NAWIMAT Praktikum Drucken
Ich bin Kantonsschüler an der alten Kanti Aarau, an der ich zur NAWIMAT-Abteilung, einer AMat-Abteilung mit zusätzlichem Fokus auf Naturwissenschaften, gehöre. Im dritten Jahr absolvieren sämtliche Schüler dieser Abteilung ein  dreiwöchiges externes Praktikum in einer Firma. Ich habe meines am Institut für Automation der FHNW absolviert und bin dabei intensiv mit Real-Tec in Berührung gekommen. Meine Erfahrungen habe ich in diesem Bericht festgehalten.

 

Montag, 21. September 2009:
Es begann der erste Tag an der FHNW. Freundlich wurde ich von Prof. Niklaus Degunda in Empfang genommen. Er führte mich zunächst durch die Räumlichkeiten des Instituts und stellte mich sämtlichen Mitarbeitern vor. Danach wurde mir ein Arbeitsplatz sowie zwei Betreuer, als erste Anlaufstellen bei Fragen zugewiesen, von denen mich der eine in die Aufgabe einwies. Diese bestand darin, Real-Tec als „Versuchskaninchen“ einmal auszuprobieren, um allfällige Probleme bereits vor der ersten Durchführung zu beseitigen. Ich werde somit das gesamte Programm, sowohl Theorie als auch die Aufgaben, einmal durcharbeiten und gebe dazu mein Feedback zu Fragen wie: Ist alles verständlich, auch für einen Oberstufenschüler? Wenn nein, was muss (besser/anders) erklärt werden? Hat es Fehler? Was könnte man noch zusätzlich machen?
Voller Elan machte ich mich auch schon an die Arbeit. Ich las eine Theoriepräsentation mit praktischen Aufgaben und Glossar womit das notwendige Basiswissen zur Elektronik vermittelt wird um später die Hausinstallation am Modellhaus vornehmen zu können. Bis auf das Relais für mich nichts Neues. Ich sehe die Unterlagen als sehr gut an; sie erfüllen ihren Zweck und sind leicht verständlich.

Dienstag, 22. September 2009:
Heute stand das FS20-System an. FS20 ist eine einfache Möglichkeit der kabellosen Steuerung von Geräten im Haus. Dabei gibt es ein spezielles Adresssystem, mit dem die Sender einzelne Empfänger oder sogar programmierbare Empfängergruppen steuern können. Es besteht sogar die Möglichkeit, einen Computer als zentrale Steuereinheit zu nutzen, wodurch sich einem noch zusätzliche Möglichkeiten eröffnen.
Ich erhielt diverse FS20-Komponenten und musste versuchen, diese zur Zusammenarbeit zu bewegen. Da ich etwas überstürzt an die Sache ging und es gleich mit der Steuerung über den PC versuchte, deren Dokumentation eher als dürftig zu bezeichnen ist - es wird lediglich die Softwareinstallation erklärt, die aber meiner Meinung nach selbsterklärend ist - war ich anfangs ziemlich überfordert. Bald beschloss ich deshalb, die PC-Steuerung vorläufig beiseite zu lassen und die Komponenten direkt zu programmieren. Dies gelang dank guten Anleitungen sehr gut und ich konnte schon bald das USB-Modul wieder hinzunehmen. Durch die nun schon eher vorhandene Erfahrung mit FS20 verstand ich nun auch die Software besser.
Da ich noch Zeit hatte, begann ich auch gleich mit etwas anderem. Meine Aufgabe bestand darin, Messinstrumente für Windstärke und -richtung aufzubauen und nach einer englischen Anleitung richtig zu verkabeln und die Software einzurichten. Da dies die Schüler nachher selbst tun sollen, sollte ich noch eine deutsche Anleitung schreiben.
Der Aufbau war mehr oder weniger problemlos, doch bei der Software harzte es. In der mitgelieferten Anleitung wird man angewiesen, die Software von der Herstellerseite zu laden, wo sie jedoch nicht gefunden werden konnte.

Mittwoch, 23. September 2009:
Der Ärger mit der Softwaresuche ging weiter und blieb weiterhin erfolglos. Ich entschied mich, ein E-Mail an den Hersteller zu senden, um den Link direkt anzufordern. Dummerweise war in den USA zu dieser Zeit bestenfalls 5 Uhr morgens. Es war somit Warten angesagt. Unterdessen las ich einige Skripte und Präsentationen zu LabView und zur Programmierung von KUKA-Robotern. Plötzlich erschien einer meiner Betreuer mit einem kleinen Zettel mit dem Downloadlink. Es stellt sich heraus, dass man den Download nicht über die Herstellerwebsite erreichen kann, sondern nur wenn man den genauen Link kennt. Natürlich wurde sofort alles installiert und konfiguriert. Beim Verbindungsaufbau beim Start des Programmes traten jedoch Fehler auf. Nachdem mehrere Computer und etliche USB-Ports ausprobiert wurden, funktionierte das Ganze auf einmal reibungslos. Ich machte mich daran, eine deutsche Anleitung für die Schüler zu verfassen.

Donnerstag, 24. September 2009:
Die Anleitung für das Windworks bekam noch ihren letzten Schliff. Danach erhielt ich ein Gerät, das per USB an den PC angeschlossen wird und mit dem sowohl digitale als auch analoge In- und Outputs über LabView verarbeitet bzw. ausgegeben werden können. Ich machte hierzu einige Versuche. Als ich damit fertig war, kamen noch ein FET und ein digitales Zähldisplay dazu. Nun sollte mittels LabView das Zähldisplay hochgezählt werden können. Als dies funktionierte, erhielt ich einen Abstandsmesser und musste mit diesem LabView ersetzen. Zuerst sollte dies jeweils auf einer Platine verlötet werden, man entschied sich dann aber dazu, die Teile auf einem Steckbrett zu stecken.

Freitag, 25. September 2009:
Als Erstes wurde ein Teil der Arbeit der vergangenen Tage besprochen. Mein Betreuer erklärte mir die Relaisselbsthaltung nochmals, da ich sie seriell anstatt parallel gebaut hatte und so meine Glühbirne kaum mit Strom versorgt worden war. Dann erhielt ich eine neue Aufgabe. Grundsätzlich ging es darum, die Bilder einer Webcam auszuwerten und den Roboter aufgrund dieser Daten Entscheidungen treffen zu lassen. Fürs erste bestand meine Aufgabe darin, mit dem NI Vision Assistant ein LabView-Modul zu erstellen, das aufgrund der Aufnahmen der Webcam entscheiden kann, ob ein gelber oder ein blauer Legostein vorliegt. Danach sollte ich eine Anleitung zur grundlegenden Bedienung des Visual Assistant verfassen, anhand derer die Schüler selbst ein solches Modul erstellen können. Die Anleitung sollte jedoch keine „Schritt-für-Schritt“-Anleitung werden. Sie sollte lediglich die Werkzeuge und deren Bedienung erklären. Den Rest sollen die Schüler selber erarbeiten. Im Anschluss erhielt ich erst selbst eine solche Einführung, einfach mündlich und etwas knapper und machte mich an die Arbeit. Es gelang mir ziemlich schnell eine erste Möglichkeit zur Lösung des Problems zu finden und ich schrieb bereits einen ersten Teil der Anleitung. Danach spielte ich noch etwas herum, um das Programm und dessen Funktionen besser kennen zu lernen. Mein Betreuer zeigte mir zudem, wie man  einzelne Objekte vom Rest isolieren kann. So gelang es uns beispielsweise das einen Nike Schriftzug inklusiv Zeichen von einem Schuh zu isolieren.

Montag, 28. September 2009:
Ich befasste mich weiter mit dem Visual Assistant und versuchte, Duplosteine mit einem Auge von denen ohne Auge unterscheiden zu können, was mir Letztenendes auch gelang. Ich spielte noch etwas herum und versuchte weitere Funktionen kennen zu lernen. Den Rest des Tages verbrachte ich damit, an der Anleitung weiterzuschreiben.

Dienstag, 29. September 2009:
Ein Grossteil des heutigen Tages wurde darauf verwendet, die Anleitung fertigzustellen. Danach versuchte ich, ein Koordinatensystem so über das Bild zu legen, dass man trotz Perspektive der Kamera die korrekten Masse nehmen kann. Es war mir leider nicht immer möglich dies zur Zufriedenheit zu erreichen.

Mittwoch, 30. September 2009:
Heute versuchte ich mich mit Löten. Um etwas zu üben lötete ich erst einige Widerstände auf eine Platine. Danach baute ich eine Schaltung auf, bei der mittels  eines Haftrelais, zwei Schwimmerschaltern, einer Pumpe und einem Ventil automatisch Wasser in ein Gefäss gepumpt wird, bis es voll ist und danach das Wasser wieder in das andere Gefäss abgelassen wird usw. Um durch Induktionen verursachten Spannungsspitzen beim Umschalten vorzubeugen, wurden jeweils Freilaufdioden platziert; um den Effekt sichtbar zu machen an einer Stelle eine LED anstelle einer normalen Diode. Danach baute ich eine etwas kompliziertere Schaltung auf, deren Funktion darin bestand, beim Drücken eines Tasters eine Digitalanzeige einen Schritt hochzählen zu lassen. Wenn man einen zweiten Schalter drückt, soll sich die Anzeige wieder auf null stellen. Als zentrales Element wurde ein IC verwendet. Ich erhielt diesmal im Voraus den Schaltplan, da es mehr um das Löten ging. Ich machte mich also daran, sämtliche Bauteile an der Platine zu verlöten und mit Drähten zu verbinden. Leider zählte meine Schaltung manchmal zwei Schritte auf einmal, obwohl ein Kondensator verbaut wurde, der dies hätte verhindern sollen. Vielleicht hatte ich etwas falsch oder unsauber verlötet. Der Fehler konnte jedoch nicht gefunden werden und man gab auf. Da mein Betreuer ebenfalls eine solche Schaltung aufgebaut hatte und der IC über einen Ausgang zur Steuerung einer weiteren Ziffer verfügte, haben wir die beiden Schaltungen kombiniert um in den zweistelligen Bereich vordringen zu können. Was im Rahmen des durch den Fehler meiner Schaltung Möglichen auch funktionierte.

Donnerstag, 1. Oktober 2009:
Heute durfte ich mit dem Industrieroboter arbeiten. Es handelt sich um einen KUKA-Roboter mit 6 Achsen und einem pneumatischen Greifer. Zuerst machte ich mich mit der Steuerung vertraut, was nach etwas Übung auch ziemlich gut funktionierte. Ich bin immer noch ziemlich beeindruckt von den Fähigkeiten des Roboters. Dann machte ich mich ans Programmieren. Um Punkte abfahren zu lassen, muss man die Punkte jeweils manuell anfahren und danach abspeichern. Nachdem ich einfach einige willkürlich gewählte Punkte programmierte, machte ich mich daran, die erste Problemstellung zu lösen, nämlich Duplosteine von einer Rampe zu nehmen und danach aufeinanderzustapeln. Man musste hierfür alle Punkte genau anfahren, den Greifer im richtigen Moment öffnen bzw. schliessen und für den Stapel eine For-Schleife programmieren. Mein Betreuer liess mich wie immer vorwiegend alleine ausprobieren, stand aber bei Fragen jederzeit zur Verfügung.

Freitag, 2. Oktober 2009:
Zuerst verfeinerte ich mein Programm des vorangegangenen Tages, sodass es nun reibungslos funktioniert. Einerseits musste ich die korrekte Höhe der Bausteine herausfinden, andererseits scheint irgendetwas schrief zu sein, sodass gegen oben eine Abweichung an der x-Achse entstand, die dann durch mein Programm kompensiert werden musste. Dann schrieb ich das Programm so um, dass der Roboter die Gelb-Blau-Unterscheidung aus LabView nutzen kann und so zwei verschiedene Stapel bauen kann. Den Nachmittag habe ich damit verbracht, mir einige weitere Anwendungen zu überlegen. Das Problem bestand darin, dass vieles ziemlich schnell sehr zeitaufwändig und kompliziert zu werden drohte. Ich entschloss, mich  daran zu versuchen, den Roboter Umrisse von Personen zu zeichnen, die vor einer Kamera stehen. Leider konnte ich diesbezüglich noch keine wirklichen Erfolge verbuchen.

Montag, 5. Oktober 2009:
Da mein Betreuer über das Wochenende die Idee hatte, den Roboter an Weingläsern Töne erzeugen zu lassen und sich meine Bemühungen mit dem Umriss bekanntlich nicht als sehr fruchtbar erwiesen haben, versuchte ich heute, den Roboter zum Musik machen zu lassen. Anstelle eines Fingers verwendeten wir für den Kontakt zum Glas einen Abwaschschwamm. Zuerst galt es, den richtigen Druck auf den Glasrand und die richtige Geschwindigkeit für die Kreisbewegung herauszufinden. Dies hört sich einfacher an, als es in Wirklichkeit ist. Auch die Ausführung eines ganzen Kreises bereitete mir Probleme, da ein Problem mit Variablen auftauchte. Als ich dann die einzelnen Koordinaten von Hand eingab, funktionierte es zuerst. Als ich dann aber die korrekten Koordinaten für das Weinglas eingab, führte er lediglich eine gerade Linie gegen sich selbst aus, anstatt einen ganzen, von ihm wegführenden Kreis zu machen. Ich konnte mir dieses Verhalten nicht erklären und tüftelte den ganzen Nachmittag an dessen Ursache.

Dienstag, 6. Oktober 2009:
Das Erste, was ich an diesem Morgen bemerkte, als ich mir den Programmcode ansah, war, dass bei einer Z-Koordinate mit sechs Nachkommastellen, das Komma fehlte. Dies erklärt dann auch das „seltsame“ Verhalten des Roboters, welches in Wirklichkeit völlig korrekt war. Da dies nun geklärt war, ging es mit dem Programm rasch vorwärts, nötig war die Definition eines Arrays in dem die Töne gespeichert sind sowie eine Case-Selection um das korrekte Glas anzufahren, sodass am nächsten Tag (hoffentlich) nur noch einige wenige Dinge fein eingestellt werden müssen. Da ich früher als erwartet fertig war, arbeitete ich noch einige Aufgaben mit dem Windrad durch. Ich richtete zuerst die Rotorblätter so aus, dass eine möglichst grosse Spannung erreicht wird. Danach schloss ich noch einige Verbraucher an, wobei es für mich sehr eindrücklich war, zu sehen, wie das Windrad dann mehr Mühe hatte, sich zu drehen. Dies macht eigentlich schon Sinn, es war mir bisher einfach noch nicht wirklich bewusst.

Mittwoch, 7. Oktober 2009:
Heute brachte mir mein Betreuer vier weitere Weingläser, die später unterschiedlich hoch mit Wasser gefüllt werden. Zuerst ging es um Geschwindigkeitserhöhung in den Schritten zwischen dem Erzeugen der Töne. Wir liessen einige Punkte überschleifen und stellten die Geschwindigkeit auf dem Glasrand manuell ein – hierfür den richtigen Befehl zu finden bereitete uns einiges Kopfzerbrechen - sodass wir den Roboter nun mit 100% Geschwindigkeit laufen lassen konnten, die Töne aber immer noch erzeugt werden. Am Nachmittag wollte ich herausfinden, welche Töne überhaupt möglich sind und versuchte mich mit unterschiedlich hohen Wasserständen. Interessant war, dass die ersten 2.5cm lediglich eine grosse Sekunde ausmachen, es danach aber plötzlich sehr schnell geht. Das maximal mögliche Intervall, welches ich erreichen konnte war eine reine Quinte. Ich war zwar etwas enttäuscht, dass nicht mehr möglich ist, habe aber probehalber einen D-Dur Dreiklang programmiert.

Donnerstag, 8. Oktober 2009:
Heute machte ich mich auf die Suche nach einer Melodie, die wir den Roboter spielen lassen können. Ich glaubte nicht wirklich daran, eine zu finden, da wir nur ein sehr kleines Tonspektrum haben, wurde dann jedoch mit dem Kinderlied „Der Kuckuck und der Esel“ fündig. Ich transponierte das Stück, welches eigentlich in G-Dur wäre, nach H-Dur, da sich diese Tonart für unsere Weingläser am besten eignet. Nun wurde das Stück programmiert. Es funktionierte mehr oder weniger auf Anhieb. Hier das Resultat:

Abschliessend möchte ich mich beim Institut für Automation, insbesondere bei meinen Betreuern Benjamin Loesch und Markus Obrist, für diese sehr tollen drei Wochen bedanken. Mir haben sie sehr gut gefallen!

 

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