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 23.02.2006

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Informatik-Roboter  

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06.06.2003
Roboter im Informatikunterricht

Ablauf | Modelle | Dokumentation

rpoint.gif (45 Byte)   Wie funktionieren eigentlich Roboter? Welche Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten bestehen gegenwärtig für diese computergesteuerten Maschinen?
Diese Fragen bildeten den Ausgangspunkt eines neuen Projekts im Fachbereich Informatik der Jahrgangsstufe 10: Bau und Programmierung von Robotern.

16 Schülerinnen und Schüler des Neigungsschwerpunktes Informatik wählten sich - je nach Neigung und Interesse - ein Robotermodell, das es zu bauen und anschließend zu programmieren galt.

Rund 5.000 € investierten die Schule und der Förderverein vorab in die Grundausstattung, die gegenwärtig aus 15 verschiedenen Bausätzen der Firma FISCHERTECHNIK besteht.
Unterricht
Vom simplen Industrieroboter bis hin zum komplizierteren bionischen Roboter ging die Palette der von den Schülern gewählten Bausätze.

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Bereits beim Zusammenbau der Maschinen gab es manches Problem, das gelöst werden musste. Nicht immer erschien den Schülern die vorgeschlagene Konstruktion sinnvoll und stabil genug. Manche Änderungen wurden deshalb vorgenommen, um einen reibungslosen Maschinenlauf zu gewährleisten.

Danach wurden die einzelnen Funktionen getestet: Motoren, Antriebswellen, Schalter und Impulszähler wurden gecheckt.

Nun begann der eigentliche Programmiervorgang, der zunächst kleinere Einzelschritte beinhaltete.
Nach und nach wurden die Steuerungsabläufe komplexer, die ersten Unterprogramme für immer wiederkehrende Bewegungsvorgänge wurden geschrieben und in das Hauptprogramm integriert.
Als Software wurde die überwiegend grafisch basierte Programmierumgebung LLWIN 3.03 eingesetzt, die eine große Ähnlichkeit zur industriellen Steuerungssoftware aufweist.
Eine Ansteuerung der Interfaces über die Programmiersprachen Java oder Delphi ist ebenfalls möglich.
Programmschema
Die Entwicklungsingenieure der Fa. Fischertechnik wurden bei schwierigen Problemen per E-Mail kontaktiert, sie antworteten zumeist noch am selben Tag.
Point   Einige der von uns gebauten und programmierten Modelle können Sie hier näher betrachten:
Mobile 1 Mobile-Roboter mit Hindernis-Erkennung.

Der gelbe Außenring ist federnd aufgehängt und aktiviert bei Berührung eines Hindernisses einen oder mehrere Schalter. Je nach Schalterkontakt weicht der Roboter in eine andere Richtung aus.

Mobile 1

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mpg-Video [992 KB]

Mobile Roboter

Mobile-Roboter mit Kanten-Erkennung.

Der Roboter hat zusätzliche Ausleger mit separaten Rädern. Verliert ein Auslegerrad Bodenkontakt, so wird ein Schalter aktiviert. Das Programm stoppt das Fahrzeug und veranlasst eine Rückwärts- oder Ausweichbewegung.

Mobile Roboter

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Industrieroboter

Industrieroboter mit Knickarm.

Mit vier Motoren und einer Vielzahl von Impulszählern sowie diversen Endschaltern lässt sich der Knickarm-Roboter sehr vielfältig programmieren. In der Industrie ist er einer der meistgenutzten Roboter.

Industrieroboter

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mpg-Video [1.338 KB]

Bionik-Roboter

Bionic-Roboter.

Der bionische Roboter läuft auf sechs Beinen und ist von der Konstruktion her der Natur abgeschaut [externer Link: Erläuterung zur Bionik].
Die Entwicklung bionischer Roboter befindet sich noch in den Anfängen und die Einsatzgebiete sind sehr begrenzt.

Bionik-Roboter

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mpg-Video [922 KB]

Zylinder des Pneumatik-Roboters Pneumatischer Greifroboter.

Mit Druckluft, die vorab von einem Kompressor produziert und in einen Ausgleichsbehälter gepumpt wird, funktioniert der Greifroboter. Mit hoher Geschwindigkeit versetzt er Werkstücke von einem Ausgangspunkt zu einem anderen Ort.

Pneumatischer Greifroboter

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Pneumatische Türanlage Pneumatische Türöffnung/-schließung.

Ebenfalls mit Druckluft wird eine Tür geöffnet, sobald sie angetippt wird.
Die Schließung erfolgt über einen Lichtsensor, der an die Steuerung meldet, dass eine Lichtschranke durchbrochen wird.

Pneumatische Türanlage - Aufsicht

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Greifarm-Roboter Industrieroboter mit Greifarm.

Der Greifarm-Roboter fasst mit einer impulsgesteuerten Zange verschiedene Werkstücke und versetzt sie an einen anderen Ort.
Dieser Robotertyp wird in der Industrie für immer wiederkehrende, gleichförmige Arbeitsabläufe eingesetzt.

Greifarm-Roboter

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mpg-Video [1.339 KB]

rpoint.gif (45 Byte)   Dokumentation
Projektbegleitend hatten die Schüler die Aufgabe, eine Facharbeit über den von ihnen gebauten und programmierten Roboter zu erstellen.

Die Facharbeit sollte folgende Punkte beinhalten:
- Bau des Roboters, Beschreibung evtl. technischer Probleme und deren Lösungen.
- Beschreibung der Programmierumgebung, Austesten der einzelnen elektronischen Bauteile.
- Dokumentation der erstellten Programme und Unterprogramme.
- Recherche und Dokumentation über den tatsächlichen industriellen Einsatz von Robotern der gewählten Bauart.