AI Aufgabenplanung für Mobilen Manipulatoren in Simulationen und echten Szenarien

bz aufgabenplanung

KI-Planung ist ein Teil künstlicher Intelligenz, der sich mit der automatisierten Aufgabenplanung befasst. Die Erweiterung von Robotern mit KI-Planungsfähigkeiten ermöglicht eine lange Autonomie und eine große Flexibilität für das Gesamtsystem, insbesondere in Szenarien mit kollaborierenden Menschen und Roboter. Am IGMR wird derzeit ein State-of-the-art-Framework unter Verwendung von Advanced Task-Planning-Algorithmen für mobile Manipulatoren (Menschen und Roboter) weiterentwickelt. Validiert werden die Algorithmen in drei unterschiedlichen Szenarien. Dazu zählen die Simulationsprogramme Gazebo und CoppeliaSim, sowie ein realer Turtlebot-Roboter, welcher mit einem seriellen Arm ausgestattet ist.


Du kannst im Rahmen einer Bachelorarbeit oder Masterarbeit die Weiterentwicklung des Frameworks mitgestalten und die folgenden Funktionen implementieren: Entwicklung von Algorithmen mit kombinierten KI-Aufgabenplanung und Optimierungsmethoden, Entwicklung von komplexeren Goal Clustering Methoden, die Integration von Unsicherheiten in der Aufgabendauer und -ausführung und vieles mehr. Die Funktionen sollen mit Hilfe von den oben genannten Szenarien validiert werden

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Anforderungen

  • CES, Automatisierungstechnik, Maschinenbau oder ähnliches Studium
  • Grundkenntnisse in C++ oder Python
  • Erfahrung mit ROS und Ubuntu
  • Grundwissen zu AI Planning oder Optimierung

 

Wir bieten:

  • Flexible Gestaltung der Arbeitsschwerpunkte
  • Einblick in aktuelle Forschungsthemen der Robotik im Rahmen eines EU-Projekts
  • Mitarbeit in einem Team von Studierenden, die zusammen das Framework weiterentwickeln

 

Ansprechpartner

Analyse und Entwicklung von Methoden zur Reduzierung von Unsicherheiten in robotischen Systeme

bz aufgabenplanung

Unsicherheiten sind in jedem mechatronischen System vorhanden und können, wenn nicht berücksichtigt, die Effizienz und Effektivität des Systems stark negativ beeinflussen. Diese Unsicherheiten spielen für eine einwandfreie Funktionsweise von Robotern eine noch wichtigere Rolle, insbesondere, wenn die Roboter in der Nähe von Menschen agieren.

Du kannst im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit die Software- und Hardware-Unsicherheiten für eine der folgenden zwei Arten von Robotern untersuchen, modellieren und Methoden entwickeln, um diese zu reduzieren:

  • Mobile Roboter für Innenbereiche, die mit LiDAR Sensoren ausgestatten sind oder
  • Serielle Roboter.

Die Unsicherheiten für mobile Roboter fangen bei den LiDAR Daten an, werden durchgereicht und mit weiteren Software- (z.B. Lokalisierungsalgorithmen) und Hardware-Unsicherheiten (z.B. Schlupf) kombiniert. Diese Unsicherheiten beeinflussen somit den gesamten Navigationsprozess. Die Unsicherheiten für serielle Roboter entstehen in Motoren und Getrieben, aber auch durch die elastische Deformation der Armglieder und beeinflussen somit die Positionierungsgenauigkeit. Alle diese Unsicherheiten müssen reduziert werden, um die Robustheit der robotischen Systeme sicherzustellen.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Anforderungen

  • CES, Automatisierungstechnik, Maschinenbau oder ähnliches Studium
  • Grundkenntnisse in C++ oder Python
  • Grundwissen zu mathematischen Unsicherheiten (Modellierung und Algorithmen)

 

Wir bieten:

  • Flexible Gestaltung der Arbeitsschwerpunkte
  • Einblick in aktuelle Forschungsthemen der Robotik
  • Mitarbeit in einem Team von Studierenden

 

Ansprechpartner

Analyse und Vergleich von Einsatzstatistiken zur Erstellung von simulationsgestützten Lastannahmen für Regional- und Hochgeschwindigkeitszügen

RC ma ba last

Quelle: https://pixabay.com/de/photos/verkehrssystem-zug-station-3228041/, Stand: 18.03.2021

 

Bedingt durch den Klimawandel und die Kapazitätsgrenzen des Straßenverkehrs sind innovative Mobilitätskonzepte mehr denn je erforderlich. Der Verkehrsträger Eisenbahn soll dabei sowohl im Nah- als auch im Fernverkehr einen signifikanten Anteil am Mobilitätswandel einnehmen. Niedrigere Kosten in der Anschaffung, Wartung und Betrieb begünstigen diesen Wandel immens. Durch die effiziente Ermittlung und genaue Kenntnis der Lasten eines Schienenfahrzeugs kann die Entwicklungszeit erheblich verkürzt werden. Des Weiteren kann der Material- und Energieverbrauch gesenkt werden.

Am IGMR wurden in Kooperation mit der Firma Siemens Mobility eine Methodik zur Generierung repräsentativer synthetischer Szenarien für die simulative Ermittlung von Belastungen des Drehgestells entwickelt. In diesen Szenarien werden alle für die Lasten relevanten Streckeneigenschaften und Einsatzbedingungen abgebildet. Die Methodik wurde für Strukturbauteile des Drehgestells mit Hilfe von Betriebsmessungen erfolgreich validiert.

In dieser Arbeit sollen die Einsatzstatistiken analysiert und miteinander verglichen werden. Die Arbeit kann in folgende Schritte strukturiert werden:

  1. Es soll ein effizienter Algorithmus entwickelt werden, um die Statistiken der Einsatzstrecken und gleich große Abschnitte zu unterteilen.
  2. In einem zweiten Schritt wird der Algorithmus verwendet, um Ähnlichkeiten in den jeweiligen Abschnitten zu identifizieren
  3. Basierend auf den erarbeiteten Ergebnissen werden repräsentative Szenarien erstellt und mithilfe von Simpack Die Simulationsergebnisse werden dann dazu verwendet Lastannahmen für Regional- und Hochgeschwindigkeitszüge zu erstellen.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete

  • Literaturrecherche in den Bereichen Schienenfahrzeugdynamik, Mehrkörpersimulation und Trassierungsmodellierung von Schienenwegen
  • Entwicklung des Algorithmus
  • Analyse der gesamten und unterteilten Statistiken
  • Erstellung von Lastannahmen mithilfe von Mehrkörpersimulation
  • Dokumentation

 

Voraussetzungen

  • Gute Kenntnisse in Matlab
  • Gute Englisch-Kenntnisse
  • Selbständiges Arbeiten

 

Wir bieten

  • Einsichten in ein aktuelles Forschungsprojekt mit Siemens Mobility
  • Hochrelevante Forschung für die Schienenfahrzeugindustrie
  • Weiterentwicklung Ihrer fachlichen und persönlichen Fähigkeiten
  • Enge Betreuung der Arbeit
  • Mögliche Weiterbeschäftigung als Hiwi oder ggf. als Wissenschaftlicher Mitarbeiter

 

Ansprechpartner

Analysis and synthesis of the motion curve for cam mechanisms

Cam mechanisms (see Fig. 1) are widely used in various mechanical machines because of the unlimited various motions, motion accuracy and ability to easy dwell. Motion of the follower depends on the requirement of the machines. The objective of this thesis is to determine the motion curve of the follower. For synthesizing the motion programs for cam mechanisms, the designer is faced with a variety of problems. The displacement, velocity and acceleration constraints must satisfy the continuity of the displacement at least through the second derivative. Standard conventional motions are used by harmonic, modified harmonic, trapezoidal, cycloidal, and polynomial functions. However, if the number of constraints is sizable, some of the standard curves cannot satisfy this task. The polynomial curves are commonly used for synthesis of the cam. For the large conditions, the polynomial is of high order. Because of the polynomial with high degree, the acceleration curve can be occurred the peak values. So the displacement should be calculated to reduce acceleration peak values. For these reasons, the synthesis of motion curves is very important for the large constraints. The way to determine the motion curve of the follower is to use spline function.


The thesis is following as the content:
•    Introduction to the thesis topic
•    Selection of the motion curve and description
•    Definition of  the boundary conditions
•    Identification of the required parameters of motion curve
•    Documentation and presentation of the thesis

 

Supervisor:
M.Sc. Thi Thanh Nga Nguyen
Raum       001
Tel.:        +49 (0) 241 80 955 61
E-Mail:    

Aufbau einer echtzeitfähigen Regelungsarchitektur zum Betrieb eines Mechanismus zum aktiven Massenausgleich bei Delta Robotern

 KUKA Roboter

Eines der Hauptanwendungsgebiete von Industrierobotern liegt in der Handhabung von Objekten, speziell in Pick & Place Aufgaben. Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, werden kurze Zykluszeiten und große Handhabungskapazitäten angestrebt. Solch hochdynamische Handhabungsaufgaben erfordern ein hohes Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht, hohe Positioniergenauigkeiten sowie hervorragende Steifigkeitseigenschaften. Delta Roboter erfüllen diese Anforderungen durch ihre besondere Architektur mit gestellseitigen Antrieben und damit geringen bewegten Massen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass häufig nicht das volle Potential der Delta Roboter ausgeschöpft werden kann. Bei vielen Industrieanwendungen müssen die Roboter mit reduzierter Geschwindigkeit betrieben werden, um unzulässig hohe Schwingungen am Gestell bzw. an benachbarten Maschinen zu verhindern. Um diesen Schwingungen entgegenzuwirken, entwickeln wir einen Mechanismus zum aktiven Massenausgleich. Um verschiedene Regelungskonzepte in der Praxis zu erproben wurden ein spezieller Delta Roboter Prüfstand entwickelt. In dieser Arbeit geht es nun um die Entwicklung eines Hardware- und Softwarekonzeptes zur echtzeitfähigen Regelung des Massenausgleichsmechanismus.

 

 

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in den Stand der Technik
  • Identifikation geeigneter Hardware
  • Identifikation einer geeigneten Softwarearchitektur
  • Implementierung und Inbetriebnahme
  • Dokumentation

 

Wir bieten:

  • Flexible Gestaltung der Arbeitsschwerpunkte
  • Mitgestaltung des Projekts und Einbringung eigener Ideen

 

Ansprechpartner:

  • Christian Mirz - - Tel.: 0241 80 98993

Dynamische Fähigkeiten und Robustheit in Roboter Händen: Eine Analyse

Illustration einer Roboterhand mit Fingergelenken

 

Roboter Hände sind sowohl für den industriellen, den medizinischen, als auch für den wissenschaftlichen Kontext interessant. Sie finden Anwendung in der industriellen Greiftechnik, der Mensch-Roboter Kollaboration, der medizinischen Prothetik, der Weltraumrobotik oder der wissenschaftlichen Erforschung und Entwicklung humanoider Roboter, um nur einige Beispiele zu nennen. Jedes dieser Gebiete stellt Anforderungen an Roboter Hände hinsichtlich Qualität und Leistung. Diese gewünschten Qualitätsmerkmale gilt es zu analysieren. Je nach untersuchtem Qualitätsmerkmal ergeben sich Abhängigkeiten zu der implementierten Kinematik, der verbauten Sensorik oder ähnlichem. Eine Analyse eines Qualitätsmerkmales ist demnach eng verbunden mit der Analyse von Aufbau und Funktion ausgewählter Roboter Hände.

Eines dieser Qualitätsmerkmale sind die Dynamischen Fähigkeiten und die Robustheit. In der hier vorgeschlagenen Abschlussarbeit sollen diese analysiert werden. Dabei soll ermittelt werden:

  • Die Definition: Was bedeuten die Begriffe und was versteht man unter einer „guten“ Robustheit oder guten dynamischen Fähigkeit?
  • Sub-Qualitätsmerkmale: Welche (messbaren) Kenngrößen sind damit eng verbunden?
  • Einflussgrößen: Welche (i.d.R. nicht messbaren) Kenngrößen sind entscheidend für das Qualitätskriterium (beispielsweise die Kinematik)
  • Gestaltungsrichtlinien: Wie sollte eine Roboter Hand für verschiedene Ausprägungen gestaltet werden? (Beispielsweise Leichtbau für schnelle Fingerbewegungen)
  • Testverfahren: Wie werden die Sub-Qualitätsmerkmale getestet?

Durch die enge Verflechtung dieser Fähigkeiten mit Konstruktiven Aspekten der Roboter Hand, ergibt sich zwangsweise ein Studium zugrundeliegender Mechanismen.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

 

Anforderungen

  • Maschinenbau oder vergleichbares Ingenieurwissenschaftliches Studium
  • Interesse an der Funktionsweise von Roboter Händen
  • Eigenständige Arbeitsweise

 

Wir bieten

  • Intensive Betreuung
  • Weiterentwicklung fachlicher und persönlicher Fähigkeiten
  • Angenehme Arbeitsatmosphäre
  • Mögliche Weiterbeschäftigung als Hiwi
  • Mitgestaltung des Projekts und Einbringung eigener Ideen
  • Betreuung der Arbeit auf Englisch möglich
  • Gemeinsame Veröffentlichung der Ergebnisse möglich

 

Ansprechpartner

  • Daniel Gossen- gossen(at)igmr.rwth-aachen.de - Tel.: 0241 80 95562

Entwurf einer objektorientierten Software-Architektur für Methoden und Modelle aus Robotik-Anwendungen

 KUKA Roboter

 Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Kuka_(Unternehmen)#/media/Datei:KUKA_Industrial_Robots_IR.jpg

 

Für Robotik-Anwendungen wie z.B. Bahnplanung sowie der Analyse und Optimierung von Robotereigenschaften werden meist analytische Modelle benötigt. Um bereits bestehende Methoden und Modelle, welche in Matlab implementiert wurden, effektiver und modular in verschiedenen Anwendungen nutzen zu können, sollen diese in eine objektorientierte Implementierung in C++ überführt werden.

Dazu ist zunächst ein geeigneter Software-Entwurf mit allen notwendigen Schnittstellen zu definieren. Anschließend soll anhand einer Auswahl von Roboterstrukturen und Bahnplanungsmethoden eine beispielhafte Implementierung erfolgen, die sowohl mit dem Robotik-Framework ROS als auch mit Matlab genutzt werden kann.

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in C++, Matlab, Grundlagen der Software-Architektur
  • Erstellung eines Softwareenwurfs mit UML
  • Implementierung

 

Wir bieten:

  • Flexible Gestaltung der Arbeitsschwerpunkte
  • Mitgestaltung des Projekts und Einbringung eigener Ideen

 

Ansprechpartner:

  • Christian Mirz - - Tel.: 0241 80 98993
  • Marius Gürtler –Tel.: 0241 80 99791

Erweiterung des Radar-SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) für Anwendungen in der Feuerwehr unter Rauch

Gebäudepläne zur Gebäudestrukturinformation

Im Projekt „Robot Companion“ wird es einem Roboter ermöglicht Einsatzkräften im Feuerwehrinnenangriff autonom zu folgen. Ziel dabei ist die Feuerwehrleute im Einsatz zu entlasten und somit den Angriff zu erleichtern.

Im Projekt wird ein Radar-SLAM verwendet, um die Umgebung zu kartieren und die Roboterpose zu ermitteln. Der Ansatz ist in Nah-Echtzeit verfügbar, besitzt aber noch nicht über eine ausreichende Robustheit, um in allen Umgebungen eingesetzt werden zu können. In dieser Arbeit sollen gezielt Lücken in der Methodik geschlossen, sowie neue Ansätze implementiert und auf dem Roboter getestet werden. Ziel ist eine robuste und schnelle Navigation unter Rauch.

 

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete (flexibel):

  • Einarbeitung in die bestehende Methode und den Stand der Technik
  • Erweiterung der Methode um fehlende Funktionalität (z.B. Loop Closure, Kalman Filter)
  • Explorative Entwicklung weiterer Wirkmechanismen (z.B. Multi-Hypothesis, Partikelschwarm)

 

Anforderungen:

  • Interesse an Robotik und Feuerwehr
  • Eigenständige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in C++ und/oder ROS wünschenswert (aber nicht zwingend notwendig)

 

Wir bieten:

  • Möglichkeit zur freien Entfaltung und direktem Mitwirken am Projekt
  • Einblicke in die Robotik von morgen
  • Ein nettes und ambitioniertes Team aus Studierenden und Forschern

 

Ansprechpartner:

Nils Mandischer (mandischer(at)igmr.rwth-aachen.de)

Erweiterung eines Bewegungsmodells von Feuerwehrtrupps im Inneneinsatz

Feuerwehrleute mit Atemschutz bei der Brandbekämpfung / Personenrettung im Innenraum mit Flammen an der Decke

Bildquelle: https://pixabay.com/photos/fire-fighters-flames-delete-exercise-60576/

 

Im Projekt „Robot Companion“ wird es einem Roboter ermöglicht Einsatzkräften im Feuerwehrinnenangriff autonom zu folgen. Ziel dabei ist die Feuerwehrleute im Einsatz zu entlasten und somit den Angriff zu erleichtern. Um eine taktisch optimale Position einnehmen zu können, muss der Roboter neben seiner Umgebung, auch das Verhalten und die Position der Einsatzkräfte kennen.

Im Projekt wurden bisher Methoden zur Bewegungsmodellierung mit dem Social-Force-Modell untersucht. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie taktisches Verhalten durch einfache Regeln abbildbar ist. Dazu sollen unterschiedliche Ansätze aus der Roboterpfadplanung übertragen werden, wie Voronoi-Graphen oder die Hammersley Sequenz. Primärziel der Arbeit ist eine Verbesserung des Bewegungsmodells für das Szenario der eigeschränkten Sicht bei verrauchten Umgebungen.

 

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in die bestehenden Methoden und den Stand der Technik
  • Umsetzen und Vergleich von Voronoi-Graphen und ähnlichen Methoden im Bewegungsmodell
  • Integration des Moduls in das reale Robotersystem

 

Voraussetzungen:

  • Interesse an Robotik und Feuerwehr
  • Eigenständige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in C++ und/oder ROS wünschenswert (aber nicht zwingend notwendig)

 

Wir bieten:

  • Möglichkeit zur freien Entfaltung und direktem Mitwirken am Projekt
  • Einblicke in die Robotik von morgen
  • Ein nettes und ambitioniertes Team aus Studierenden und Forschern

 

Ansprechpartner

  • Nils Mandischer – mandischer(at)igmr.rwth-aachen.de – Tel.: 0241 80 99788

Erweiterung eines echtzeitfähigen MKS-Modells einer Fahrzeug-Radaufhängung um elastische Körper

Bild eines KFZ-Fahrwerks / Achse mit Stoffängern

 

Virtuelle Entwicklungsmethoden gewinnen kontinuierlich an Bedeutung und werden in Zukunft der bestimmende Weg in der Fahrdynamikentwicklung von Kraftfahrzeugen sein. Dabei spielt die subjektive Bewertung der Fahreigenschaften eine zentrale Rolle. Fahrsimulatoren ermöglichen das Erleben des Fahrverhaltens in einem sehr frühen Entwicklungsstadium, ohne dass Prototypenfahrzeuge benötigt werden. Um die Aussagekraft der virtuellen Methoden zu steigern, wird am IGMR ein genaues und echtzeitfähiges Mehrkörpersimulationsmodells einer Radaufhängung in der Simulationssoftware Matlab/Simulink entwickelt. In diesem werden aktuell alle Körper als starr angenommen. Bauteilelastizitäten haben jedoch einen großen Einfluss auf die Charakteristik einer Fahrzeug-Radaufhängung.

Das Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist es daher, das Modell um elastische Körper zu erweitern. Die dazu notwendigen Elastizitätseigenschaften der Körper wurden bereits in Vorarbeiten ermittelt und stehen zur Verfügung. Diese sollen in dieser Arbeit in das Modell eingebunden werden.

Der Umfang kann flexibel an die Art der Arbeit (Bachelorarbeit, Masterarbeit) angepasst werden.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete

  • Einarbeitung in das bestehende Modell und den Stand der Technik
  • Erweiterung des Modellierungsansatzes um elastische Körper
  • Implementierung des Modellierungsansatzes
  • Parametrierung des Modells auf Basis eines bestehenden Referenzmodells
  • Validierung des Modells anhand des Referenzmodells
  • Dokumentation der Ergebnisse

 

Voraussetzungen

  • Studium Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenbau o.ä.
  • Eigenständige, zuverlässige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in Matlab; Vorkenntnisse in Simulink wünschenswert
  • Interesse an Mehrkörpersimulation; Vorkenntnisse in Mehrkörpersimulation wünschenswert

 

Wir bieten

  • Interessante Arbeit in einem innovativen Themengebiet
  • Weiterentwicklung Ihrer fachlichen und persönlichen Fähigkeiten
  • Angenehme Arbeitsatmosphäre
  • Enge fachliche Betreuung
  • Gute IT-Ausstattung (Remote-Zugriff zur Arbeit von zuhause)

 

Ansprechpartner

Griff- und Manipulationsfähigkeiten in Roboter Händen: Eine Analyse

Illustration einer schwarzen Roboterhand mit Fingergelenken
Bildquelle: https://pixabay.com/de/illustrations/hand-prothese-humanoid-hand-3853276/

 

Roboter Hände sind sowohl für den industriellen, den medizinischen, als auch für den wissenschaftlichen Kontext interessant. Sie finden Anwendung in der industriellen Greiftechnik, der Mensch-Roboter Kollaboration, der medizinischen Prothetik, der Weltraumrobotik oder der wissenschaftlichen Erforschung und Entwicklung humanoider Roboter, um nur einige Beispiele zu nennen. Jedes dieser Gebiete stellt Anforderungen an Roboter Hände hinsichtlich Qualität und Leistung. Diese gewünschten Qualitätsmerkmale gilt es zu analysieren. Je nach untersuchtem Qualitätsmerkmal ergeben sich Abhängigkeiten zu der implementierten Kinematik, der verbauten Sensorik oder ähnlichem. Eine Analyse eines Qualitätsmerkmales ist demnach eng verbunden mit der Analyse von Aufbau und Funktion ausgewählter Roboter Hände.

Eines dieser Qualitätsmerkmale sind die Griff- und Manipulationsfähigkeiten. In der hier vorgeschlagenen Abschlussarbeit sollen diese analysiert werden. Dabei soll ermittelt werden:

  • Die Definition: Was bedeuten die Begriffe und was versteht man unter einer „guten“ Griff- und Manipulationsfähigkeit?
  • Sub-Qualitätsmerkmale: Welche (messbaren) Kenngrößen sind damit eng verbunden?
  • Einflussgrößen: Welche (i.d.R. nicht messbaren) Kenngrößen sind entscheidend für das Qualitätskriterium (beispielsweise die Kinematik für bestimmte Griff Taxonomien)
  • Gestaltungsrichtlinien: Wie sollte eine Roboter Hand für verschiedene Ausprägungen gestaltet werden?
  • Testverfahren: Wie werden die Sub-Qualitätsmerkmale getestet?

Durch die enge Verflechtung der Griff- und Manipulationsfähigkeiten mit der Kinematik der Roboter Hand, ergibt sich zwangsweise ein Studium zugrundeliegender Mechanismen, als auch damit zusammenhängend ein Studium der menschlichen Hand.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Anforderungen

  • Maschinenbau oder vergleichbares Ingenieurwissenschaftliches Studium
  • Interesse an der Funktionsweise von Roboter Händen
  • Eigenständige Arbeitsweise

 

Wir bieten

  • Intensive Betreuung
  • Weiterentwicklung fachlicher und persönlicher Fähigkeiten
  • Angenehme Arbeitsatmosphäre
  • Mögliche Weiterbeschäftigung als Hiwi
  • Mitgestaltung des Projekts und Einbringung eigener Ideen
  • Betreuung der Arbeit auf Englisch möglich
  • Gemeinsame Veröffentlichung der Ergebnisse möglich

 

Ansprechpartner

  • Daniel Gossen- gossen(at)igmr.rwth-aachen.de - Tel.: 0241 80 95562

Konzeptionierung und Implementierung einer intuitiven Kollaborationsmethode zwischen Mensch und mobilem Roboter

Für serielle Roboter ist das Thema Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) eines der großen Innovations- und Entwicklungsfelder im Bereich der Automatisierungstechnik. Dabei ist der Einsatz von MRK-Methoden für die direkte Kollaboration mit mobilen Robotern vergleichsweise wenig erforscht. Diese Arbeit setzt sich mit den Kollaborationsmöglichkeiten zwischen Mensch und mobilem Roboter auseinander und implementiert eine Vorzugsvariante zur Quantifizierung der denkbaren Potentiale.
Dabei soll die Überprüfung insbesondere für den Indooreinsatz auf Baustellen (Construction Robotics) erfolgen.

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete (flexibel):

  • Identifikation von MRK-Methoden und Abschätzung der Potentiale für mobile Roboter
  • Bewertung der Methoden für den Einsatz auf Baustellen und Auswahl einer Vorzugsvariante
  • Implementierung der Vorzugsvariante in ROS auf einem Summit XL Steel von Robotnik
  • Durchführung von Versuchen und deren Auswertung
  • Dokumentation der Konzepte und der erarbeiteten Ergebnisse

 

Anforderungen:

  • Kenntnisse in Python (oder C++)
  • Interesse an Linux und Softwareentwicklung
  • Gutes konzeptionelles und analytisches Vorgehen bei der Erarbeitung und Bewertung von Methoden
  • Hohe Eigenmotivation

 

Wir bieten:

  • Intensive Betreuung auf Wochenbasis
  • Direkten Projektbezug
  • Motiviertes sowie lösungsorientiertes Team

 

Ansprechpartner:
Tobias Haschke -

Bewerbungen bitte mit aktuellem Notenauszug und kurzem Lebenslauf

Machine Learning Regelungsstrategien zum Betrieb eines Mechanismus zum aktiven Massenausgleich bei Delta Robotern

 KUKA Roboter

Eines der Hauptanwendungsgebiete von Industrierobotern liegt in der Handhabung von Objekten, speziell in Pick & Place Aufgaben. Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, werden kurze Zykluszeiten und große Handhabungskapazitäten angestrebt. Solch hochdynamische Handhabungsaufgaben erfordern ein hohes Verhältnis von Nutzlast zu Eigengewicht, hohe Positioniergenauigkeiten sowie hervorragende Steifigkeitseigenschaften. Delta Roboter erfüllen diese Anforderungen durch ihre besondere Architektur mit gestellseitigen Antrieben und damit geringen bewegten Massen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass häufig nicht das volle Potential der Delta Roboter ausgeschöpft werden kann. Bei vielen Industrieanwendungen müssen die Roboter mit reduzierter Geschwindigkeit betrieben werden, um unzulässig hohe Schwingungen am Gestell bzw. an benachbarten Maschinen zu verhindern. Um diesen Schwingungen entgegenzuwirken, sollen im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Regelungsstrategien für einen aktiven Massenausgleich implementiert werden, die den repetitiven Charakter von Pick & Place Aufgaben ausnutzen um die richtige Strategie für eine Regelung durch mehrfache Wiederholung zu erlernen, wie etwa eine iterative learning control bis hin zum maschinellen Lernen und neuronalen Netzten.

 

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in den Stand der Technik
  • Identifikation geeigneter Regelungsstrategien
  • Implementierung und Validierung
  • Dokumentation

 

Wir bieten:

  • Flexible Gestaltung der Arbeitsschwerpunkte
  • Mitgestaltung des Projekts und Einbringung eigener Ideen

 

Ansprechpartner:

  • Christian Mirz - - Tel.: 0241 80 98993

Manövererkennung für Truppbewegungen im Feuerwehreinsatz

Feuerwehrleute mit Atemschutz bei der Brandbekämpfung / Personenrettung im Innenraum mit Flammen an der Decke

Bildquelle: https://pixabay.com/photos/fire-fighters-flames-delete-exercise-60576/

 

Im Projekt „Robot Companion“ wird es einem Roboter ermöglicht Einsatzkräften im Feuerwehrinnenangriff autonom zu folgen. Ziel dabei ist die Feuerwehrleute im Einsatz zu entlasten und somit den Angriff zu erleichtern. Um eine taktisch optimale Position einnehmen zu können, muss der Roboter neben seiner Umgebung, auch das Verhalten und die Position der Einsatzkräfte kennen.

Im Projekt wurden bisher Methoden zur Bewegungsmodellierung untersucht. Dabei wird offline ein theoretischer taktischer Pfad geplant. Im Einsatz soll der Roboter befähigt werden zu erkennen, wann der Trupp vom geplanten Pfad abweicht. Dies soll in dieser Arbeit untersucht werden. Insbesondere sollen dabei die Fälle „Tauchertechnik“ (eine Suchtechnik bei verrauchten Umgebungen) und Pfadänderungen aufgrund verschlossener Türen umgesetzt werden.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Einarbeitung in die bestehenden Methoden und den Stand der Technik
  • Analyse der Verhaltensmuster in den Sonderfällen
  • Implementierung der Manövererkennung für allgemeine Abweichungen und die Sonderfälle
  • Integration des Moduls in das reale Robotersystem

 

Voraussetzungen:

  • Interesse an Robotik und Feuerwehr
  • Eigenständige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in C++ und/oder ROS wünschenswert (aber nicht zwingend notwendig)

 

Wir bieten:

  • Möglichkeit zur freien Entfaltung und direktem Mitwirken am Projekt
  • Einblicke in die Robotik von morgen
  • Ein nettes und ambitioniertes Team aus Studierenden und Forschern

 

Ansprechpartner

  • Nils Mandischer – mandischer(at)igmr.rwth-aachen.de – Tel.: 0241 80 99788

Modulare Mehrkörpersimulation einer elastokinematischen Radaufhängung zur Steigerung der Echtzeitfähigkeit

Bild eines KFZ-Fahrwerks / Achse mit Stoffängern

 

Virtuelle Entwicklungsmethoden gewinnen kontinuierlich an Bedeutung und werden in Zukunft der bestimmende Weg in der Fahrdynamikentwicklung von Kraftfahrzeugen sein. Dabei spielt die subjektive Bewertung der Fahreigenschaften eine zentrale Rolle. Fahrsimulatoren ermöglichen das Erleben des Fahrverhaltens in einem sehr frühen Entwicklungsstadium, ohne dass Prototypenfahrzeuge benötigt werden. Um die Aussagekraft der virtuellen Methoden zu steigern, wird am IGMR ein präzises und echtzeitfähiges Mehrkörpersimulationsmodells einer Radaufhängung in der Simulationssoftware Matlab/Simulink entwickelt.

Das Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist es, die Echtzeitfähigkeit dieses Modells zu verbessern. Dazu soll das bestehende Modell in verschiedene Teilmodelle aufgeteilt werden, z.B. indem die Achse in die rechte und linke Seite aufgeteilt wird oder der Stoßdämpfer als externes Teilmodell berechnet wird. In der Arbeit soll ein geeigneter Modellierungsansatz aufgestellt, implementiert und validiert werden.

Der Umfang kann flexibel an die Art der Arbeit (Bachelorarbeit, Masterarbeit) angepasst werden.

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete

  • Einarbeitung in das bestehende Modell
  • Literaturrecherche zu modularer Mehrkörpersimulation
  • Aufstellen von Modellierungsansätzen für die Aufteilung in Teilmodelle
  • Implementierung der Modellierungsansätze
  • Vergleich der Modellierungsansätze hinsichtlich Genauigkeit und Rechenzeiten
  • Dokumentation der Ergebnisse

 

Voraussetzungen

  • Studium Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenbau o.ä.
  • Eigenständige, zuverlässige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in Matlab; Vorkenntnisse in Simulink wünschenswert
  • Interesse an Mehrkörpersimulation; Vorkenntnisse in Mehrkörpersimulation wünschenswert

 

Wir bieten

  • Interessante Arbeit in einem innovativen Themengebiet
  • Weiterentwicklung Ihrer fachlichen und persönlichen Fähigkeiten
  • Angenehme Arbeitsatmosphäre
  • Enge fachliche Betreuung
  • Gute IT-Ausstattung (Remote-Zugriff zur Arbeit von zuhause)

 

Ansprechpartner

Prüfstandentwicklung für vollgefederte Mountainbikes

drei Bearbeitungsschritte: Lastfall, Prüfstand und Versuche

 

Die Verkaufszahlen von Fahrrädern in Deutschland zeigen seit Jahren einen deutlichen Anstieg. Dies ist nicht zuletzt auf den Erfolg verschiedenster Fahrradvarianten zurückzuführen. Durch das rasche Marktwachstum und der Verbreitung neuer Fahrradkonzepte, wie e-Bikes oder Lastenräder, ergeben sich steigende Anforderungen an den Entwicklungs- und Auslegungsprozess. Eine übergeordnete Rolle spielen hierbei die Dauerfestigkeitsuntersuchungen mittels Prüfstandversuchen.

Um diese Prüfstandversuche genauer zu erforschen, soll im Rahmen dieser Arbeit ein Prüfstandsaufbau entwickelt werden, welcher einerseits die Erforschung neuer Auslegungskonzepte ermöglicht, gleichzeitig aber auch in der praxisnahen Lehre für Studierende eingesetzt werden kann. Hierfür soll anhand gültiger Normvorschiften ein Testaufbau konstruiert werden, welcher eine einfache und sichere Durchführung von Belastungstests an vollgefederten Mountainbikes ermöglicht. Darüber hinaus sollen zwei Versuche ausgearbeitet werden, mit denen es möglich ist in praktischen Versuchen sowohl Feder als auch Dämpferkennlinie der Rahmenfeder zu ermitteln. Erste Konzepte sowie Simulationsmodelle zur Überprüfung dieser Versuche sind bereits vorhanden.

 

 

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Konstruktion eines Prüfstands anhand geltender Normvorschriften
  • Beschreibung von Versuchsdurchführungen für einen praxisnahen Lehreinsatz
  • Simulation der Versuchsabläufe in Simpack (Modelle bereits vorhanden)
  • Simulation des Systems auf Basis von Messdaten
  • Auslegung einer Antriebseinheit

 

Voraussetzungen:

  • Studium Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen Maschinenbau o.ä. Fachrichtungen
  • Eigenständige, zuverlässige Arbeitsweise
  • Vorkenntnisse in Inventor von Vorteil
  • Erfahrungen in der Konstruktion von Vorteil

 

Wir bieten:

  • Interessante Arbeit in einem innovativen Themengebiet
  • Ausgewogenes Zusammenspiel zwischen praktischer und fachlicher Arbeit
  • Einblicke in verschiedene Methoden und Softwarelösungen
  • Enge, regelmäßige Betreuung

 

Ansprechpartner

  • Johannes Bolk - bolk(at)igmr.rwth-aachen.de - Tel.: 0241 - 80 99817

 

Robotische Multidirektionale Additive Fertigung

mdam1

Diverse Entwicklungen im Fachbereich der additiven Fertigung gehen derzeit über den reinen schichtweisen Aufbau hinaus oder erweitern diesen durch Manipulatoren mit mehr als drei Freiheitsgraden. Für spezielle Anwendungen ist eine vollständige Manipulation der Druckplattform unter einem feststehenden Druckkopf notwendig. Am IGMR wird derzeit an der gesamten Prozesskette der Multidirektionalen Additiven Fertigung, speziell für das Lichtbogenschweißen (Wire-Arc Additiven Manufacturing (WAAM)), geforscht. Dazu werden Algorithmen entlang der Prozessvorbereitung (Slicing, Pfadplanung, Trajektorienplanung) weiterentwickelt und das multidirektionale Metallbauteilen additiv gefertigt.

Zum Sommersemester 2021 sind eine Vielzahl von Themen für Abschlussarbeiten zu besetzen. Dabei sind sowohl Themen mit Schwerpunkten Konstruktion, Softwareentwicklung oder praktischen Versuchen am Roboter zu vergeben. Im Bereich der Softwareentwicklungen werden Algorithmen für das Framework ROS in C++ oder Python entwickelt. Die praktischen Versuche am Roboter erfordern eine Kombination aus Kenntnissen im Bereich der Roboterprogrammierung, der additiven Fertigung (bspw. FDM) und der Fügetechnik (speziell Lichtbogenschweißen). Konstruktive Elemente beziehen sich auf die Entwicklung und den Umbau von Robotern, End-Effektoren und Handgelenken.

mdam2

 

Bei der Bewerbung würden wir uns über eine kurze Motivation und Vorstellung der bereits bestehenden Kenntnisse in den beschriebenen Themenbereichen freuen. Defizite sollen und können bei geeigneter Motivation auch am Institut im Rahmen der Abschlussarbeit erlernt werden.

Für mehr Informationen besuchen Sie gerne unseren Blog.

Einen speziellen Eintrag zur Multidirektionalen Additiven Fertigung finden Sie auch in unserem Blog.

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit, Masterarbeit

 

Anforderungen

  • Interesse an der additiven Fertigung und Robotik
  • Hohe Teamfähigkeit
  • Grundkenntnisse der Mechanik oder Robotik
  • Grundkenntnisse in der Programmierung mit C++, Python (wünschenswert)
  • Vorkenntnisse im Robot Operating System (ROS)

 

Ansprechpartner

  • Markus Schmitz - schmitzm(at)igmr.rwth-aachen.de - Tel.: 0241 80 99801

Systemmodellierung für die Kontaktflächenbewertung von End-Effektor-Gehäusen zur Mensch-Roboter-Kollaboration

links: Piktogramm eines Roboters mit einem Blitz und einer Hand, rechts: Prozessablauf

Bei der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) befinden sich Mensch und Roboter ohne trennende Sicherheitseinrichtung im selben geschützten Bereich, dem sogenannten kollaborativen Arbeitsraum. Im kollaborativen Arbeitsraum ist ein physischer Kontakt zwischen beiden Akteuren möglich. Alle Komponenten des Robotersystems und damit auch die End-Effektoren müssen die Sicherheit des Menschen beim physischen Kontakt gewährleisten. Am IGMR wird eine rechnergestützte Bewertung der Flächentopologie entwickelt, die die Eignung des End-Effektor-Gehäuses für den kollaborativen Einsatz bewertet und potenzielle Gefahrenstellen aufzeigt. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Systemmodell für die Kontaktflächenbewertung von End-Effektor-Gehäusen entwickelt werden. Dies beinhalten Anforderungs- und Funktionsdefinition, sowie die Modellbeschreibung.

 

 

 

Art der Abschlussarbeit

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Recherche zum physischen Kontakt zwischen Mensch und Robotersystem, bzw. End-Effektor
  • Problemdefinition, sowie Anforderungs- und Funktionsanalyse
  • Modellierung der Kontaktflächenbewertung (vorsehen von Funktionsblöcken und Definition der Interaktion der Größen)
  • (Optional) Validierung der Modellierung anhand eines vereinfachten Beispiels

 

 

Voraussetzungen:

  • Vorerfahrungen in Matlab/Simulink wünschenswert
  • Interesse an MRK, Entwicklung von rechnergestützten Methoden
  • Eigenständige und proaktive Arbeitsweise

 

Wir bieten:

  • Freie Entfaltung und direkte Mitwirkung am Projekt
  • Einblick in die MRK von morgen

 

Ansprechpartner

  • Elodie Hüsing – huesinge(at)igmr.rwth‐aachen.de – Tel.: 0241 80 99793

Untersuchung der Proxemik in Roboter-unterstützten Feuerwehrtrupps

 

Untersuchung der Proxemik in Roboter-unterstützten Feuerwehrtrupps

 

 

 Bild von Feuerwehrleuten im Innenangriff mit Atemschutz vor Wohnungseingangstür

 

 

Im Projekt „Robot Companion“ entstehen Methoden, die eine Interaktion zwischen Mensch und Roboter in Angriffsszenarien der Feuerwehr ermöglichen und den Roboter mittelfristig befähigen als Teil des Trupps zu agieren. Um dies zu ermöglichen, ist es wichtig das Verhalten des Feuerwehrtrupps zu verstehen. Daher entstehen Modelle, um die Angriffsbewegung simulativ abzubilden.

In dieser Arbeit soll untersucht werden, wo sich ein Roboter im Einsatzszenario platzieren sollte, um bei der Einsatzkraft die bestmögliche Akzeptanz zu erzielen. Ein wichtiger Faktor ist die Proxemik, d.h. die Beschreibung der Räume um die Einsatzkraft in der sich unterschiedliche Akteure (Roboter, Mensch) aufhalten dürfen und deren Wechselwirkung. Zur Untersuchung der Proxemik sollen mit unterschiedlichen Feuerwehren Experteninterviews geführt werden. Kontakte zur Feuerwehr sind vorhanden, sollten im Rahmen dieser Arbeit aber erweitert werden.

Die Arbeit wird ko-betreut vom IGMR und STO und kann in Fakultät 4oder 7 durchgeführt werden.

 

Art der Abschlussarbeit:

  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit

 

Mögliche Arbeitspakete:

  • Definition des Szenarios Innenangriff
  • Übertragung gängiger Theorien der Proxemik auf den Feuerwehreinsatz
  • Untersuchung der Proxemik durch Experteninterviews und Fragebögen

 

Voraussetzungen:

  • Interesse an Feuerwehr, Robotik und Mensch-Roboter-Teams
  • Eigenständige und proaktive Arbeitsweise

 

Wir bieten:

  • Mitwirken am Projekt in einem studentischen und interdisziplinären Team
  • Einblicke in Techniksoziologie, Robotik und Feuerwehr

 

Ansprechpartner:

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