerst sollte der Roboterarm die Spielkugeln mit Hochdruckschläuchen und die Trichtern in das Spielfeld legen. Jedoch merkten wir schnell, dass die nicht geeignet sind, da die Trichter zu viel Platz wegnehmen und die Schläuche bei einem zu großen Biegeradius nicht mehr von den Kugeln durchlaufen werden können. Deshalb haben wir mit einem Facharbeiter ein Stahlrohr zugeschnitten und zusammengeschweißt und mit ausreichendem Gefälle auf dem Spielfeld montiert. Auch den Greifer mussten wir umbauen, da er für die kleinen Kugeln des Spiels ungeeignet war. Gegriffen werden die Kugeln nun mit gummiüberzogenen Legoelementen, wodurch die Kugeln sicher und rutschfest gehalten und transportiert werden können.

Die Motoren von Lego sind sehr ungenau. Durch eine Führungsschiene am Boden sorgten wir dafür, dass der Roboter in der Spur bleibt und mit zwei zusätzlichen Winkeln auf dem Spielfeld ermöglichten wir es dem Roboter, sich nach jedem Spielzug neu auszurichten. Zusätzlich montierten wir für den Greifarm Anschläge, da sonst ein Greifen der kleinen Kugeln nicht möglich gewesen wäre, da eine hochgenaue Positionierung dafür notwendig ist.

Wir ordneten „Lampen“ in Spielfeldform an und färbten sie in die jeweilige Farbe ein, wenn in die entsprechende Spalte eine Kugel geworfen wird. So simulierten wir die Spieloberfläche, um danach die Benutzeroberfläche entwerfen zu können. Zusätzlich wurde das Spiel gegen Bedienfehler abgesichert, denn am Computer kann erst wieder ein Spielzug ausgeführt werden, wenn der Roboter seinen Spielzug ausgeführt hat und auch die Überfüllung einer Spalte ist nicht möglich. In der Benutzeroberfläche Sortieren haben wir zudem das gewünschte Diagramm eingebaut, das die Anzahl der sortierten Kugeln hochzählt. Nachdem die Sortierung abgeschlossen ist, bekommt der Spieler eine Textnachricht, dass seine Kugeln fertig sortiert sind und er mit dem Spielen beginnen kann.

Zusätzlich haben wir eine Benutzeroberfläche erstellt, die man über einen Doppelklick auf die App „Motordaten“ öffnen kann. Sobald man auf den Button „Auslesen beginnen“ drückt, werden alle Motoren nacheinander beziehungsweise am Ende alle auf einmal angesteuert und man sieht deren Verfahrweg auf den entsprechenden Diagrammen.

Link zum Studiengang: www.mosbach.dhbw.de/ve

LEGO-Roboter spielt 4 gewinnt
https://www.youtube.com/watch?v=9oL_PpYmK9A
Playlist aller Matlab-Projekte
https://www.youtube.com/playlist?list=PLwUSmRTHbj_6SNVfXoUpJuJuNZnErEcCB

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