Worcester Polytechnic Institute

Gegründet im Jahre 1865, um die neuesten wissenschaftlichen und technischen Kenntnisse auf eine Art und Weise zu erlangen und zu vermitteln, die für die Gesellschaft am nützlichsten ist, hat sich das Worcester Polytechnic Institute (WPI) zu einer der weltweit führenden Universitäten entwickelt, die sich speziell der Ausbildung und Forschung in den Bereichen Wissenschaft, Technologie und Ingenieurwesen widmet. Um diese Mission zu unterstützen, hat das WPI sein Robotertechnikprogramm gegründet.

Laut dem Programmleiter des Robotertechnikprogramms, Michael A. Gennert, dient das Programm, das 2007 den ersten akademischen Grad in Robotertechnik in den Vereinigten Staaten anbot, zwei Zwecken: Erstens hilft es, die Roboteringenieure von morgen vorzubereiten, und zweitens fördert es die Roboterforschung am WPI mit dem Ziel, Fortschritte und Durchbrüche in der Robotertechnik zu erzielen.

„Für die Konstruktion und Entwicklung von Robotern müssen die Absolventen über die Grenzen des traditionellen Ingenieurwesens hinausgehen, um unterschiedliche Disziplinen zu synthetisieren“, erklärt Gennert. „Da wir nicht drei Ingenieursabschlüsse in ein vierjähriges Studium aufnehmen können, haben unsere Studenten die Wahl unter verschiedenen interdisziplinären Fachkursen wie Informatik und Ingenieurwesen, Elektrotechnik und Maschinenbau. Der Schwerpunkt liegt dabei auf studentischen Projekten und realen Erfahrungen im Bereich der Robotertechnik.“

Zur Unterstützung von Projekten im Bereich der Robotertechnik stellt das WPI den Studenten Software für die mechanische 3D-Konstruktion und das Ingenieurswesen zur Verfügung. Die am häufigsten verwendete Software für die Entwicklung von Robotern am WPI ist aber die SOLIDWORKS® Education Edition. „Während das Erlernen eines CAD-Systems nicht notwendig ist, um Kurse in Robotertechnik zu absolvieren, werden die Studenten ermutigt, die Verwendung von CAD zu lernen, um Projektarbeit auf höheren Ebenen zu unterstützen“, sagt Gennert. „SOLIDWORKS ist mit Abstand das beliebteste Software-Paket, das Studenten am WPI verwenden, um Roboter und vollständige Projekte im Rahmen des Studiums zu entwerfen.“

ENTWICKLUNG UND SIMULATION VON ROBOTERN

Der Grund, warum die WPI-Studenten die Software SOLIDWORKS Education Edition für roboterbezogene Projekte bevorzugen, besteht darin, dass die Software nicht nur leicht zu erlernen und zu verwenden ist, sondern auch Zugriff auf mechanische Konstruktion und die Finite-Elemente-Methode (FEA) bietet, die beide entscheidend für die Entwicklung effektiver Roboter sind. „Für die Robotertechnik-Projektarbeit legen die Studierenden ihre eigenen Anforderungen fest und brauchen Feedback zum Betrieb von mechanischen und Steuersystemen, ohne dass es zu endlosen Wiederholungsschleifen bei der Prototyperstellung kommt“, erläutert Gennert.

„Die Studenten brauchen Zugang zu seriösen Konstruktions- und Analysemöglichkeiten, um Robotertechnikprojekte erfolgreich umzusetzen – besonders bei den Abschlussprojekten der höheren Semester“, fährt Gennert fort. „Da sie mit der SOLIDWORKS Software ein vollständiges Spektrum von Konstruktion und Analyse ausführen können, bevorzugen die Studenten oft SOLIDWORKS für die Projektarbeit. Mit SOLIDWORKS können sie sich auf die Robotertechnik anstatt auf das Werkzeug konzentrieren. Neben der Nutzung von SOLIDWORKS zur Unterstützung der Kursarbeit und der Studentenprojekte nutzen wir SOLIDWORKS auch zur Durchführung von Forschung.“

Seit der Gründung des Robotertechnikprogramms hat das WPI innovativere Studentenprojekte gesehen, die sich mit der Wechselwirkung von Wissenschaft, Technologie und Gesellschaft beschäftigen. Zum Beispiel arbeitete der Absolvent T.J. Watson mit einem fünfköpfigen Team zusammen, um einen ferngelenkten unbemannten Suchroboter für Wasser und Land zu entwickeln – besser bekannt als WALRUS-Rover – nachdem er nach den Terrorangriffen vom 11. September 2001 durch Gespräche mit Fachkräften aus der Branche von den Einschränkungen erfahren hatte, die es bei der Suche und Bergung gibt. Der Rover wurde für die Durchführung von amphibischen Such- und Rettungsaktionen im Rahmen der Katastrophenhilfe geschaffen.

„Obwohl landbasierte Roboter und solche für die Unterwassersuche und Erkundung verfügbar sind, gibt es keine, die in einem gemischten Terrain funktionieren, wo Sie es mit Land, Wasser und tiefem Schlamm zu tun haben“, erklärt Watson. „Der WALRUS soll diese Lücke schließen.“

„Ich benutze ausschließlich die SOLIDWORKS Software, weil sie Zugang zur breitesten Basis von Möglichkeiten bietet. Im Fall des WALRUS-Rover waren insbesondere die strukturellen und transienten Reaktionsanalysen hilfreich“, fügt Watson hinzu. „Ich habe eine FEA für das Kupplungssystem durchgeführt und auch bestätigt, dass wir den WALRUS in einer Wanne mit Bleichmittel untertauchen können, um ihn zu sterilisieren.“

UNTERSTÜTZUNG DER FRÜHEN ROBOTERTECHNIK-AUSBILDUNG MIT FIRST

Neben der Verwendung der SOLIDWORKS Software zur Unterstützung der Robotertechnikprojekte nutzen WPI-Studenten SOLIDWORKS, um Öffentlichkeitsarbeit zu leisten und das Interesse an der Robotertechnik unter den jüngeren Studenten zu wecken. Zum Beispiel verwendete die Erstsemester-Studentin Gabrielle Fanzini SOLIDWORKS Software, um mehr als 300 Modelle von mechanischen und elektrischen Komponenten und Baugruppen für die Sets zu erstellen, die Schüler der weiterführenden Schulen in Verbindung mit dem Wettbewerb FIRST Robotics Competition einsetzen.

„Der Wettbewerb FIRST Robotics Competition wird als „Varsity sport for the mind™“ ausgeschrieben und bietet Schülern der weiterführenden Schule die Chance, an einem Wettbewerb teilzunehmen und gleichzeitig zu lernen, wie man Roboter entwirft und baut“, sagt Fanzini. „Die FIRST-Teilnehmer können sich jetzt die Modelle, die ich für die Sets erstellt habe, von der SOLIDWORKS Website www.solidworks.com/FIRST herunterladen und dann mit diesen Modellen ihre Roboter mit SOLIDWORKS vor der Fertigung und Montage konstruieren, wodurch sie wertvolle Erfahrungen machen, da sie auf die gleiche Art und Weise wie die Roboteringenieure arbeiten.“