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Einführung

Im Fachpraktikum Mechatronik im Studiengang Mechatronik sowie Angewandte Elektrotechnik im Mechatronik Business and Systems Engineering absolvieren die Studierenden 4 Versuche und erstellen darüber hinaus ein eigenes mechatronisches Projekt in einem Kleinteam. Die Spannweite der Projekte ist groß: vom Aufbau kleiner Platinen über die Programmierung von Applikationen/Mikrocontrollern/etc. bis hin zu eigenen Laborversuchen für Mess- und Regelungstechnik.

Das Semesterziel sind vier erfolgreiche Versuche und die eigenständige Lösung einer mechatronischen Aufgabenstellung.

Inhaltlich wird dieses Jahr ein Escape Game gebaut. Jede Gruppe baut ein mechatronische Rätsel, welches in 5 Minuten lösbar ist. Die Rätsel sollen insgesamt alle Fachgebiete der Mechatronik behandeln. Die Rätsel verbleiben an der HSHL und werden zu einem Escape Game kombiniert, welches von Schülern und Studenten gespielt werden kann.

Qualifikationsziele

Die Kompetenzen der Studierenden in Physik, Elektrotechnik und Systemtheorie sollen auf ein einheitliches Niveau gebracht werden. Das Ziel ist die unterschiedlichen Kenntnisstände der Studenten anzugleichen.

Die Studierenden verbreitern und vertiefen in diesem Angleichungsmodul ihr Wissen in den Bereichen der angewandten Physik und Elektrotechnik.

Im Bereich Elektrotechnik können die Studierenden Schaltungen für die Auswertung von Sensorinformationen entwerfen sowie verschiedene Aktortypen theoretisch und praktisch ansteuern. Die Studierenden sind befähigt, die Signalverarbeitung (Mess- und Regelungstechnik) mit einem Mikrocontrollerboard durchzuführen.

Inhalte

Die Vertiefung in angewandter Elektrotechnik erfolgt in praktischen Laborversuchen und Projekten in Laboren mit umfangreicher Werkzeug-/Maschinen-/Werkstatteinrichtung:

Die Versuche decken die nachfolgenden Bereiche ab:

1. Einführung in Mikrocontroller (z. B. Arduino)
2. Messtechnik und digitale Signalverarbeitung
3. Rapid Control Prototyping
4. Mess- und Regelungssysteme (z. B. Autonome Robotik auf dem Lego Mindstorms mit Simulink)

Hierbei steht die modellbasierte Entwicklung mit Simulink im Vordergrund.

Projekte: Je Kleingruppe ist ein mechatronisches Projekt zu bearbeiten. Dieses Projekt umfasst die Phasen

1. Projektplanung und Systementwurf
2. Beschaffung der Bauteile und Materialien
3. Entwicklung und Fertigung (z. B. Platine planen und herstellen, programmieren, konstruieren, montieren, löten,...)
4. Inbetriebnahme
5. Projektdemonstration, -abnahme und -dokumentation

Die Phasen können je nach Projekt variieren. Die Projekte werden von den Studierenden selbst vorgeschlagen. Achten Sie bei der Auswahl Ihres Projektes darauf, dass das von Ihnen gewählte Projekt zum zeitlichen Rahmen des Praktikums passt.

Umsetzung/Werkstatt

Zur Hilfestellung bei der Fertigung, z. B. per 3D-Druck, Holzarbeiten etc. steht Ihnen die Projektwerkstatt zur Verfügung.

Teilnahmeempfehlungen

Dieses Modul nutzt als Werkzeug die Rapid Control Prototyping-Software Matlab/Simulink. Grundkenntnisse sind hilfreich und können u. a. im für Studierende kostenlosen Kursen

• Einführung in MATLAB
• Einführung in Simulink
• Arduino mit Simulink programmieren

erworben werden.

Literatur

• Brühlmann, T.: Arduino Praxiseinsteig. Heidelberg: mitp, 3. Auflage 2019. ISBN 978-3747500569. URL: Onlinequelle nur aus dem Campusnetz erreichbar.
• Hesse, S.;u.a.: Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation. Vieweg, 2012: 978-3834808950
• Lerch, R.: Elektrische Messtechnik. Springer, 2007. ISBN 978-3540736103
• Lunze, J.: Regelungstechnik 1 + 2. Springer, 2012. 978-3642295324
• Tietze, U.; Schenk, C.: Halbleiter-Schaltungstechnik. Springer, 2012. ISBN 978-3642310256

Praktika-Bedingungen

Im Praktikum gelten folgende Bedingungen für Ihre Projekte, insbesondere für deren Dokumentation und Präsentation!

• Wiki-Artikel_schreiben, die Vorlage finden Sie hier: Artikelvorlage
• Erwartungen an Präsentation und Dokumentation
• Gantt Diagramm erstellen
• Regeln zum Umgang mit SVN
• Formulierungsregeln für Anforderungen
• Vorlage für ein Versuchsprotokoll
• Arduino mit Simulink programmieren
• Regeln für Simulink-Modelle
• Anforderungen an die verwendete Software
• Excel-Vorlage: Bewertungsschema
• Wie gehe ich bei der Konstruktion eines 3D‑Druckteils vor?

Meilensteine

Projekte

Für die Erstellung des Projektsteckbriefes

1. legen Sie einen neuen Artikel mit einer aussagekräftigen Überschrift an. Dazu geben Sie Wunsch-Überschrift in die Suche ein. Auf der nächsten Seite können Sie dann einen neuen Artikel mit dieser (dann nicht gefundenen) Überschrift anlegen.
2. verwenden Sie die Vorlage. Dies geht über bearbeiten/kopieren und anschließendes Einfügen in Ihren Artikel.
3. füllen Sie bitte in kurzen Sätzen/Stichpunkten und einer Skizze die Kapitel
   1. Einleitung,
   2. Anforderungen und
   3. Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf aus.

• Anhand der Projektsteckbriefe bewerten wir Ihr Projekt und setzen es auf "genehmigt" oder "abgelehnt".
• "offen" zeigt an, dass es noch Rückfragen zum Artikel gibt. Hinweise und Tipps zum Artikel finden Sie auf der Diskussionsseite Ihres Artikels. Bearbeiten Sie die Hinweise des Dozenten und besprechen Sie vor MS 3 persönlich die offenen Rückfragen. Es ist in Ihrer Verantwortung, dass Ihr Projektvorschlag den Status "genehmigt" erhält.
• Wie man Anforderungen formuliert, beschreibt z. B. dieser Artikel: [1] sowie Formulierungsregeln für Anforderungen.

Escape-Game Mechatronik: Allgemeine Spielregeln

• Beim Rätseln muss man einen Lerneffekt haben. Definieren Sie diese Lernziele in Ihrem Artikel.
• Jedes Rätsel muss in ein Fach des Escape-Mobils passen. Die Türgröße beträgt 28 cm x 30 cm (B x H). Jedes Fach ist 26 cm tief.
• Jedes Rätselfach wird über ein Schloss mit Schlüssel oder Zahlen geöffnet.
• Ende jedes Rätsels ist ein Schlüssel, 3-4 stellige Zahlenkombination oder Umsetzungstabelle (z. B. Farben/Noten/... in Zahlen).
• Ausnahme können kombinierte Rätsel bieten. Zwei Teams überlegen sich eine abweichende Schnittstelle.
• Für jedes Rätsel muss ein Schwierigkeitslevel angegeben werden (Einsteiger, Fortgeschrittene, Profi).
  • Das Einsteiger Level ist für Rätsel-Freunde, die noch keine oder wenige Erfahrungen mit Escape-Spielen haben.
  • Das Level Fortgeschrittene wird für Rätsel-Fans empfohlen, die schon mehrere Escape Spiele gespielt haben und
  • das Level Profis richtet sich an die Rätsel-Meister.
• Jedes Rätsel sollte in min. 2 und max. 5 Minuten lösbar sein.
• Stellen Sie für jedes Rätsel für die Spielleiter*in zwei Tipps und die Musterlösung bereit.
• Zur Lösung der Haupträtsel darf, sofern der Bedarf bestehen sollte, in den entsprechend bereit gestellten Fachbüchern nachgelesen werden. Eine Internetrecherche (durch Handys, Tablets, Laptops) ist nicht erlaubt, das heißt digidetox = digital detoxification (digitale Entgiftung) spielt daher auch eine Rolle.
• Jedes Rätsel soll eine Herausforderung darstellen und einen Bezug zum Mechatronik oder BSE-Studium haben. Nehmen Sie Bezug auf eine Lehrveranstaltung.
• Das Rätsel darf nicht bereits in den Vorjahren erstellt worden sein (keine Dopplung). Nutzen Sie die Wiki-Suche und diese Übersicht.
• Die elektrischen Verbindungen müssen zuverlässig realisiert werden z. B. über eine gelötete Lochrasterplatine. Steckverbindungen sind nicht zulässig.
• Nutzen Sie gern die unten angegebenen Quellen oder eine KI wie chatGPT, als Recherche für Educational Escape Games.

Projekte im Bachelor-Studiengang Mechatronik (MTR)

Projekte im Master-Studiengang Business and Systems Engineering (BSE)

Beispielartikel

• Escape Game: Zug Experiment
• Simulation der Kinematik eines Fahrzeugs mit drei Rädern
• Kartierung in Matlab/Simulink

Weiterführende Links zu Educational Escape Games

• Escape Room Game for Engineering Students: “Escape Department”, a Case Study
• Field Robotics Education Through Educational Escape Rooms—A Design Study
• Teaching Embedded Systems by Constructing an Escape Room
• Building Escape Rooms to Increase Student Engagement in First-Year Engineering Classes
• Genially: Education Escape Room
• School Escape Room
• Project presentation - Mechatronics Escape Room MEC-E5002
• Smart Safe
• STEAM Robotic Puzzles to Teach in Primary School. A Sustainable City Project Case
• Linksammlung zu Educational Escape Games
• Physik-Escape-Room

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