Entwicklung und Programmierung einer Robot Remote Control in LabVIEW: Anwendungen in der Nanostrukturierung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung in Idee und Aufbau der Arbeit

2. Details des Roboters

2.1 Grundsätzliche Strukturen eines C-Programms für Mikrocontroller

2.2 Controllersysteme mit einem Master und Slave(s)

2.3 Die Basiseinheit des RP6

2.3.1 Aktoren

2.3.2 Sensoren

2.3.3 Programm

2.4 Die Erweiterung „M32“

2.4.1 Aktoren

2.4.2 Sensoren

2.4.3 Programm

2.5 Die Erweiterung „M128“

2.5.1 Aktoren

2.5.2 Sensoren

2.5.3 Programm

2.6 Andere Module als Master

2.7 Mechanische und elektronische Erweiterungen

2.7.1 Stoßstange hinten

2.7.2 Scheinwerfer

2.7.3 Bluetooth-Modul BTM222

2.7.4 Akkuanzeige

2.7.5 Das Snake Vision Modul

2.7.6 2D- IR- Abstandssensor auf Servomotoren

2.7.7 Funkkamera auf Servomotoren

2.7.8 Ultraschall-Abstandssensor SRF02

2.7.9 Neue Erweiterungsplatine „M64“

2.7.10 Das Gehäuse

2.8 Das Gesamtkonzept des Roboters

3. Das LabView-Programm

3.1 Die LabView-Entwicklungsumgebung

3.2 Grundaufbau des Programms

3.3 Senden und Empfangen von Daten

3.4 Befehlsverwaltung

3.5 Hauptschleife

3.5.1 Fernsteuerung durch Tastatur

3.5.2 Fernsteuerung mittels einer TV-Fernbedienung

3.5.3 Umherfahren und Ausweichen

3.5.4 Wärmequellensuche

3.5.5 Lichtquellensuche

3.5.6 Einhalten von Abständen

3.5.7 Direkteingabe von Befehlen

3.5.8 Aktivieren von Routinen durch Taster am RP6

3.6 Tongeber

3.7 Abstandserkennung

3.8 LEDs und I/Os

3.9 Einbinden eines Kamerabildes

3.10 Frontpanel

3.11 Probleme und Lösungen

4. Anwendungsmöglichkeiten in der Nanostrukturierung

4.1 Das Rasterkraftmikroskop

4.2 Verwendete Proben und Methoden

4.3 Bildverarbeitungsalgorithmen

4.4 Das LabView-Programm

5. Resümee und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Programmierung einer Fernsteuerung sowie die Implementierung von Automatisierungsroutinen für ein mechanisch und elektronisch erweitertes, kommerzielles Robotersystem. Unter Verwendung der LabView-Entwicklungsumgebung soll ein System geschaffen werden, das Daten visualisiert, den Roboter koordiniert und schließlich auf Anwendungen in der Nanostrukturierung, spezifisch bei der Manipulation von Molekülen auf Oberflächen mittels Rasterkraftmikroskopie, ausgerichtet ist.

• Architektur und Master-Slave-Kommunikation von Mikrocontrollern
• Mechanische und elektronische Hardwareerweiterungen am Roboter
• Programmierung grafischer Benutzeroberflächen und Kontrolllogik in LabView
• Integration von Sensorik und Bildverarbeitung zur automatisierten Objektsuche

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einführung in Idee und Aufbau der Arbeit: Diese Einführung beleuchtet den Fortschritt der Robotik und skizziert das Ziel, ein kommerzielles Robotersystem für die Nanostrukturierung anzupassen.

2. Details des Roboters: Dieses Kapitel erläutert die Hardware-Architektur, das Master-Slave-Modell und die spezifischen mechanischen sowie elektronischen Erweiterungen des RP6-Roboters.

3. Das LabView-Programm: Es wird die Programmierung der Steuerungssoftware in LabView detailliert beschrieben, einschließlich der Kommunikation, Befehlsverwaltung und spezifischer Sensor-Routinen.

4. Anwendungsmöglichkeiten in der Nanostrukturierung: Dieser Teil beschreibt den praktischen Einsatz des entwickelten Systems bei der automatisierten Bildverarbeitung und Molekülsuche im Kontext der Rasterkraftmikroskopie.

5. Resümee und Ausblick: Hier werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und Potenziale für zukünftige Erweiterungen, etwa in der Navigation oder weiteren Sensorintegration, aufgezeigt.

Schlüsselwörter

Robotik, Master-Slave-Modell, Mikrocontroller, LabView, Fernsteuerung, Automatisierung, Rasterkraftmikroskopie, Bildverarbeitung, Sensortechnik, Nanostrukturierung, RP6, Hardwareerweiterung, Datenkommunikation, Vision Assistant, Systemsteuerung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Anpassung eines kommerziellen Robotersystems (RP6) durch hardwareseitige Erweiterungen und eine umfangreiche Softwaresteuerung in LabView, um den Roboter für automatisierte Aufgaben, insbesondere in der Nanostrukturierung, einzusetzen.

Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?

Zentral sind die Robotik, die Mikrocontroller-Programmierung (C), die systemübergreifende Datenkommunikation sowie der Einsatz von LabView zur Bildverarbeitung und Prozessautomatisierung.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Realisierung einer funktionsfähigen Fernsteuerung und Automatisierungseinheit für den Roboter, die in der Lage ist, Moleküle auf Oberflächen automatisiert zu finden und deren Positionen auszugeben.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit nutzt den konstruktiven Ansatz der Hardware-Systemintegration in Kombination mit einer softwarebasierten Automatisierungsentwicklung sowie die Anwendung bildverarbeitender Algorithmen (Pattern Matching) im Vision Assistant.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die detaillierte Hardwarebeschreibung (Modulaufbau, Sensoren, Aktoren), die Entwicklung der LabView-Software (Hauptschleife, Routinen, Datenfluss) und die Anwendung dieser Methoden auf ein konkretes Beispiel der Nanotechnologie.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Robotik, Master-Slave-Modell, Mikrocontroller, LabView, Fernsteuerung, Automatisierung, Rasterkraftmikroskopie, Bildverarbeitung und Nanostrukturierung.

Wie kommunizieren der Computer und der Roboter miteinander?

Die Kommunikation erfolgt über eine serielle Schnittstelle bzw. Bluetooth, wobei der Computer als übergeordneter Master fungiert, der Befehle an das Master-Slave-Modul M128 des Roboters sendet.

Warum wird für das Projekt ein Master-Slave-Modell genutzt?

Das hierarchische Modell erlaubt eine klare Strukturierung der Aufgaben: Der Master koordiniert das System, während spezialisierte Slaves (wie Basismodul oder M32) für spezifische, lokal begrenzte Steuerungsaufgaben wie Sensorabfragen oder Motoransteuerungen zuständig sind.