HOCHSCHULE KARLSRUHE | H. Gust |
21.11.2022 09:30
HKA-Absolvent gewinnt mit Roboterentwicklung Deutschlandpreis des Fachbereichstags Maschinenbau e. V.
Einachsroboter, sogenannte Segways, die auf einer Achse mit Einzelantrieb
der Räder aufrecht balancieren können, gibt es schon seit einigen Jahren.
Was aber, wenn ein Hindernis oder eine geringe Raumhöhe den Weg versperren
und der Roboter sich quasi bücken müsste, um sein Ziel zu erreichen? Der
Roboter sollte also bspw. unter einer Stange durchtauchen können und auf
der anderen Seite wieder aufrecht balancierend zum Stehen kommen.
Alessandro Papa hat bereits den Bachelorstudiengang Mechatronik an der
Hochschule Karlsruhe (Die HKA) abgeschossen und beschäftigt sich nun mit
dieser Frage in seiner Masterthesis am Embedded Mechatronics Laboratory der
HKA. Dort werden Roboter-Testsysteme zum künstlichen Bewegungslernen
entwickelt. Robotische Systeme sollen also eigenständig lernen,
Bewegungsaufgaben zu lösen wie das Aufheben eines Gegenstands oder das
Durchtauchen unter einem Hindernis. Das Ziel seiner Masterarbeit: Einen
Segwayroboter hardwareseitig, aber auch durch ein Steuersystem entsprechend
zu erweitern. Zunächst entwickelte er über Simulationsstudien ein Konzept
für den Roboter, in dem Anforderungen an Geometrie, Massen sowie Trägheiten
berechnet wurden. Anschließend ging es an die tatsächliche Konstruktion.
Der Segway wurde von ihm in der Mitte mit einem Schwungrad mit eigenem
Antrieb erweitert, mit dem sich zusätzlich der Kippwinkel beeinflussen
lässt, sodass er sich unabhängig von seiner Fahrtrichtung verneigen kann.
Ein Hindernis lässt sich somit nicht nur vorwärts, sondern auch rückwärts
fahrend "durchtauchen". Die implementierte Software ermöglicht eine
Bedienung des Roboters und somit auch die Durchführung von Experimenten. Im
nächsten Schritt folgten die Steuerung zur Stabilisierung des Roboters und
anschließend zum gewünschten Bewegungsablauf. Mit 20 bis 30 Testläufen war
es dann möglich, die Steurung des Bewegungsablauf durch Iterative Learning
Control (ILC) zu optimieren, einer Kombination aus Maschinellem Lernen und
Regelungstechnik. Ohne selbstlernendes System wäre das ein erheblich
höherer zeitlicher Ingenieuraufwand gewesen.
"Das Ergebnis der Arbeit ist ein voll funktionsfähiger, neuartiger
Balancierroboter, der preiswert sowie leicht nachzubauen ist", so Prof. Dr.-
Ing. Joachim Wietzke aus der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik als
Betreuer der Abschlussarbeit. "Die mögliche Anwendungsfelder sind sehr
breit gefächert und reichen von Produktionsanlagen, Logistikzentren,
medizinischen Robotern, Humanoidrobotern bis zur Energieversorgung. Nicht
zuletzt werden wir ihn in der Methodenforschung im Feld des künstlichen
Bewegungslernens einsetzen."
Unter dem Motto "Kreativer Ingenieurnachwuchs!" vergibt der Fachbereichstag
Maschinenbau e. V. jedes Jahr den Deutschlandpreis für besonders
herausragende, wirtschaftliche und technische Entwicklungen von
Absolvent:innen, die einen besonderen Beitrag im Fachgebiet Maschinenbau
leisten. Bei der Beurteilung der Abschlussarbeiten zählen vor allem Aspekte
wie eine anspruchsvolle Aufgabenstellung mit einer herausragenden
Bearbeitung und Lösung. Hier wiederum sind relevant das Niveau der
Innovation, die praktische Umsetzung sowie die Qualität der Arbeit
insgesamt. Der Deutschlandpreis für die beste eingereichte Masterarbeit
ging in diesem Jahr mit einer Prämie von 2.000 Euro an Alessandro Papa für
sein Roboterprojekt "Chabo - The Challenging Bot".
Der Fachbereichstag Maschinenbau e. V. unterstützt die Hochschulen für
angewandte Wissenschaften (HAWen) im Maschinenbau und in artverwandten
Bereichen in Lehre und Forschung sowie in der Weiterbildung und dem Ausbau
von berufsbegleitenden Studiengängen.