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Das Projekt PHOTOPUR soll die Reduzierung von Pestiziden in Oberflächengewässern ermöglichen. In dieser Arbeit wird eine Automatisierung eines ersten Demosystems entwickelt, welches den gesamten Reinigungsprozess abbildet. Eine Projektierung der Automatisierung des Systems wird mit den dafür vorgesehenen Fließschemas und Gerätelisten durchgeführt. Darauf aufbauend wird die Ablaufsteuerung des Demosystems durch einen Ablauf-Funktionsplan umgesetzt. Um eine Systemüberwachung der Anlage zu gewährleisten wurde dazu eine Visualisierung ausgearbeitet. Zusätzlich wurden die Regelstrecken der Durchflussregelungen in den zwei Teilprozessen des Reinigungsprozesses bestimmt und durch unterschiedliche Einstellregeln der optimale Regler der Regelkreise ermittelt.
Die in dieser Arbeit entwickelte Software, beinhaltet die drei folgenden Umsetzungen: Realisierung der Ablaufsteuerung, Implementierung der Reglerparameter durch einen vorhandenen Regelalgorithmus und die Visualisierung des Demosystems.
Der Zweck dieser Arbeit ist es zu untersuchen, ob es möglich ist, einen Regelungsalgorithmus in MATLAB zu implementieren mit dem, mit Hilfe des Roboters Baxter von Rethink Robotics eine automatische Ultraschalluntersuchung einer Schilddrüse durchzuführen. Hierzu ist zum einen eine Kraftregelung notwendig und zum anderen eine Regelung der Ausrichtung des Ultraschallkopfes zum Untergrund, da dieser immer senkrecht darauf stehen soll.
Um den implementierten Regelalgorithmus zu optimieren, sind Tests durchgeführt worden, mit denen ermittelt worden ist, wie die Regelparameter einzustellen sind, um gute Ergebnisse zu erzielen. Die einstellbaren Regelparameter sind der Kraftbereich, in dem keine Regelung stattfinden soll, und der Faktor, mit dem der Greifarm des Roboters nach oben und unten verschoben werden soll. Mit den optimalen Werten, die sich durch diese Untersuchung ergeben haben, ist es möglich, die Kraft recht präzise zu regeln, wobei etwa 3 % aller gemessen Kraftpunkte außerhalb der vorgegebenen Kraftgrenzen liegen.
Es ist in der gegebenen Zeit nicht möglich gewesen, beide Teile der Regelung miteinander zu verbinden. Um die Rotation des Greifarmes zu steuern, ist die Berechnung des nötigen Drehwinkels in Abhängigkeit der Y-Kraft vorgesehen gewesen. Dies hat sich jedoch als problematisch erwiesen, da die Kraft, welche gemessen wird, stark schwankt und daher keine ordnungsgemäße Regelung möglich ist. Aus diesem Grund ist zu empfehlen, die Rotationsregelung nicht nur mit Hilfe von Kraftmessungen, sondern auch mit von Kameras aufgenommenen Bilddaten zu steuern.
Diese Untersuchung hat gezeigt, dass die Kraftregelung in der Ebene und bei kleineren Steigungen bis 12° praktikabel ist. Jedoch ist eine vollautomatische Ultraschalluntersuchung mit diesem Regelalgorithmus nicht möglich, da die Ausrichtung des Ultraschallkopfes nicht möglich ist. Es ist allerdings davon auszugehen, dass der Algorithmus funktionieren kann, wenn Bilddaten mit einbezogen werden.
Ziel dieses Projekt war, an einem existierenden, funktionierenden und LabVIEW-programmierten Roboter Verbesserungen durchzuführen, damit er stabiler, robuster, einfacher zu benutzen ist, und damit er in seinen Aktionen wiederholbar ist. Der Roboter wurde aus dem Starter-Pack von National Instruments (NI) gebaut, der ein MyRIO-Programmiergerät enthält. Dieses lässt sich in einer graphischen Programmierungssprache (LabVIEW) programmieren, die mehrere Aktionen parallel durchführen kann und in der Industrie weit verbreitet ist. Der Roboter wurde von einem vorherigen Team schon begonnen und konzipiert und besteht aus 3 Etagen, die die Motoren, die mechanischen Teilen und das elektronische Material behalten. Die Mechanik und die Elektronik waren funktionell, aber weder robust noch dauerhaft. Die Programmierung enthielt einige Fehler, die zuerst korrigiert werden mussten. Eine Zeit war nötig, um die vorherigen technischen Lösungen anzuschauen und um sich mit der Programmierung in LabVIEW vertraut zu machen. Dann wurde vor dem ersten Wettbewerb das System für die Aufgabe der Sortierung der Bälle mit einer opaken 3D-bedruckten Abdeckung ausgestattet, um den lichtempfindlichen Sensor vor Licht zu schützen und die vorige Alufolie mit einer robusten Lösung zu ersetzen. Unser Team, das aus drei bis fünf Studenten (abhängig von den Semestern) besteht, hat am 4. Oktober 2018 an einem Wettbewerb der Firma National Instruments teilgenommen, bei dem ein Roboter verschiedene Aktionen selbstständig auf einer Strecke durchführen soll. Ziel dieses Wettbewerbs ist es, die Teamarbeit und die Produkte von National Instruments durch den Bau eines Roboters und dessen Programmierung aus einem MyRIO-Gerät zu fördern. Der Wettbewerb fand bei der Veranstaltung „NI Days“ statt und sah fünf Teams französischer Studenten gegeneinander antreten. Unser Roboter gewann den ersten Platz im Wettbewerb, indem er die meisten Punkte in den Runden erzielte. Nach dem Wettbewerb wurde der Schwerpunkt auf die Mechanik und die Programmierung gelegt, da es noch Probleme gab und um die technischen Lösungen des Roboters robuster zu machen. Dabei wurden Schutzteile von Liniensensoren konzipiert und die Dimensionierung des Arms für die Aufgabe der Rohre begonnen, was danach von einem anderen Teammitglieder weitergeführt wurde. Bezüglich der Programmierung wurde das Frontpanel komplett geändert und die Klarheit des Programms anhand von Kommentaren und Beschreibungen verbessert, um das Programm einfacher und benutzerfreundlicher zu machen. Danach wurden die Probleme der Datei gelöst, die die Zustände des Roboters im Embedded Modus aufschreibt, damit wir Informationen haben, wenn es auf der Strecke einen Fehler gab. Schließlich galt es, die Regelung der Hauptmotoren des Roboters zu verbessern, um seine Verfahrgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig sicherzustellen, dass er die Linie nicht verlässt. Dieses ermöglichte, die Ausführungsgeschwindigkeit der Strecke zu erreichen, die 1,4-mal höher war als die vorherige Geschwindigkeit. Am Ende dieser Arbeit wird ein neues Team von drei bis fünf Studenten das Projekt übernehmen, um sich auf den nächsten Wettbewerb vorzubereiten und den Roboter weiter zu verbessern.