Lernergebnisse
Absolvent_innen des Moduls verfügen über die zum Bau eines kleinen autonomen Roboters nötigen Grundkenntnisse:
• Programmierung eines Mikrocontroller auf Arduinobasis und Anwendung von Sprachelementen aus C++ dazu
• Auswertung von Messdaten und Visualisierung in Java/Processing.
• Verständnis der Funktionsweise einfacher elektronischer Schaltungen zur Messung mit analogen Sensoren und Aufbau eigener Schaltungen aus diskreten Elementen auf Grundlage von öffentlich verfügbaren Quellen
• Implementierung einfacher Algorithmen zur Erkennung von Umgebungsfeatures und zur Steuerung von Bewegungsabläufen unter Berücksichtigung der Analyse von Fehlerquellen und Einschätzung der Bedeutung von Parametern
• Entwicklung und Herstellung geeigneter mechanischer Aufbauten
• Kenntnis und Anwendung von Techniken des Projektmanagements (Projektstrukturplan, Risikoanalyse, Gantt-Diagramm, Meilensteine, ToDo-Listen und Teamkoordination über ein Wiki), um die Arbeit eines Teams zu planen und koordinieren
• Dokumentation der eigenen Arbeit in Form eines Wiki-Artikels im wissenschaftlichen Stil
Die Absolvent_innen sind in der Lage diese Kenntnisse praktisch anzuwenden und im Team Probleme zu lösen, welche das Zusammenspiel von Software, Elektronik, Sensoren und Mechanik erfordern. Dabei können sie selbstständig Fehlerquellen analysieren und die gefundenen Lösungen im Rahmen eines Vortrags kritisch reflektieren.
Lehrinhalte
3-4 Wochen Einführung in die Mikrocontrollerprogrammierung mit Arduino mit Pflichtübungen:
• Programmablauf im imperativen Stil
• Variablen, Typen, Kontrollstrukturen und Funktionen
• Objektorientiertes Programmieren
• Best Practices und Namenskonventionen
• Basiswissen Elektronik (einfache Schaltpläne, Spannungsteiler, Ohmsches Gesetz)
Hauptteil: Projektarbeit in Teams:
• Wahl eines Projektthemas aus dem Bereich Robotik
• Erarbeitung einer Projektplanung
• Entwurf des Roboters und Recherche nach geeigneten Lösungen und Materialien aus den Bereichen Sensorik, Mechanik und Programmierung.
• Anbindung und Ansteuerung von Komponenten: Stepper, Getriebemotoren, RC-Servos, Motortreiber, verschiedenste Sensoren (Distanz, Helligkeit, Audio, Magnetfelder, Temperatur, Beschleunigung, Drehung, GPS, WLAN) zur direkten Anbindung an den Mikrocontroller über I2C, analoge und digitale Signale sowie Farb- und Tiefenkameras.
• Einfache Auswertung von Sensordaten
• Verwendung von Zustandsautomaten zur Ablaufsteuerung, einfache PID-Regler in der Praxis, Definition von Interfaces für objektorientierte Programmierung im Team
• Systemintegration und Debugging
• Präsentation des Projektergebnisses vor Publikum
• Ausarbeitung einer Projektdokumentation
Beschreibung der Lehr- und Lernformen
Einführung in die Grundlagen unter Anleitung
Projektarbeit in Kleingruppen mit abschließendem Vortrag
Erstellung einer Projektdokumentation
