Virtueller Tischkicker

Projektarbeit "Virtueller Tischkicker" für die Studierenden des Studiengangs "Mechatronik" und "Simulation Technology" der Universität Stuttgart

Beschreibung

In jedem Wintersemester wird am Institut für Steuerungstechnik (ISW) die Projektarbeit "Virtueller Tischkicker" für die Studierenden der Studiengänge "Mechatronik" und "Simulation Technology" der Universität Stuttgart angeboten. 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, ihr im Studium erlerntes Wissen in einem spielerischen Kontext anzuwenden und bekommen einen Ausblick auf den weiteren Verlauf ihres Studiums.

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 innerhalb von ca. 4 Wochen einen voll funktionsfähigen Tischkicker-Spieler auf Basis von SPS- und MC-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 und einen Lizenzdongle 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 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 aus dem letzten Jahr nach dem gemeinsamen Kartfahren

Termine und Anmeldung

Die Anmeldung von Teams aus Studierenden der "Mechatronik" und "Simulation Technology" im dritten Semester erfolgt über das ILIAS-System zum Ende des Sommersemesters. Das Passwort für den ILIAS-Kursbeitritt wird bei der Informationsveranstaltung für Studierende bekanntgegeben. Eine E-Mail-Adresse muss zur besseren Kommunikation angegeben werden.

Termin: 15.07.2020, 14:00 Uhr

 Ort: Webex-Meeting

 

  • 15.07.2020 bis 31.08.2020
  • Anmeldung in Gruppen von 2-3 Studierende
  • Maximal 21 Teilnehmer (7 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

Termin: 05.11.2020, 9:00-12:00 Uhr und 14:00-17:00 Uhr

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

Inhalt:

  • Einführung in die SPS-Programmierung
  • Einführung in das Tischkicker-Projekt
  • Exemplarische Programmierung einer Torwartstange
  • Ausgabe eines Lizenzdongles für die Simulationssoftware

Termin: Mittwochs von 15:45-17:15 Uhr

Ort: Webex-Meeting

Termin: 26.11.2020

Ort: Besprechungsraum 3 (4.037)
Institut für Steuerungstechnik (ISW)
Seidenstraße 36

Termin: 03.12.2020, 14 Uhr

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

  • Es besteht Anwesenheitspflicht bei der Startveranstaltung und dem Abschlusswettbewerb. 
  • Es ist ein funktionierender Tischkicker-Spieler für die erfolgreiche Teilnahme an dem Projekt notwendig.

Rückgabe der Lizenzdongle findet während dem Abschlussevent statt.

Die Durchführung des Projekts findet an privaten Rechnern statt. 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. 

 

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).

Virtueller Tischkicker mit künstlichen Gegnern auf zwei SPS-Steuerungen

Quelle: YouTube
  • Tischkicker mit künstlichen Gegnern auf zwei SPS-Steuerungen
  • Echtzeit Hardware-in-the-Loop-Simulation
  • Echtzeit Kollisionsberechnung
  • Kommunikation auf einer 3-Rechner-Steuerungsarchitektur mit einem Ethernet-basierten Feldbus.

Music by: International Art Bomber - Monday Morning Fu**ed 

Kontakt

Dieses Bild zeigt  Shan Fur
M.Sc.

Shan Fur

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Virtuelle Methoden in der Produktionstechnik"

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