Kurs A des Werkgymnasiums meets Roborace 2023
Nachdem der Kurs A des Werkgymnasiums dieses Jahr das System „Lego Mindstorms Robot Inventor“ für den praktischen Digitalunterricht in Jahrgangsstufe 11 eingeführt hat, lag es nahe, sich auf der Website des Instituts für Systemtheorie und Regelungstechnik zu informieren, das smarte Legosysteme schon seit über 20 Jahren als Praxismaterial für seine Studierenden verwendet. Die Schüler stellten fest, dass man sich noch für den Wettbewerb Roborace anmelden konnte und ein Teil wollte die Herausforderung annehmen.
„Beim Roborace werden jedes Jahr Schüler und Studierende mit einer neuen Aufgabe aus dem Bereich der Technischen Kybernetik herausgefordert. Nach der Startveranstaltung, bei der die Aufgabe bekannt gegeben wird, haben die Teilnehmer etwa vier Wochen Zeit, in Teamarbeit auf Basis des LEGO-Mindstorms-EV3-Systems einen Roboter zu konstruieren, der die Aufgabe auf autonome Weise löst.“
Kurzfristig meldeten wir uns - fünf Schüler und eine Lehrkraft - für den diesjährigen Wettbewerb an. Die Auftaktveranstaltung fand in einem Hörsaal auf dem Gelände der Universität Stuttgart in Vaihingen statt und bot Gelegenheit Uniluft zu schnuppern, was einen Teilnehmer zu der Aussage bewog: „Ich möchte eigentlich sofort mit dem Studium anfangen“. Prof. Allgöwer hielt die Einführungsvorlesung, die einen Eindruck von der Bedeutung und dem weiten Feld der Regelungstechnik vermittelte. Im Anschluss wurde die Aufgabe präsentiert und die Legokästen ausgegeben, so dass jeder Teilnehmer das gleiche Material erhielt und dadurch alle Teams die gleichen Bedingungen hatten.
„Die diesjährige Roborace-Aufgabe ist an Platooning angelehnt, bei welchem mehrere Lkws mit einem geringen Abstand zueinander fahren. Durch Platooning fahren die Fahrzeuge energieeffizienter und die Emission von Treibhausgasen wird reduziert. Ziel der Aufgabe ist es, ein Roboterfahrzeug zu bauen, welches selbstständig auf eine Kreisbahn auffährt, ein bereits fahrendes Fahrzeug einholt und diesem in einem vorgegebenen Abstand folgt. Sobald das Roboterfahrzeug eine bestimmte Zeit im Platoon gefahren ist, soll es die Kreisbahn verlassen und zu seinem Zielparkplatz fahren.“
Für Leser, die sich eingehender für die Aufgabenstellung interessieren, ist der folgende Link gedacht:
https://www.ist.uni-stuttgart.de/de/lehre/roborace/aufgabe/Aufgabenstellung_Roborace2023.pdf
Hochmotiviert fuhren wir nach Hause und stellten fest, dass die Qualifikationsrunde schon auf den Freitag nach dem Herbstferienende terminiert war. Die Konsequenz war, dass wir uns täglich in den Herbstferien in der Schule trafen und uns kontinuierlich in die Thematik einarbeiteten. Während dieser Zeit fand auch eine Online-Vorlesung zum Thema PID-Regler statt, deren Besuch nötig war, um ein Verständnis für den Regler zu entwickeln, um ihn richtig einstellen zu können. Die Anwesenheitszeiten im Schulgebäude außerhalb der eigentlichen Schulzeiten nahmen ständig zu.
Wir druckten eine eigene Teststrecke, bauten unser eigenes Führungsfahrzeug mit unserer Schullegoausrüstung, damit wir den Wettbewerb im Vorfeld simulieren konnten. Das Programm für den Teamroboter wurde in Python geschrieben, das Programm für unser privates Führungsfahrzeug erst einmal mit Scratch.
Der Kompetenzgewinn war stetig, manchmal auch sprunghaft ;), die Willenskraft maximal. Am 10. November fuhren wir wieder nach Stuttgart zur Qualifikationsrunde, die wir mit Bravour meisterten. Allerdings waren die Teststrecke und die Aufgabenstellung in der Qualifikationsrunde nicht so anspruchsvoll wie in der kommenden Vorrunde. Deshalb hatten wir in den folgenden zwei Wochen Höhen und Tiefen bei der Bewältigung der Aufgaben. Außerdem gab es ja noch den Unterricht und Klausuren.
Am 1. Dezember fuhren wir wieder nach Stuttgart zur Vorrunde, die wir mit viel Glück bewältigten. Danach hatten wir nur noch netto zweieinhalb Tage Zeit, um die Erkenntnisse aus der Vorrunde umzusetzen. Die experimentelle Einstellung der Regler ist sehr zeitraubend. Zum Ende des Studiums der Regelungstechnik kann man die Regler berechnen, was ein großer Vorteil ist. Bei jedem konstruktiven Umbau ändert sich das Verhalten des Fahrzeuges. Aber mit begründetem Optimismus fuhren wir am 8. Dezember wieder nach Stuttgart zum Finale. Sehr zufrieden damit, dass wir es überhaupt so weit geschafft hatten, denn seit Beginn des Wettbewerbes hatte sich die Anzahl der Teams halbiert. Unser Roboter funktionierte sehr gut, die Zeiten waren schnell und so zog das Team WeG Kurs A in die K.O.-Runde der letzten acht Teams ein. Das Ergebnis: 1. Platz in der Gruppe der Schülerteams und 2. Platz insgesamt, was bedeutet, dass wir etliche Studiteams hinter uns gelassen hatten.
Glücklich und zufrieden fuhren wir zügig zurück, um zwei musikalische Teammitglieder beim Abend der kleinen Stücke der Jazzband wieder „abzuliefern“. Unsere Feier müssen wir dann nachholen.
P.S.: Ein herzliches Dankeschön an die verständnisvollen Kollegen, die kooperativen Hausmeister und an den Verein G-Recht sowie den Schwimmverein SV04 Heidenheim für die zur Verfügungsstellung der Kleinbusse.
Auf dem Bild sehen wir Herrn Simon Lang, die erfolgreichen Teilnehmer Jonathan Spielvogel,Torben Held, David Hirschle, Aron Brehm und Jacob Weiß sowie ganz rechts Herrn Prof. Allgöwer vom Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik an der Universität Stuttgart-Vaihingen.
Iris Begemann