Virtueller Tischkicker

Beschreibung

In jedem Sommersemester wird am Institut für Steuerungstechnik (ISW) der zweite Teil des Moduls "Einführung in die Mechatronik" für die Studierenden des Studiengangs "Mechatronik" der Universität Stuttgart durchgeführt. In diesem Projekt lernen die Studierenden die Programmierung von Maschinen mittels der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Die Aufgabe besteht darin, eine Künstliche Intelligenz zu entwickeln (KI) um die Spielerstangen eines Tischfußballspiels zu steuern. Als Hilfsmittel steht den Studierenden ein virtuelles Modell eines Tischfußball-Spiels zur Verfügung, an dem sie ihren erstellten Spieler testen können. Diese Art von Funktionstest der Steuerung wird "virtuelle Inbetriebnahme" genannt. In diesem Projekt haben die Studierenden die Möglichkeit, frühzeitig in ihrem Studium Erfahrungen als Mechatroniker zu sammeln, die ihnen einen Einblick in die Themen des weiteren Verlaufs ihres Studiums geben.

Die Siegermannschaft erhält einen Gutschein, gesponsert vom Verein der Freunde des ISW

Ziel

Das Projekt soll den Studierenden mit der SPS-Programmierung eine Kernkompetenz der Mechatronik und Automatisierungstechnik in einem spielerischen Kontext vermitteln.

Projektablauf

Die Teams sollen im gesamten zweiten Semester einen voll funktionsfähigen Tischkicker-Spieler auf Basis von SPS- und NC-Steuerungsprogrammen entwickeln. Dazu werden in der Startveranstaltung die Grundlagen vermittelt, um ihnen den Einstieg in das Projekt zu erleichtern. Im Anschluss an die Startveranstaltung bekommt jedes Team die notwendige Software ausgehändigt mit denen die Teammitglieder zusammen ihren Spieler programmieren können. Während der Bearbeitungszeit werden die Studierenden in wöchentlichen Sprechstunden von erfahrenen Tutoren aus höheren Semestern betreut. Eine Woche vor Ablauf der Bearbeitungszeit haben die Teams die Möglichkeit ihren Spieler an dem Wettbewerbsaufbau, einem realen Hardware-in-the-Loop-System, zu testen. Das Projekt gipfelt in einem Turnier, bei dem die Teams ihre entwickelten Spieler gegeneinander antreten lassen. Dem Siegerteam wird ein Pokal und einen Gutschein für ein Gewinner-Event ihrer Wahl überreicht. Während des Tuniers gibt es Verpflegung in Form von Getränken und Brezeln.

Das Gewinner-Team nach dem gemeinsamen Kartfahren

Termine und Anmeldung

Die Anmeldung von Teams erfolgt über das ILIAS-System. Das Passwort für den ILIAS-Kursbeitritt wird bei der Informationsveranstaltung für Studierende bekanntgegeben. Eine E-Mail-Adresse muss zur besseren Kommunikation angegeben werden.

Anmeldung

Anmeldung in Gruppen von 3-5 Studierenden
10 Teams
Wer keinen Teamnamen angibt, wird mit anderen Studierenden ohne Teamnamen zu Teams zusammengefügt. Teams mit weniger als 2 Mitgliedern werden zusammengefügt.
Anmeldung über ILIAS, das Kurspasswort wird in der Informationsveranstaltung bekannt gegeben.

Startveranstaltung

Termin: Beginn Sommersemester 2026, der genaue Termin wird einige Wochen vorher bekannt gegeben.

Ort: Applikationslabor (4.093)
Institut für Steuerungstechnik (ISW)
Seidenstraße 36

Inhalt:

• Einführung in die Programmierung
• Einführung in die SPS-Programmierung
• Einführung in das Tischkicker-Projekt
• Exemplarische Programmierung einer Torwartstange

Sprechstunde

Termin: Der genaue Termin wird einige Wochen vor Beginn bekannt gegeben. Es werden jedoch voraussichtlich zwei komplette Nachmittage jede Woche zur Verfügung stehen.

Ort: Applikationslabor (4.093)
Institut für Steuerungstechnik (ISW)
Seidenstraße 36

Testlauf

Termin: Der genaue Termin wird bei der Einführungsveranstaltung bekannt gegeben.

Ort: Seminarraum (5.055)
Institut für Steuerungstechnik (ISW)
Seidenstraße 36

Abschlusswettbewerb

Termin: Der genaue Termin wird bei der Einführungsveranstaltung bekannt gegeben. Erfahrungsgemäß wird der Abschlusswettbewerb ab 14 Uhr starten.

Ort: Seminarraum (5.055)
Institut für Steuerungstechnik (ISW)
Seidenstraße 36

Kriterien für die erfolgreiche Teilnahme an der Projektarbeit

Es besteht Anwesenheitspflicht bei der Startveranstaltung und dem Abschlusswettbewerb.
Es ist ein funktionierender Tischkicker-Spieler für die erfolgreiche Teilnahme an dem Projekt notwendig.
Eine Abschlusspräsentation von 5 Minuten zum Spieler

Voraussetzungen für die Teilnahme

Dazu muss sichergestellt werden, dass jedes Team Zugang zu mindestens einem Rechner hat, der die folgenden Anforderungen an ISG-virtuos & Beckhoff TwinCAT 3.1 erfüllt. Rechner, die nur für die Programmierung eingesetzt werden sollen, jedoch nicht für die Simulation, müssen nur die Anforderungen an Beckhoff TwinCAT 3.1 erfüllen.

Am ISW werden den Studierenden PCs zur Bearbeitung des Projektes bereitgestellt.

Anforderungen an die Simulationssoftware ISG-virtuos

Betriebssytem	Windows 7 Service Pack 1, 64-bit Windows 10, 64-bit
Hardware	Prozessorgeschwindigkeit von min. 1,8 GHz oder schneller; Dual-Core oder besser wird empfohlen Arbeitsspeicher: 2 GB RAM, 4 GB RAM empfohlen Festplattengeschwindigkeit: Es wird die Verwendung eines Festkörperlaufwerks (SSD) empfohlen. Anforderungen an die OpenGL-Version: Die ISG-virtuos Tools benötigen OpenGL 4.1 oder höher, um zu funktionieren. Bitte stellen Sie sicher, dass Sie einen aktuellen Grafiktreiber des Grafikkartenherstellers auf Ihrem System installiert haben. Es werden folgende Grafik-Chipsets empfohlen: Nvidia Geforce 600 Series Nvidia Geforce 700 Series Nvidia Geforce 800 Series Nvidia Geforce 900 Series Nvidia Geforce 1000 Series Explizit getestete Grafikkarten: Nvidia Geforce 1070/1080/1080Ti/TITAN Nvidia Geforce 960/970/980/980Ti Nvidia Geforce 760 Nvidia Geforce 660 Nvidia Quadro K2000 Nvidia Quadro K4000 Nvidia Quadro M1100 Nvidia Quadro M2000M Nvidia Quadro M3000M AMD FirePro 4900 AMD FirePro W5000
Laptops	Integrierte Grafikchipsätze haben in der Regel eine geringe Grafikleistung, halten Sie Ausschau nach einem Laptop mit diskreter Grafik (GeForce 1060M oder besser empfohlen). Die Intel HD4000-Grafikkarte wird nicht richtig funktionieren.

Anforderungen an TwinCAT 3 eXtended Automation Engineering (XAE) und eXtended Automation Runtime (XAR)

Betriebssysteme	Windows 7 Service Pack 1 Windows 10
Hardware	Prozessorgeschwindigkeit von 1,8 GHz oder schneller; Dual-Core oder besser wird empfohlen Arbeitsspeicher: 2 GB RAM, 4 GB RAM empfohlen (mindestens 2,5 GB bei Ausführung auf einem virtuellen Computer) Festplattenspeicherplatz: bis zu 10 GB des verfügbaren Speichers, wenn noch keine VS Shell installiert ist Festplattengeschwindigkeit: Es wird die Verwendung eines Festkörperlaufwerks (SSD) empfohlen. Grafikkarte, die eine Auflösung von mindestens 720p (1208 x 720) unterstützt. Empfohlen wird die Unterstützung einer Auflösung von WXGA (1366 x 768) oder höher.
Hyper-V-Umgebung	Die Runtime-Umgebung kann nicht innerhalb einer Hyper-V-Umgebung gestartet werden. Dieses bezieht sich insbesondere auf virtuelle Hyper-V-Maschinen, die in einer privilegierten Hyper-V-Maschine ausgeführt werden. Sobald also eine Komponente des Rechners Hyper-V nutzt, ist auf diesem Rechner nur die Nutzung der Engineering-Umgebung (XAE), nicht jedoch der Runtime-Umgebung (XAR) möglich. Neben Softwarelösungen für virtuelle Maschinen können Sie auch Betriebssystemmittel (Device Guard, Credential Guard, Virtualization-based Security,…) oder andere Hyper-V-Programme nutzen. TwinCAT versucht diese Hyper-V-Umgebungen zu erkennen; in der Natur der Sache von Virtualisierungsansätzen liegt jedoch, dass diese nicht erkannt werden wollen, sodass auch TwinCAT keine 100%ige Erkennung durchführen kann.
VT-x-CPU-Funktion	Bei 64-Bit-Betriebssystemen ist die VT-x-CPU-Funktion zwingend erforderlich (muss im BIOS eingeschaltet werden und zur Verfügung stehen).