FH Bielefeld
University of
Applied Sciences

Robotik

Raum E 329

Im Labor Robotik des Fachbereiches Ingenieurwissenschaften und Mathematik der FH Bielefeld können Studierende praktische Erfahrungen mit diversen Robotersystemen sammeln. Im Labor kann sowohl mit Standardmanipulatoren (z.B. KUKA-Roboter) als auch mit autonomen Robotersystemen experimentiert werden. Weiterhin stehen auch einzelne HW-Komponenten zur Verfügung, zum Beispiel aktive PTZ-Kameras, diverse Motoren, Sensoren und Mikrokontroller zur Programmierung und Datenerfassung und –verarbeitung. Durch studentische Projekt- und Abschlussarbeiten erweitert sich dieser Fundus kontinuierlich.

Das Labor Robotik unterstützt die Praktika des Moduls Robotik und ggf. der Informatik 3 (Software-architectures for physical computing). Bei Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und studentischen Abschlussarbeiten liegt der Schwerpunkt auf lernenden Robotersystemen. Das heißt, es werden Lernverfahren und Methoden der KI und der verhaltensbasierten Robotik (behavior-based robotics) auf Robotersystemen zur Anwendung gebracht und weiterentwickelt.

Ein weiterer Schwerpunkt des Labors Robotik im Kontext des Bachelor-Studiengangs Mechatronik ist die Konstruktion und Entwicklung einfacher und modularer Roboterbaukastensysteme. Studierende der Mechatronik entwickeln während des Studiums Kompetenzen in den Fachdisziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik. Genau diese Kompetenzen sind notwendig, um Robotersystem zu konstruieren. So sollte es nicht überraschen, wenn Studierende der Mechatronik im Labor Robotik auch selbstständig eigene Roboter entwickeln. Interessanter ist jedoch, wenn diese Systeme als Kit entwickelt werden. So können die Roboter von anderen nachgebaut, gepflegt und weiterentwickelt werden. Damit vertiefen die Studierenden einmal ihre Kompetenz in der Produktentwicklung und weiterhin können diese Systeme dann auch in der Lehre eingesetzt werden. Die Roboterbaukästen sind alle als open-source Systeme entwickelt, können also von anderen beliebig nachgebaut und erweitert werden.

Für die Konstruktion und Entwicklung von Roboterbausätzen stehen im Labor ebenfalls Gerät und Werkzeug zur Verfügung. Im folgende sollen die Robotersysteme und die entwickelten Baukästen (Stand April 2021) kurz vorgestellt werden.

 

Ausstattung


Standardmanipulatoren

KUKA-Standardmanipulator

KUKA AGILUS KR 6 R900 (KR C4 compact)

Der KUKA AGILUS KR 6 R900 (KR C4 compact) ist ein klassischer Industrieroboter. Die Ansteuerung kann manuell oder vollautomatisch über einen PC erfolgen. Es stehen zwei Endeffektoren zur Verfügung, ein Parallel-Klemmgreifer und einen Sauggreifer. 


KUKA-Trainingszelle

Die KUKA-Trainingszelle ready2_educate_pro ist ausgerüstet mit dem KUKA KR 3 R540 und der Steuerung KR C4 compact RAL 7016. Als vormontierte Schulungszelle ist diese CE-konform und somit direkt für einen sicheren Einsatz in der Lehre geeignet. Die Schulungszelle enthält weitere Komponenten, mit welchen sich eine Vielzahl von Roboterexperimenten aufgebaut werden.

 

 

Mobile Systeme

Formula AllCode

Formula AllCode

Dieses mobile System passt auf jeden Schreibtisch, ist mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet und einfach per BT zu steuern, z.B. mittels MATLAB. Das System kann direkt vom PC kabellos gesteuert werden. Für das Praktikum Robotik stehen 20 dieser Systeme bereit. Jeder Studierende kann somit während des Praktikums selbstständig mit einem eigenen Roboter arbeiten.

Eine Projektarbeit des Labor Robotik mit diesen mobilen Robotern ist im Internet abrufbar unter https://formula-allcode.jimdosite.com


TurtleBot

Der mobile Roboter TurtleBot ist ein radgetriebenes System und besitzt einen Laserscanner. Damit kann dieser eine geometrisch Karte seiner Umgebung anfertigen und erfolgreich in seiner Umwelt navigieren. Die Ansteuerung erfolgt über einen Raspberry PI und standardmäßig über die Middleware ROS (robot operating system). TurtleBot und ROS sind modulare Systeme und werden von einer großen Community gepflegt und weiterentwickelt. Damit steht den Studierenden ein großer Fundus von SW-Anwendungen und HW-Erweiterungen zur Verfügung. Z.B. kann die Navigations-SW ohne weiteren Programmieraufwand über ROS direkt eingebunden und verwendet werden.

Das Labor Robotik besitzt 6 TurtleBots und besitz damit über eine ausgezeichnete Basis für die Arbeit mit verteilten autonomen Systemen.

 

Humanoide Roboter

Pepper

Humanoider Roboter Pepper

Der Roboter Pepper ist weltweit der erste Roboter, welcher soziale Interaktion mit Menschen simulieren kann. Dies geschieht über Mimik, Gestik und einfache verbale Kommunikation. Im Labor Robotik wurden auf Pepper Algorithmen zum Erlernen der Hand-Auge-Koordination erfolgreich getestet. Auch in der Öffentlichkeitsarbeit unterstützt Pepper den Fachbereich, in dem dieser z.B. Besucherinnen und Besuchern während spezieller Events autonom und charmant unterhält und informiert.

 

Roboterbaukästen des Labors

MEX

MEX (Modularer Experimentierbaukasten) ist ein stationärer, modularer und programmierbarer Experimentierbaukasten zum Selbstaufbau. Mit MEX sollen Studierende selbstständig Experimente im Bereich der Robotik, sowohl zu Hause als auch im Labor, durchführen. 
Der Aufbau erfolgt mit dem bereitgestellten Bausatz und die Programmierung erfolgt mittels einer Standardentwicklungsumgebung für den Mikrokontroller Polulu. Der Selbstaufbau erfolgt durch Standardwerkzeuge. Die Programmierung erfolgt von einem Standard-PC mit Standard USB-Anschluss. Der Manipulator wird abhängig von der aufgebauten Konfiguration mit mehreren Servomotoren betrieben. Die Servomotoren werden mit einem Netzteil an das 230V-Hausnetz angeschlossen und die Energieversorgung des Mikrokontrollers erfolgt mit 5V über die USB-Buchse eines Laptops oder Computers. Die Servomotoren treiben die verschiedenen Glieder des Systems an und ermöglichen die Arbeit mit einem Roboterarm mit, je nach Aufbaukonfiguration, unterschiedlich vielen Freiheitsgraden und verschiedenen Endeffektoren. Der MEX ermöglicht es die Wirkungs- und Funktionsweise der Kinematik an einem reellen System nachzuvollziehen und zu erleben.


TED

TED (Two-degrees-of-freedom experimental Device)

TED (Two-degrees-of-freedom experimental Device) ist eine programmierbare Laufmaschine zum Selbstaufbau. Mit TED sollen Studierende selbstständig Experimente im Bereich Robotik zu Hause, d.h. außerhalb eines Labors, durchführen. Der Aufbau erfolgt durch Standardbauteile, welche im Handel erworben werden können. Die Programmierung erfolgt mit einer Standard-Entwicklungsumgebung für den Mikrokontroller Arduino. Der Selbstaufbau erfolgt durch Standardwerkzeuge. Die Programmierung erfolgt von einem Standard-PC mit Standard UBS-Anschluss. Die Laufmaschine wird durch zwei Motoren angetrieben. Diese setzen die Beine der Laufmaschine in Bewegung. Die Laufmaschine mit einer eigenen Energieversorgung, einer sogenannten Powerbank, ausgestattet. Die Powerbank liefert eine Spannung von maximal 3,5 Volt. Die beiden Motoren treiben jeweils ein Beinpaar an. Ein Beinpaar wird durch einen speziell gebogenen Draht konstruiert. Damit können Studierende eigen Beinmorphologie konstruieren und testen. Das Robotersystem im kompletten Aufbau soll auf dem Handteller platziert werden können. Das Gewicht beträgt unter 200g. Damit kann der Roboter auf einem Schreibtisch betrieben werden.

(Weitere Informationen zum Einsatz des TEDs in der Lehre im WS 2020/21 siehe folgende Pressemitteilung: https://www.fh-bielefeld.de/ium/presse/ein-roboter-fuer-zu-hause)