Zentrum für angewandte Forschung an Fachhochschulen  
Autonome mobile Serviceroboter
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Bachelor-, Master- und Projektarbeiten

Mehr Themenvorschläge bei Benjamin Stähle (staehle@hs-weingarten.de) jederzeit in Raum K002A. Eigene Ideen sind willkommen!

Steuerung eines Staubsaugroboters

Staubsaugroboter gehören mittlerweile zu den am weitesten verbreiteten Servicerobotern. Um auch das Staubsaugen in unser Assistenzrobotik-Konzept aufzunehmen, habe wir einen Staubsaugroboter vom Typ Neato XV-15 angeschafft.

Wir benötigen aber weitaus tiefgreifendere Möglichkeiten der Steuerung als die Standard-Benutzerschnittstelle bietet. Auch die Möglichkeit den verbauten Laser-Scanner auszulesen wäre äußerst nützlich.

Für die Neato Roboter hat sich eine Open-Source Community gebildet, die sowohl Hardware- als auch Software-Projekte veröffentlichen.

Ziel der Arbeit soll es sein, den bestehender ROS Treiber auf unserem Roboter in Betrieb zu nehmen und eine Steuerung von einem anderen PC aus zu ermöglichen. Für eine Bachelorarbeit kann das Thema auch erweitert werden, z.B. veröffentlichen der Laser-Daten, Implementierung eines SLAM-Verfahrens und vieles mehr.

Bei Interesse einfach im Raum K002a oder bei Prof. Ertel vorbeikommen.

Typ: Bachelor-Projektarbeit/Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 26.11.2014
Betreuer: Benjamin Reiner, reineben@hs-weingarten.de

Der gläserne Roboter Marvin

Für den Serviceroboter Marvin soll ein Konzept entwickelt werden, wie er sich im Web präsentiert. Es zeigt sich, dass die Öffentlichkeit ein Interesse hat, die Entwicklung und die Aktivitäten von Marvin zu verfolgen. Elemente solch einer Präsentation könnten sein:

  • Webauftritt mit Bildern, Videos und Livestream seiner Auftritte und seines Lebens im Labor.
  • Statistiken über Marvin, etwa: Geburtsdatum, Größe, Gewicht, BMI, Kalorienverbrauch pro Std. im Wachzustand, etc. insgesamt seit der Geburt gefahrene Kilometer, Up-Time, Zeilen Code, Statistik über Aktionen seines Safety Moduls, Entwicklungsgeschichte (wann kam welches neue Modul dazu, etc., wann lernte er wie sprechen, ...)
  • Live-Ticker mit Gesprächen von Marvin.
  • Event Kalender (Vergangenheit und Zukunft), evtl. gekoppelt mit Google-Kalender.
  • Facebook-Auftritt, Mailingliste, ...
  • Portraits seiner Entwickler
  • Publikationen
  • ...

Und das ganze sollte durch ein witziges Design auffallen, gleichzeitig aber zeigen, dass hier ernsthafte anspruchsvolle Forschung gemacht wird.

Typ: Bachelor-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 27.10.2014
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Navigieren und Objekte finden mittels low-cost RFID tags

Ein normaler Haushalt besteht in der Regel aus mehreren Räumen mit mehreren Schränken oder Regalen in oder auf denen sich duzende verschiedene Objekte befinden. Objekte in Schränken oder schubladen sind zudem von außen nicht sichtbar. Der simple Befehl "Bitte bringe mir Taschentücher." wird dadurch für einen Serviceroboter zu einer komplexen Suchaufgabe, denn es gibt schier unendlich viele Möglichkeiten wo sich die Packung Taschentücher befinden könnte.

Durch den Einsatz von low-cost RFID Tags auf Objekten und RFID Sensorik auf dem Roboter könnte dieses Suchproblem erheblich vereinfacht werden. Der Roboter ortet die ungefähre Position des Objekts und kann daraufhin ganz gezielt suchen.

Dies ist aber bei weitem nicht die einzige Anwendung für diese Technologie. RFID Tags an bekannten Positionen in Räumen können dem Roboter helfen sich zu lokalisieren und RFID Tags die von Personen getragen werden, helfen dabei Personen zu finden und zu identifizieren.

Die Machbarkeit wurde bereits in wissenschaftlichen Publikationen gezeigt

Literatur

Deyle, Travis, Matthew S. Reynolds, and Charles C. Kemp. "Finding and Navigating to Household Objects with UHF RFID Tags by Optimizing RF Signal Strength."
Liu, Ran; Huskic, Goran; Zell, Andreas. "Dynamic Objects Tracking with a Mobile Robot Using Passive UHF RFID Tags" Proceedings of the Intl. Conf. on Intelligent Robots and System (IROS 2014), Chicago, Illinois, USA, 2014.

 

Typ: Bachelor-Projektarbeit/Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 30.09.2014
Betreuer: Benjamin Reiner, reineben@hs-weingarten.de

Einrichten eines Computing Clusters

Einrichten eines Computing Clusters aus PCs in unserem Labor. Als Betriebssystem wird eine Linux Distribution verwendet.

Die Computer müssen installiert, vernetzt und eingerichtet werden.

 

Ziele:

- Aufbau eines Computer Rechenclusters

- evtl. Aufbau eines Graphikkarten Rechenclusters

- Übersicht über die Frameworks die unterschiedlicher Frameworks mit der Vorgabe, dass diese auch auf Amazon AWS laufen müssen. Und Ausarbeitung der Vor- und Nachteile dieser Frameworks. Ideen bisher: Apache Spark, Hadoop, H20

- Testen und Konfigurieren des Computing Clusters für die Lösung numerischer Probleme aus dem Machine Learning (hier können Algorithmen und Daten zum Testen zur Verfügung gestellt werden)

Typ: Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 23.09.2014
Betreuer: Markus Schneider, markus.schneider@hs-weingarten.de

Vollautomatisches Laden eines Roboters

Unser Roboter Marvin verfügt über eine Ladestation zum selbstständigen Laden des Akkus. Damit das Aufladen so autonom wie möglich geschieht muss der Roboter diese Ladestation selbstständig anfahren und genau die Ladekontakte treffen.

In dieser Arbeit soll das vollautonome Anfahren an die Ladestation realisiert werden. Darüber hinauß ist optional noch möglich, dass der Roboter die Ladestation selbstständig an bzw. aus schält oder auch dass er selbst entscheidet wann er geladen werden muss. 

 

MPO700 Ladestation

Literatur

Silverman, Milo C., et al. "Staying alive: A docking station for autonomous robot recharging." Robotics and Automation, 2002. Proceedings. ICRA'02. IEEE International Conference on. Vol. 1. IEEE, 2002.

Cohen, David A., et al. "Autonomous robot auto-docking and energy management systems and methods." U.S. Patent No. 7,332,890. 19 Feb. 2008.

Typ: Bachelor-Projektarbeit/Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 31.07.2014
Betreuer: Benjamin Reiner, reineben@hs-weingarten.de

Learning From Demonstration mit Space Mouse und Jaco Arm

Zu den Kernkompetenzen des IKI zählt unter anderem das Learning from Demonstration (LfD). Die Lernphase der bisherigen Publikationen beruhte immer auf Kinesthetic Teaching. Kinesthetic Teaching ist mit der derzeitigen Firmware unseres Jaco Roboter Arms nicht möglich. Zudem ist die Kinematik des Jaco für Menschen sehr fremd, weshalb das händische Bewegen des Arms sehr umständlich ist. Um dennoch weiter auf dem spannenden Gebiet des LfD zu forschen ist es notwendig den Jaco Arm anderweitig zu bewegen.

In dieser Arbeit soll die Möglichkeit geschaffen werden mittels einer 3D Space Maus den Arm zu steuern und so dem Roboter Bewegungsabläufe beizubringen.

3D mouse

Diese 3D Maus ist im Labor schon vorhanden.

 

Jaco Arm

Kinova Jaco Arm

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 17.07.2014
Betreuer: Steffen Pfiffner, pfiffste@hs-weingarten.de

Weiterentwicklung Umfragesystems INKIDU

INKIDU ist ein Werkzeug zur Erstellung und Durchführung von Umfragen über das Internet. Das Einsatzgebiet ist vorzugsweise die Evaluation von Lehrveranstaltungen durch Befragung von Studenten. Die Bedienung des Systems erfolgt ausschließlich über einen WWW-Browser, verbunden mit einem zentralen WWW- und Datenbank-Server an der HS Ravensburg-Weingarten.

Gesucht wird ein Student mit PHP Erfahrung zur Pflege und Weiterentwicklung des INKIDU Umfragesystems.

Typ: Bachelor-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 08.07.2014
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Serviceroboter und Nachhaltigkeit

Vor dem möglichen zukünftigen Szenario, dass viele ältere und behinderte Menschen eventuell einen persönlichen Serviceroboter (SR) haben werden, sollen folgende Fragen untersucht werden:

* Wie nachhaltig sind Herstellung, Benutzung und Recycling eines 'SR?

* Welchen Nutzen bringt ein SR?

* Wie schneidet der SR ab im Vergleich zu einem Automobil?

* Wie schneidet der SR ab im Vergleich zu einer/m menschlichen Pfleger/in?

* Wird es in 20 Jahren, wenn wir 2/3 Rentner haben, noch genügend menschliche Pflegekräfte (z.B. aus Polen) geben?

...

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 12.05.2014
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Persönliches Assistenzsystem

Persönliche Assistenzsysteme (bzw. natürlichsprachliche Dialogsysteme) wie Google Now, Cortana, Siri oder Nuance Nina erzeugen heutzutage schon beeindruckende Ergebnisse. Befehle und Fragen in natürlicher Sprache werden abgearbeitet und es wird in natürlicher Sprache geantwortet. Siehe auch Kinofilm HER:

 

 Software für Sprach Ein- und Ausgabe ist bereits vorhanden und in Benutzung.

 In der Arbeit soll untersucht werden, ob es bereits offene, wissenschaftliche Assistenzsysteme oder wissenschaftliche Publikationen dazu gibt. Inwiefern lassen sich PDDL Planner, Chat Bots (wie z.B. A.L.I.C.E.) oder andere Software nutzen solch ein System zu bauen. Was gibt es für freie (oder auch kommerzielle) Systeme zum Natural Language Understanding (NLU) wie z.B. von der NLP Stanford oder www.nltk.org, Natural Language Generation (NLG) und Dialog Manager.

 

Einstiegsliteratur: u.a. Natürlichsprachlichkeit in Dialogsystemen, Markus Berg, http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00287-012-0650-3

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 09.05.2014
Betreuer: Benjamin Reiner, reineben@hs-weingarten.de

Literaturrecherche KI/Machinelearning in der Heimautomatisierung

Typ: Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 09.05.2014
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Simulator für Marvin Roboter

Unser Roboter Marvin soll komplett simuliert werden. Dafür gibt es zwei ROS kompatible Physiksimulationstools zur Auswahl:

v-rep und Gazebo

Beispielvideo v-rep:

1. Evaluierung welches Tool besser geeignet ist.

2. Evaluierung des ROS Interfaces.

3. Implementierung auf einem System. Beliebig skalierbar.

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 26.02.2014
Betreuer: Steffen Pfiffner, pfiffste@hs-weingarten.de

Vergleich von Clustering-Algorithmen

Motivation für diese Arbeit ist die Suche nach einem "optimalen" Clustering-Algorithmus. Nach einer gründlichen Studie der modernen Literatur zum Clustering soll in folgenden Schritten vorgegangen werden:
1. Identifikation einer oder mehrerer Bewertungsfunktionen zur Bewertung der Qualität einzelner Clustering-Algorithmen

2. Festlegung mehrerer möglichst unterschiedlicher Datensätze zum Test verschiedener Algorithmen. Darunter sollten niedrig-dimensionale und hoch-dimensionale Daten aus sehr verschiedenen Anwendungsgebieten sein.

3. Vergleich mehrerer aktuell in der ML-Community favorisierter Algorithmen bezüglich oben genannter Bewertungsfunktion(en) und bezüglich der Berechnungskomplexität (Rechenzeit und Speicher).

Typ: Masterarbeit, ausgeschrieben seit: 13.02.2014
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Recherche Körperbehinderten-Assistenzrobotik

Recherche und Übersichsarbeit zu dem Stand der Technik und aktueller Forschungsfelder im

Bereich der Körperbehinderten-Assistenzrobotik.

Typ: Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 07.02.2014
Betreuer: Richard Cubek, richard.cubek@hs-weingarten.de

Lernfähiges Greifen von Objekten

Das Greifen von Objekten mit einem Roboterarm ist eine sehr komplexe Aufgabe, die von vielen Parametern abhängt. Daher soll mittels maschinellem Lernen die Greifqualität verbessert werden. Inhalte dieser Arbeit sind:

1. Literaturstudium zum Thema Greifen mit und ohne Lernalgorithmen.

2. Anwendung von maschinellem Lernen zum Greifen von Objekten auf dem Jaco Roboterarm. Ein mögliches Szenario könnte wie folgt aussehen: Der Roboter versucht, viele auf einem Tisch stehende Objekte, basierend auf einem klassischen Greifalgorithmus zu greifen. Immer dann, wenn ein Greifvorgang erfolgreich war, wird der Vektor der Attribute (ermittelt aus der 3D-Punktwolke, z.B. Dimension des Objektes in richtung der Hauptkomponenten, ..., der Roboterpose, ...) und die erfolgreiche Greiferpose als Trainingsdaten gespeichert, um dann später einen Klassifikator oder Approximator zu trainieren. Ob ein Greifvorgang erfolgreich war, kann zum Beispiel mittels der Kraftsensoren auf dem Greifer des Jaco Arms ermittelt werden.

Typ: Masterarbeit, ausgeschrieben seit: 27.11.2013
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Optimierung der Featureselektion für die Diagnose von pneumatischen Anlagen

Im Rahmen einer Kooperation mit der Firma Festo ist ein Testserver für Machine Learning Algorithmen für die Diagnose von pneumatischen Anlagen entstanden. Zur Verbesserung der Ergebnisse soll die Featureselektion der vorhandenen Features verbessert werden, neue Features durch automatisierte Featureselektion gewonnen und getestet werden.

Ein einführendes Paper zur automatisierten Featureselektion ist hier zu finden.

Die Arbeit wird von Professor Ertel und Herrn Lehmann betreut. Es ist auch möglich dieses Projekt zu zweit zu bearbeiten.

Typ: Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 10.10.2013
Betreuer: Robin Lehmann, lehmannr@hs-weingarten.de

Entwicklung eines lernfähigen Systems zur Messdatenauswertung mit KI-Methoden

Zusammen mit der Firma Hermle (Maschinenbau, Bearbeitungszentren, www.hermle.de) soll folgendes Thema bearbeitet werden:
 
Bisher werden Messdaten durch Software mit "konventioneller" Programmierung ausgewertet. Hierbei werden die Daten auf Einhaltung von Grenzwerten im Zeit-, Frequenzbereich, usw. überwacht.
Um die Fähigkeiten einer solchen Auswertung zu erweitern, soll diese durch ein selbstlernendes System ergänzt werden. Ziel ist es, den Programmieraufwand für die zum Teil sehr komplexe und aufwändige "konventionelle" Auswertung zu verringern, bzw. die Leistungsfähigkeit der Datenauswertung durch den Einsatz der neuen Technologie deutlich zu steigern.
 
Lösungsschritte:
 
1. Analyse der verfügbaren Trainingsdaten
2. Ermitteln einer geeigneten Software zur Entwicklung der benötigten KI
3. Entwurf und Entwicklung der KI zur Auswertung von Messdaten, Definieren von geeigneten Lernzyklen oder kontinuierlichen Lernmethoden
4. Erörtern und Aufzeigen der Möglichkeiten und Vorteile bei der Auswertung von Messdaten mittels einer KI
 
Zur Ausarbeitung gehören:
 
  • Erörterung, weshalb die verwendete Software zum Entwickeln der KI gewählt wurde
  • Beschreibung des entwickelten Systems
  • Diskussion über verworfene Ansätze während der Abschlussarbeit
 
Ziel der Arbeit:
 
Erstellen einer Auswertesoftware auf Basis einer KI und Aufzeigen der Möglichkeiten und Vorteile eines solchen Systems.

Typ: Masterarbeit, ausgeschrieben seit: 27.10.2011
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Die Weingartener ZAFH-Mitarbeiter Tobias Fromm, Richard Cubek, Wolfgang Ertel, Joachim Feßler, Benjamin Stähle (hinten v.l.n.r.), Karl Glatz, Vien Ngo, Martin Bertsche (vorne).

Laufroboter VIDEO (Roboter lernt laufen)
Laufroboter VIDEO (Roboter läuft)

 
 
 
 
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