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Integriertes Anwendungsfach Robotik

1 Studiengang

Informatik B.Sc. und Informatik M.Sc. (in Kooperation mit TU Hamburg-Harburg)

2 Bezeichnung des Integrierten Anwendungsfaches

Robotik

3 IAF-Verantwortliche(r)

Zhang

4 Veranstalter(in)/Dozent(in)

Zhang, H. Werner (TUHH), T. Teufel (TUHH)

5 Sprache

Deutsch und Englisch mit deutsch- und englischsprachigem Lehrmaterial

6 Motivation, Bedeutung für / Stellung im Gesamtprogramm

Die Robotik ist ein interdisziplinäres Gebiet und umfasst verschiedene, aber eng gekoppelte Themen aus den Bereichen Maschinenbau, Regelungstechnik, Sensorik und Künstliche Intelligenz. Parallel zu theoretischen Untersuchungen versuchen Ingenieure und Informatiker mit Hilfe von Hardware (Sensoren, Chips, Motoren, Maschinenelementen) und Software (Algorithmen, künstliche Neuronen und Regeln) intelligente Maschinen zu entwickeln. Der wirtschaftliche Grund für diese Entwicklung liegt hauptsächlich in der Automatisierung in Industrie und Dienstleistungsbereichen, um die Arbeit des Menschen bei mühsamen, eintönigen oder gefährlichen Arbeiten und solchen in nicht zugänglichen Bereichen zu erleichtern; sowie Erhöhung der Produktivität, der Qualität der Produkte und der Flexibilität der Fertigungsprozesse. Die Vorlesung möchte die wichtigsten Grundkonzepte dieses spannenden und zukunftsträchtigen Gebiets vermitteln.

7 Lernziele/Kompetenzen

7.1 Passung Leitbild

Vermittlung technischer Kenntnisse eines wichtigen Anwendungsgebiets der Technischen Informatik. Kennenlernen von Systemintegration und Umsetzung des Fachwissens in realen Systemen.

7.2 Grundlagen-/Faktenwissen

• Roboterkinematik
• Roboterdynamik
• Regelungskonzepte
• Programmierung
• Aufgaben- und Bahnplanung

7.3 Methodenwissen

• Entwurfsmethodik für die Anwendung von Informatik und einfache Elektronik in realen physikalischen Systemen
• Methodik zur Systemintegration
• Evaluation der Systemleistung

7.4 Transferkompetenz

• Fähigkeit zur Auswahl geeigneter Problemlösungsverfahren für eine gegebene Aufgabenstellung
• Team-Arbeit
• Übertragen bekannter Algorithmen auf neue Problemstellungen
• Fähigkeit zur Erweiterung, Anpassung und Kombination existierender Verfahren

7.5 Normativ-bewertende Kompetenz

• Beurteilen des Schwierigkeitsgrades einer gegebenen Verarbeitungsaufgabe
• Erkennen grundlegender Beschränkungen von gegebenen Robotersystemen
• Vergleichende Bewertung alternativer Lösungsansätze

7.6 ABK/BOK/Schlüsselqualifikationen

• Kooperations- und Teamfähigkeit im Praktikum
• Strategien des Wissenserwerbs: Kombination aus Vorlesung, Vor- und Nachbereitung am Vorlesungsmaterial, Präsenzübungen mit betreuter Gruppenarbeit und eigenständiges Lösen von Übungsaufgaben
• Praktisches Problemlösen am Beispiel der Entwurfs von Robotersystemen

8 Lehrveranstaltungen

1. 1.Modul: IAF-R1 (Grundlage von Echtzeitsystemen) TUHH
2. 1.Modul: IAF-R2 (Robot Technology) UHH

9 Inhalt

1. Modul IAF-R1 (Grundlage von Echtzeitsystemen) TUHH

Regelungstechnik I (2 SWS Vorlesung+2 SWS Übung) (TUHH, H. Werner)
Inhalt: System und Signale, Regelkreise, Wurzelortskurven, Frequenzgang-Verfahren, Totzeitsysteme, Digitale Regelung, Software-Werkzeuge
Prüfungsart: schriftlich

Realzeitsysteme (2 SWS Vorlesung+1SWS Übung, optional) (TUHH, T. Teufel)
Inhalt: Prozesse und parallele Prozesse, Synchronisation und Kommunikation von Prozessen, Programmiersprachen zur Implementierung paralleler Prozesse, Interrupt-Service in Realzeit, Prozess-/Prozessor-Verwaltung, Ein-/Ausgabe und Dateiverwaltung, Strategien und Algorithmen zur Betriebsmittelverwaltung, Vergleich verschiedener Systeme
Prüfungsart: mündlich

2.Modul IAF-R2 (Robot Technology)

Introduction to Robotics (2 SWS Lecture, 1 SWS Exercise) (J. Zhang, Mitarbeiter NN)
Contents: homogeneous transformation, robot kinematics and dynamics, motion programming, position control, path and trajectory planning.
Performance record: oral examination

10 Bezüge zu anderen Modulen

• Innerhalb des Studienganges: Das intregierte Anwendungsfach Robotik stellt eine ideale Voraussetzung für die Vertiefung im Vertiefungsgebiet Intelligente Systeme und Robotik (ISR) dar, wobei es durchaus parallel mit den Modulen des Vertiefungsgebietes ISR belegt werden kann. Das gilt auch für das Modul Intelligente Roboter.
• Weiterhin kann das IAF Robotik auf Antrag (formlos an das Prüfungsamt) von interessierten Studierenden bereits im Bachelor-Studiengang belegt werden.
• Das Integrierte Anwendungsfach bietet sich als eine Verbindung zu technischen Informationssystemen an.

11 Modulvoraussetzungen

Verbindlich: keine
Empfohlen: Wahlpflichtmodul Grundlagen der Wissensverarbeitung, Vertiefungsmodul Bildverarbeitung I, mindestens eins der Wahlpflichtmodule Interaktives Visuelles Computing, Multidimensionale und multimodale Signale, Algorithmisches Lernen. Studierende, die das IAF Robotik bereits im Bachelor-Studiengang belegen wollen sollten möglichst schon die Pflichtmodule MP1 (Diskrete Mathematik), MP2 (Analysis und Lineare Algebra), IP4 (Algorithmen und Datenstrukturen), IP1, IP2 (Softwareentwicklung) sowie IP7 (Rechnerstrukturen) gehört haben.

12 Semester, Studienjahr/-phase

1./2. Fachsemester Master-Studiengang Informatik,
5./6. Fachsemester Bachelor-Studiengang Informatik

13 Prüfungsleistungen

Mündlich bzw. Klausur (je nach Modul)

14 Bewertung

18 LP

15 Periodizität

• Häufigkeit des Angebotes: jährlich
• Dauer: 2 Semester

16 Methodische Aufbereitung und Medienformen (Stichworte)

• Vorlesung mit Beamer, Overhead und Tafel
• Übungen in Kleingruppen
• Praktikum mit Roboterkonstruktion und -programmierung
• Erwartete Aktivitäten der Studierenden: selbständiges Bearbeiten von Übungsaufgaben, aktive Mitarbeit in den Präsenzübungen, Arbeit an realen Robotersystemen

17 Literatur

S. Modulbeschreibungen