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Robotik-Labor begeistert Studenten

Seit dem Wintersemester 2008/2009 findet an der Hochschule Landshut in der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen eine Robotik-Vorlesung von Prof. Anton Harasim statt.

In der Vorlesung wird fundiertes fachliches Grundwissen über die Roboterprogrammierung und –steuerung vermittelt. Besonders interessant jedoch für die Studentinnen und Studenten ist das Praktikum im Labor.

2008 konnte das neue hochmoderne Robotik-Labor, das mit Hilfe der Studienbeiträge finanziert wurde, an der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Landshut eingeweiht. Eingerichtet ist es mit insgesamt 4 anthropomorphen Roboterarmen der Marke Katana. Anthropomorph bedeutet hierbei, dass die Roboterarme für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen ohne Schutzvorkehrungen geeignet sind. Nahezu alle anderen am Markt erhältlichen Roboter benötigen ein Schutzzaun, der den Menschen vor Verletzungsgefahr schützt. Nicht so bei diesem Roboterarm; Studenten können also gefahrlos mit ihm arbeiten. Der Knickarmroboter Katana ist ein nur wenige Kilogramm wiegender, mit Sensorik ausgestatteten Greifer, der Objekte fühlen kann und sie in Verbindung mit einem künstlichen neuronalen Netz-Programm auch erkennen kann. Die Roboterbewegungen können auf diese Weise  abhängig von dem gegriffenen Objekt gesteuert und programmiert werden.

In kleinen Gruppen von 2-3 Studenten wird das erworbene Fachwissen der Vorlesung im Labor direkt in die Tat umgesetzt. Die Studenten lernen hier unter anderem das Ansteuern und Programmieren der Motoren, Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen sowie genau definierten Wegen, den sogenannten Trajektorien. Zur Dokumentation der gewonnenen Erkenntnisse werden außerdem Poster über die Themen erstellt.

Robotik – ein zukunftsträchtiges Feld für Ingenieure

Robotik ist ein wichtiger Wachstums- und Zukunftsmarkt auf dem es noch viel Entwicklungspotential gibt. Bereits in den 80er Jahren wurde prognostiziert, dass künftige Generationen Personal-Roboter so einsetzen werden wie heute zum Beispiel der PC schon für jeden Menschen zur Standardausstattung gehört. Roboter erleichtern die Arbeit und können gefährliche Aufgaben übernehmen.

Roboter kommen heute schon zum Einsatz besonders in der Industrie im Bereich der Fertigung. Nun schicken sie sich an, auch den häuslichen Alltag zu erobern, zum Beispiel als Serviceroboter, der saugt, putzt, Auskunft geben kann oder Blumen gießt.
Bis ein Roboter jedoch diese Tätigkeiten ausüben kann, ist ein weiter Weg. Er muss mit Sensoren ausgestattet sein, die ihn die Umwelt erkennen lässt, muss sehen können und die aufgenommenen Bilder auch richtig interpretieren, er muss in der Lage sein, sich in einer chaotischen, ständig verändernden Umgebung zurecht zu finden.

Das heißt, er muss sich einer nicht vorhersehbaren und damit vorher nicht programmierbaren Umgebung anpassen können. Ingenieure und Ingenieurinnen beschäftigen sich daher eingehend mit der komplexen Thematik, wie ein Roboter selbständig lernen kann, das Erlernte anschließend richtig interpretiert und somit autonom und mobil wird.

Prof. Harasim konzentriert sich mit dem neu eingerichteten Robotik-Labor dabei hauptsächlich auf den Forschungs- und Entwicklungsbereich der visuell gesteuerten kooperativen Armbewegungen basierend auf Künstlich Neuronalen Netzen (KNN).

Das Ziel der Arbeiten richtet sich nicht nur auf die Erkennung der gegriffenen Objekte, sondern auf die visuelle autonome Steuerung der Roboterarme über ein Lern-Verfahren. Der Anwender zeigt hierbei dem Roboter, welche Armbewegungen er durchführen muss, wenn er ein bestimmtes Objekt aus seiner Bibliothek selbstständig erkannt hat. Bei ausgedehnten und großen Objekten muss der Roboter in der Lage sein, mit zwei Armen das Objekt zu greifen und zu bewegen. Auch derartige kooperative Armbewegungen müssen gelernt sein.

Die Diplomanden Manfred Wimmer und Bach Le Viet arbeiten am Thema eines Stereo-Kamera-Systems, das heißt den „Augen“ des Roboters, deren Nutzung sowie praktische Umsetzungsmöglichkeiten. Ein weiteres Diplomthema, das von Mathias Gammer bearbeitet wird, befasst sich mit der visuellen Erkennung der eigenen Roboterarmbewegungen. Die Diplomarbeit von Michael Haltmaier hat die gleichzeitige Bewegung von zwei Roboterarmen zum Thema.

Sophie Engelsberger befasst sich mit dem Thema Greifen und Bewegen von ausgedehnten Objekten mit beiden Händen. Ihre Diplomarbeit hat sich Frau Engelsberger gezielt ausgesucht. Beim Besuch der Robotik Vorlesung im 7. Semester ihres Diplom Studienganges Wirtschaftsingenieurwesen stellte Prof. Harasim verschiedene Arbeitsthemen vor. „Das Thema ist für mich sehr interessant, da ich neben dem wissenschaftlichen Teil der Arbeit auch noch viele praktische Tätigkeiten mit den beiden Roboterarmen durchführe“ erklärt Frau Engelsberger. So müssen zum Beispiel die Arme von der derzeitigen senkrechten Position so angepasst werden, dass sie als Greifarme in Verbindung mit der Kamera verwendet werden können. „Außerdem gehört zu meiner Diplomarbeit auch das Schreiben der Software für die Ansteuerung der Arme. Diese unterschiedlichen Komponenten machen das Thema so spannend.“, erläutert Frau Engelsberger ihre Motivation, warum sie sich für dieses Thema entschieden hat. „Ich könnte mir sehr gut vorstellen, mich auch in meinem späteren Berufsleben mit dem Robotik Thema weiter zu befassen“.

Mit allen derzeit laufenden Diplomarbeitsthemen tastet man sich langsam an das Ziel der autonom gesteuerten Roboterarme heran.

Das Thema „Robotik“ wird bei den Studenten der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesens sehr gut angenommen. Besuchten im abgelaufenen Wintersemester 2008/2009 insgesamt 24 Studenten und Studentinnen die Vorlesung „Robotik“ von Prof. Harasim, so haben sich für das laufende Sommersemester 2009 bereits über 50 Teilnehmer angemeldet.

"Das nochmalig gestiegene Interesse der Studenten und die vielen Anfragen über Bachelor- oder Diplomarbeitsthemen aus dem Bereich Robotik freuen mich sehr. Wenn die Nachfrage weiter so hoch bleibt, werden wir das Robotik-Labor baldmöglichst um weitere Roboter-Greifarme erweitern“ erklärt Prof. Harasim.

Prof. Anton Harasim ist Professor für Physik und Mikrosystemtechnik an der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen der Hochschule Landshut. Er ist Laborleiter Hybridtechnik und beschäftigt sich eingehend mit der Thematik Robotik sowie Künstliche Neuronale Netze.
Weitere Informationen erhalten Sie auf der Homepage von Prof. Harasim.