Praktikum Forschungsprojekt: Anthropomatik praktisch erfahren (SS 2017)

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Das Ziel des Praktikums Forschungsprojekt: Anthropomatik praktisch erfahren ist es, Studenten die Möglichkeit zu geben, in aktuelle Forschungsgebiete hineinzuschnuppern. Dabei sollen in Gruppen von jeweils zwei bis drei Studenten Soft- und/oder Hardware-Projekte erstellt werden. Die zu bearbeitenden Aufgaben kommen aus den Forschungsbereichen verteilte Messsysteme, Robotik, Mensch-Roboter-Kooperation, Telepräsenz- und Assistenzsysteme. Das Praktikum gibt interessierten Studenten die Möglichkeit, Erfahrungen sowohl im wissenschaftlichen Arbeiten als auch im Projektmanagement zu sammeln.

In dem Praktikum können folgende Fähigkeiten erlernt und vertieft werden:

  • Umsetzung von theoretischen Methoden in reale Systeme
  • Erstellung von technischen Spezifikationen
  • Projekt- und Zeitmanagement
  • Entwicklung von Lösungsstrategien im Team
  • Präsentation von Zwischen- und Endergebnissen (in Poster- und Folienvorträgen sowie einem Abschlussbericht)

Das Praktikum (4 SWS) besteht aus 2 Lehrveranstaltungen: einem praktischen Teil (mit 2 SWS), welcher die konkrete Implementierung der Aufgabenstellung des Praktikums durch die Studenten beinhaltet und einem theoretischen Teil (mit 2 SWS). In diesem Teil des Praktikums vermitteln die wissenschaftlichen Mitarbeiter den Studenten die Theorie für das jeweilige Projekt. Außerdem diskutieren die Mitarbeiter mit den Studenten in persönlichen Gesprächen mögliche Lösungen zu Problemen, die bei der Implementierung auftreten. Beide Teile sind nur in Kombination belegbar.


Am Tag der Informatik 2010, 2015 und 2016 wurde das Praktikum Forschungsprojekt "Anthropomatik praktisch erfahren" als bestbeurteiltes Praktikum ausgezeichnet.

Weitere Informationen zum Praktikum Forschungsprojekt: Anthropomatik praktisch erfahren.

Themengebiete

Weitere Themen werden später bekanntgegeben.

Projekt 1: Ultraschall-basierte Simultane Lokalisierung und Kartografierung

ISAS-Crawler ohne Ultraschallsensoren.

Betreuer: Gerhard Kurz, Christof Chlebek

Einleitung

Bei der simultanen Lokalisierung und Kartografierung (engl. SLAM, simultaneous localization and mapping) erkundet ein Roboter seine Umgebung. Dabei versucht er gleichzeitig eine Karte seiner Umwelt aufzubauen und sich innerhalb dieser Karte zu lokalisieren. Am ISAS wurde in den vergangenen Semestern ein Laufroboter (ISAS-Crawler) entwickelt, der seine Umgebung mit Ultraschallsensoren erfassen kann. Im Rahmen des Praktikums soll ein SLAM Algorithmus implementiert werden, der die Entfernungsmessungen der Ultraschallsensoren auf dem ISAS-Crawler verwendet. Für dieses Ziel stehen Vorarbeiten des vergangenen Semesters zur Verfügung.

Aufgabenstellung

Es sind die folgenden Punkte zu bearbeiten.

  1. Einarbeitung in die Schnittstellen zum Auslesen der Sensordaten
  2. Einarbeitung in Grid-based Fast SLAM
  3. Herleiten von System- und Messmodell
  4. Implementierung des SLAM Verfahrens
  5. Evaluation der Ergebnisse mit Hilfe einer Deckenkamera zur Messung der wahren Position

Projekt 2: Evaluation von Trackingverfahren in der Bandsortierung mittels Zeilenkameras

Schematische Darstellung einer Bandsortieranlage mit installierter Flächenkamera.

Betreuer: Florian Pfaff, Benjamin Noack, Georg Maier, Robin Gruna

Einleitung

Bei sogenannten optischen Bandsortieranlagen werden Teilchen auf Basis visueller Eigenschaften klassifiziert. Bei der Anlage, so wie sie vom Fraunhofer IOSB lizenziert wird, werden durch richtiges Timing und gezieltes Aktivieren von Druckluftdüsen eine Klasse der Teilchen „ausgeblasen“, um so die beiden Klassen voneinander zu trennen. Aufgrund von Verzögerungen ist es aber nicht möglich, die Klassifikation und das Ausblasen gleichzeitig zu vollziehen. Deshalb muss die Position der Teilchen nach ihrer Klassifikation prädiziert (vorhergesagt) werden. Hierfür haben wir bereits die Verwendung von Flächenkameras erprobt.

Eine Evaluation des Systems durch Bewertung der Sortierqualität würde jedoch viele Abhängigkeiten von zusätzlichen Hardwarekomponenten ins Spiel bringen. Darum möchten wir nun in dem System anstelle eines Düsenbalkens eine Zeilenkamera positionieren, die einen Düsenbalken „simuliert“ und mittels derer der Vorhersagegüte direkt bewertet werden kann.

Aufgabenstellung

Beispiel einer möglichen Schablone.

Im Rahmen des Praktikums soll zunächst ein Verfahren entwickelt werden, mit dem eine Flächenkamera zu einer Zeilenkamera kalibriert werden kann. Hierfür sollen Techniken der Kalibrierung von Zeilen- und Flächenkameras zusammengeführt werden. Eine Idee für eine Schablone ist in nebenstehender Grafik dargestellt. Anschließend sollen Versuchsläufe durchgeführt werden, mit denen die Vorhersagegenauigkeit der vorhandenen Algorithmen überprüft wird.

Was wird vom Lehrstuhl ISAS und dem Fraunhofer IOSB zur Verfügung gestellt?

  • Benötigte Hardware und Möglichkeiten zum Druck der Kalibrierschablonen
  • Einführung in die Verwendung des Experimentalsystems
  • Poolraum mit Rechnern mit ssh-Zugriff
  • Fachlich kompetente Beratung und Hilfestellung

Projekt 3: AR-gestütztes Assistenzsystem für Industrie 4.0

Betreuer: Florian Faion, Benjamin Noack, Antonio Zea

Schematische Darstellung des geplanten Assistenzsystems.

Einleitung

Durch die jüngsten technologischen Fortschritte im Bereich Personen-/Objekt-Tracking ist es möglich, eine Umgebung (z.B. eine Fabrikhalle) mittels Sensoren zu erfassen, und die dort stattfindenden Abläufe zu interpretieren. So lässt sich der aktuelle Fertigungsfortschritt eines entstehenden Produkts automatisch dokumentieren und in digitaler Form von den Mitarbeitern einsehen. Beispielsweise können Augmented Reality Brillen dazu verwendet werden, Mitarbeitern die benötigten Informationen zu ihren aktuellen Arbeitsabläufen anzuzeigen (z.B. welches Bauteil im Regal gerade benötigt wird - siehe Abbildung). Am ISAS wird derzeit in Zusammenarbeit mit der Firma PFW Aerospace GmbH ein entsprechendes System entwickelt, das anschließend auch bei PFW zum Einsatz kommen soll.

Aufgabenstellung

In diesem Praktikum soll ein Prototyp des oben beschriebenen Assistenzsystems implementiert und mithilfe der Hololens AR-Brille von Microsoft demonstriert werden.

  1. Modellierung eines Fertigungsablaufs und der dazu benötigten Bauteile
  2. Implementierung eines Prototyps des Assistenzsystems in der Unity Game-Engine
  3. Demonstration der Funktionsfähigkeit des modellierten Fertigungsablaufs bei PFW


Anrechenbarkeit

Vertiefungsgebiete

  • Theoretische Grundlagen
  • Robotik und Automation
  • Anthropomatik
  • Kognitive Systeme

Diplomstudiengang

Für die erbrachte Leistung wird entweder

  • ein benoteter Praktikumsschein vergeben

oder es besteht die Möglichkeit, das Praktikum (inkl. der zugehörigen Vorlesung)

  • als 4 SWS-Anteil in eine Vertiefungsfachprüfung einzubringen. Dabei sind diese Hinweise zu beachten:
    • Bei der Einbringung des Praktikums in eine Vertiefungsfachprüfung wird die Note für das Praktikum nicht bekannt gegeben.
    • Das Praktikum kann mit 4 SWS in die Vertiefungsfachprüfung eingebracht werden. Die Regelung, dass ein Praktikum nur mit 2 SWS angerechnet werden kann, greift hier nicht, weil das Praktikum auch die zugehörige Vorlesung mit 2 SWS enthält.
    • Um das Praktikum in die Vertiefungsfachprüfung einzubringen, ist es nicht erforderlich, weitere Vorlesungen des ISAS zu prüfen, da mit der integrierten formalen Vorlesung bereits eine Vorlesung des ISAS enthalten ist.
    • Wird das Praktikum in die Vertiefungsfachprüfung eingebracht, so wird das Praktikum im Rahmen der mündlichen Prüfung nicht noch einmal geprüft. Es werden also keine Fragen zum Praktikum gestellt, sondern nur die Note das Praktikums in die Note der Prüfung einbezogen.

Master- und Bachelorstudiengang

Die erbrachte Leistung wird mit 8 LP angerechnet.

Seminar zum Praktikum

Optional kann im Rahmen des Praktikums zusätzlich ein Seminarschein erworben werden.

Hierzu muss vertiefend zu dem bearbeiteten Praktikumsprojekt

  • ein eigenständiger Vortrag gehalten werden und
  • eine Seminar-Ausarbeitung erstellt werden.

Das Thema ist individuell mit dem betreuenden Mitarbeiter abzusprechen. Eine Teilnahme am Seminar ist nur in Kombination mit dem Praktikum möglich.

Termin und Ort

Die Einführungsveranstaltung findet am Freitag, 28.4.2017 um 14:00 Uhr in Raum 148, Gebäude 50.20, statt.

Weitere Termine:

  • Projektvorstellung: Mo. 8.5.2017 15:45 Uhr in Raum 148, Gebäude 50.20
  • Zwischenpräsentation: Fr. 23.6.2017 14:00 Uhr in Raum 148, Gebäude 50.20
  • Endpräsentation: Fr. 28.7.2017 14:00 Uhr in Raum 148, Gebäude 50.20

Anmeldung

  • Die Anmeldung erfolgt per E-mail an Gerhard Kurz. Für die Anmeldung sind folgende Informationen erforderlich:
    • Name, Vorname
    • E-Mail-Adresse
    • Matrikelnummer
    • Studiengang und Typ (Bachelor/Master/Diplom)
    • Semester
    • gewünschtes Projekt
  • Jeder Student wählt bei der Anmeldung in einer Liste sein Wunschthema aus. Sollten alle Themen vergeben sein, gibt es für jedes Projekt Nachrückplätze.
  • Bei der Einführungsveranstaltung wird der Ablauf des Praktikums erläutert. Es müssen alle angemeldeten Studenten anwesend sein. Die Projekte, die nicht vergeben wurden, werden an diesem Termin nicht angemeldeten Studenten angeboten.

Koordination: Gerhard Kurz

Vorlagen für Vorträge und Ausarbeitung


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