Christian Köhlke

Im Maschinenbaustudium-Modul Leichtbau sollte eine Brücke aus Aluminiumprofilen mit Nieten konstruiert und gebaut werden. In unserer 4er-Gruppe war ich für die Konstruktion zuständig. Beim Wettbewerb am Ende des Semesters gab es es zwei Kategorien:
- die leichteste Brücke, welche mindestens 600 kg aushält (Limit Load)
- die leichteste Brücke, welche mindestens 1000 kg aushält (Ultimate Load)

Mit einem Gewicht von 1,988 kg hat unsere Brücke stolze 1370 kg Gewicht getragen. Damit hat unsere Gruppe in beiden Kategorien gewonnen.
Jede Brücke wurde als Fachwerkkonstruktion gebaut. Das besondere an unserer Brücke war, dass die Knoten der Fachwerkkonstruktion mit nur einer Niete durch 3 Aluminiumprofile verbunden wurden. Dadurch ergibt sich eine deutliche bessere Krafteinleitung, als bei einer Konstruktion mit mehreren Nieten nebeneinander, welche von anderen Gruppen gewählt wurde.

Das HyperPodX-Projekt wurde von Physik-Studenten der Universität Oldenburg angestoßen. Diese nahmen an der 1. Hyperloop Competition von SpaceX teil. Da es bei der 2. Hyperloop Competition darum ging, die Idee auch umzusetzten, den Hyperpod zu bauen und in Los Angeles bei SpaceX zu testen, wurde eine Kooperation mit der HS Emden/Leer gestartet. Die HS Emden/Leer verfügt über die Kompetenzen und Maschinen, um dies fertigungstechnisch umzusetzten. Daher wurde der HyperPodX an der Hochschule in Emden gebaut.

Mein Anteil an diesem Projekt war die Radaufhängung und Radbremse. Der Pod war konzipiert auf Rädern zu beschleunigen bis eine Mindestgeschwindigkeit für die Magnetschwebetechnik erreicht wird. Beim Abbremsen wird zunächst auf eine Wirbelstrombremse gesetzt bis die Mindestgeschwindigkeit für die Magnetschwebetechnik unterschritten wird und der Pod wieder auf die Räder abgesetzt wird. Da die Bremswirkung der Wirbelstrombremse mit sinkender Geschwindigkeit abnimmt, wird die Radbremse zusätzlich für die Restgeschwindigkeit benötigt.

Mit der HyperPodX-Gruppe habe ich dann an der 2. Hyperloop Competition direkt in Los Angeles im August 2017 teilgenommen. Dort konnte unser Pod die Top 5 erreichen.

Seit nunmehr 2005 existiert das „Solarboot Projekt“ an der Hochschule Emden/Leer. Studierende verschiedener Fachbereiche haben in interdisziplinärer Arbeit ein solarbetriebenes Boot aufgebaut und kontinuierlich weiterentwickelt. Mit diesem Boot treten studentische Teams bei offiziellen Wettbewerben in Monaco, den Niederlanden und Deutschland gegen andere Teams an. Über die letzten Jahre konnten dabei zahlreiche Preise errungen werden.

Mein Anteil an diesem Projekt war die Konstruktion und der Bau eines Slipwagens, auf dem das Boot gelagert werden kann. Dieser ermöglicht das Bewegen des Bootes in der Werkstatt, einen einfachen Transport zu den Wettbewerben und das zu Wasser lassen des Bootes bei den Wettbewerben. Mit dem Solarboot-Team habe ich im Juli 2017 an der "Monaco Solar Boat Challenge" teilgenommen. Bei dieser konnten wir nach den Ingenieurbüro Clafis den 2. Platz erringen

Für das "Labor für Intelligente Produktionssysteme" sollte ein Demonstrationsaufbau für Industrie 4.0 Konzepte erstellt werden. Dies sollte ein mit SPS automatisierter Aufbau mit Aktoren und Sensoren sein, bei dem eine Kunststoffscheibe nach Farbe sortiert wird.

Ein anderer Student war dabei für den machanischen Aufbau mit 3D-Druckteilen und recycleten Teilen aus einem alten Aufbau zuständig. Meine Aufgabe war es hierbei die Aktoren und Sensoren pneumatisch und elektrisch zu verkabeln. Zudem lag es in meinem Aufgabenbereich die SPS auszuwählen, zu initialisieren und zu programmieren.

Da in Automatisierungstechnik der HS Emden/Leer die SPS-Programmierung an Beckhoff-SPS gelehrt wird, wurde auch für das IPS-Labor eine Beckhoff-SPS gewählt. Am Ende wurde es ein C6015-IPC zusammen mit dem EK1100 EtherCAT-Koppler. Zudem beinhaltete das Projekte eine detailierte Dokumentation und Präsentation der Einrichtung und Programmierung des Aufbaus, da dies zu Demonstrationszwecken in der Vorlesung verwendet werden sollte und für die Studenten eine Einführung in die SPS-Programmierung werden sollte.
Ein weiterer Teil des Projekts war die Einbindung der SPS in die vorhandenen Laboreinrichtungen (Universal Robot UR10e, Ulixes Assistenzsystem A600). Dieses wurde mit dem Modul TF6250 ModbusTCP gelöst.

Eine in Python geschriebenen Bibliothek zum Ansteuern eines Schrittmotors mit einem Trinamic-Schrittmotortreiber (z.B. TMC2209 oder TMC2240) und einem Einplatinencomputer wie einem Raspberry Pi.

Die Bibliothek hat 2 Hauptaufgaben:
1. Das Bewegen des Motors mit STEP/DIR-Interface mit Geschwindigkeitsrampe
2. Das Auslesen und Beschreiben der TMC-Register via UART/SPI

Da sich beim Raspberry Pi 5 die GPIO-Hardware geändert hat und die bis dato Standard-Bibiothek RPi.GPIO daher nicht mehr mit dem RPi5 kompatibel ist, muss eine alternative Bibliothek wie z.B. gpiozero für den RPi5 verwendet werden. Da jedoch RPi.GPIO eine bessere Performance aufgrund des in C geschriebenen Backends hat, soll bei dem RPi4 oder älter weiterhin RPi.GPIO verwendet werden. Daher wurde eine GPIOWrapper-Klasse implementiert, welche je nach Board eine andere GPIO-Bibliothek nutzt. Mittlerweile werden auch noch weitere Boards über deren spezifische GPIO-Bibliotheken unterstützt.
Zudem werden auch verschiedene Trinamic-Schrittmotortreiber, wie der TMC2209 und der TMC2240 unterstüzt. Die Architektur der Bibliothek errmöglich es recht einfach neue Schrittmotortreiber hinzuzufügen. Ende 2025, Anfang 2026 kann dann zusätzlich die Unterstützung für Micropython und Circuitpython hinzu. Über ein pyftdi kompatibles FTDI-Board wie dem FT232H kann die Bibliothek auch auf einem Desktop-PC mit z.B. Windows verwendet werden.
Über GitHub Actions ist die CI/CD Pipeline eingebunden. Der Code wird automatisch durch Pylint und das Framework unittest auf Einhaltung der StyleGuide und korrekte Funktionalität getestet. Diese Unittests laufen primär auf CPython und mit CPython wird auch die Code-Coverage ermittelt. Weitere Unittests laufen auf dem Micropython-Unix-Port, um die Kompatibilität mit Micropython zu gewährleisten. Zudem wird über Python Semantic Release automatisch anhand von SemVer und der Commit Message Conventions eine neue Version erstellt und diese auf Github und PyPi released.

Bibliotheken:
- pySerial
- spidev
- RPi.GPIO
- gpiozero
- python-periphery
- Jetson.GPIO
- OPi.GPIO
- PyFtdi

Eine in C++ auf Basis von OpenGL geschriebene 3D-Game-Demo.
Es werden 3D-Bilder mit OpenGL gerendert. Die Modelle in der Demo wurden von mir in Blender erstellt und mittels des im Repo enthaltenen modelconverter in ein Binärformat konvertiert. Die Maps werden in einem XML-Format gespeichert, sodass eine einfache Editierung möglich ist. In der Map werden die Positionen von Objecten/Modellen gespeichert, welche dann in OpenGL dargestellt werden.
In OpenGL gibt es keine Kamera, man bewegt stattdessen die Welt um sich herum.

die Demo beinhaltet:
- Modelle
- Maps
- Kollisionserkennung (AABB, SAT)
- Lua Skripting
- Multiplayer
- 3D-Audio
- NPCs

Aktuell in GLSL implementierte Shader-Effekte:
- Texture Mapping
- Lighting
- Skybox
- Normal Mapping
- Shadow Mapping
- Environment Mapping

Bibliotheken:
- SDL
- OpenGL
- GLM

Im "Labor für Intelligente Produktionssysteme" der Hochschule Emden/Leer ist ein Universal Robot UR10e vorhanden. Für diesen wurde in einem anderen Studententprojekt ein Greifer konstruiert und gebaut.

Damit der Greifer am Roboter nutzbar ist, fehlten noch 3 Bestandteile, die in diesem Projekt abgeschlossen wurden:
- Elektronik für den Greifer auf Arduinobasis
- Software für den Arduino im Greifer
- Software für den Roboter (URCap), um mit dem Arduino zu kommunizieren

Bibliotheken:
- SoftwareSerial

Im Modul Advanced Project Management des Maschinenbaustudium sollte ins Teams ein Roboter gebaut werden, welcher in der Lage ist, einer Linie zu folgen und einen "Staffelstab" an den Roboter eines anderen Teams zu übergeben. Jeweils 2 Teammitglieder waren für folgende Aufgaben zuständig: Mechanik, Elektrik, Software, Organisation. Das Projekt wurde mit Scrum organisiert.

Während des Projekts konnten Patente beim Professor eingereicht werden.
Das Verfahren zum Folgen der Linie mittels PID-Regelung anhand eines Helligkeitssensor an der Kante der Linie wurde von uns während des Projekts beim Professor patentiert.

Der Roboter hat folgende Funktionen:
- Erkennung des Staffelstabs mittels Helligkeitssensor
- Folgen der Linie mittels Farbsensor
- Erkennung des Roboter des anderen Teams mit Ultraschallsensor
- Übergabe des Staffelstabs an das zweite Team

Bibliotheken:
- PID_v1
- TB6612MotorShield