Zentrum für angewandte Forschung an Fachhochschulen  
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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!

Erstellung eines Datensatzes für Anomalien/Outlier-Erkennung

Es gibt verschiedene Verfahren um Anomalien oder Auffälligkeiten in Datenmengen zu finden. Immer häufiger wird es wichtig solche Verfahren auf Datenströme wie etwa Video-Streams, Twitter-Nachrichten oder Facebook-Feeds anzuwenden. Bei Datenströmen kann es jedoch sein, dass sich die Definition einer Anomalie mit der Zeit verändert. Zum Beispiel sind Temperaturen unter 0 Grad im August eine Anomalie, wobei dies im Dezember eher normal sein dürfte. Auch das Verhalten von Personen (wie etwa das Kaufverhalten, die finanzielle Situation) kann sich über die Zeit verändern. Dies nennt sich "concept drift".
 
Leider gibt es derzeit noch keinen Datensatz um Verfahren zur Anomalienerkennung under concept drift zu testen. Ziel dieser Arbeit ist es einen solchen Datensatz aus realen (nicht syntetisch erzeugten) Daten zu erstellen.

Typ: Bachelorarbeit, ausgeschrieben seit: 13.01.2016
Betreuer: Markus Schneider, markus.schneider@hs-weingarten.de

Modernes und ansprechendes Webinterface für ein medizinisches Expertensystem

Statistiken zeigen, dass die Durchführung von Blinddarm-OPs sehr häufig unnötig erfolgt. Oftmals
hingegen werden Patienten wieder nach Hause geschickt, bei denen ein Eingriff nötig wäre.
Insbesondere unerfahrene Ärzte sind bei der Diagnose (z.B. auf sich allein gestellt im Nachtdienst)
häufig überfordert.

LEXMED ist ein auf Wahrscheinlichkeitstheorie basierendes medizinisches Expertensystem, das vor einigen Jahren von Mitarbeitern unter der Leitung von Herrn Prof. Ertel und in Zusammenarbeit mit erfahrenen Chirurgen entwickelt wurde. Es ist ein Hilfsmittel für Ärzte, das bei Verdacht auf akute Blinddarmentzündung anhand verschiedener Patienteneigenschaften, Symptome und Blutwerte eine Einschätzung der Lage liefert und eine Empfehlung für das weitere Vorgehen abgibt (z.B. ambulant oder stationär beobachten, Not-OP usw.). Anhand empirischer Daten lässt sich belegen, dass LEXMED mindestens so gut ist wie sehr erfahrene Ärzte und Chirurgen, jedoch besser als unerfahrene Ärzte.

Leider ist das Webinterface von LEXMED nicht mehr zeitgemäß und wenig ansprechend ( lexmed.fh­-weingarten.de), auch lässt es sich mittels Suchmaschinen nur bei direkter Suche finden. Somit wird es leider nur selten eingesetzt, obwohl es oftmals sehr hilfreich wäre.

In der Projektarbeit soll ein modernes und ansprechendes Webinterface für LEXMED entwickelt
werden. Dieses soll LEXMED in einem neuen Gewand erscheinen lassen, seinen Zweck kurz und
prägnant darstellen und dessen Nutzung recht einfach und übersichtlich

Typ: Bachelor-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 18.11.2015
Betreuer: Richard Cubek, richard.cubek@hs-weingarten.de

Telepräsenzroboter mit Notruffuktion

  • Ziel der Arbeit ist die bereits bestehende Telepräsenzaanwendung auf unserem neuen Roboter Marvin in Betrieb zu nehmen.
  • Weboberfläche inkl. Robotersteuerung bereits vorhanden
  • Überarbeitung und Erweiterung um Notruffunktion

 

telebot2

Typ: Bachelor-Projektarbeit/Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 21.10.2015
Betreuer: Benjamin Staehle, staehle@hs-weingarten.de

Automatisierung eines Krans der Firma Baljer und Zembrod

Baljer & Zembrod stellt Maschinen und Kräne zur Holzbearbeitung und zum Handling von Schrott und Recycling Materialien her. Die Firma beabsichtigt, einen stationären Recycling-Kran vollständig zu automatisieren. D.h. der Kran soll autonom Müll aus einem Depot greifen und auf einem Förderband ablegen. Momentan wird der Kran manuell gesteuert.

Bild Kran

Siehe Video Kran

Dazu soll im Voraus in mehreren studentischen Arbeiten (skalierbar Bachelor Projekt, Bachelor Thesis, Master Projekt, Master Thesis) eine technische Machbarkeitsstudie durchgeführt werden. Das Problem lässt sich in getrennt bearbeitbare Teile gliedern:

Für Mechatroniker:

  1. Marktrecherche und Testsystem: In dieser Arbeit soll eine Marktrecherche über Regelungen für Hydrauliksystem durchgeführt werden. Auf Basis dieser Ergebnisse soll ein einfaches Testsystem (z.B. bestehend aus einem einzelnen Zylinder) zunächst in Mathlab/Simulink modelliert und simuliert werden. Danach soll das Testsystem aufgebaut und eine Softwareschnittstelle zur Verfügung gestellt werden.

  1. Steuerung für den gesamten Kran: Auf Basis von 1. soll in Zusammenarbeit mit Baljer und Zembrod ein Kran mit geeigneter Sensorik ausgestattet werden (Encoder an allen Achsen/Zylinder bzw. Zylinder mit integrierter Sensorik). Danach soll eine Softwareschnittstelle erstellt und diese im Rahmen einer einfachen Teach-In Funktion verwendet werden, um Bewegungsabläufe aufzuzeichnen und später wieder abzuspielen. Dies würde den Müll/Schrott Handlingprozess bereits beschleunigen, da z.B. das Schwenken des Krans vom Depot zum Abladeplatz vollautomatisch durchgeführt werden könnte.

Für Informatiker:

  1. Optische Erfassung eines Müllberges:  In diesem Projekt sollen verschiedene Sensoren zur Aufnahme eines 3D-Modells des Müllberges im Depot evaluiert werden. Dabei muss die raue Umgebung, in der sich der Sensor befindet, beachtet werden. Mögliche Sensoren sind z.B.Laserscanner, Tilting Laserscanner, 3D Kamera, PMD/ToF Kameras. Anhand der aufgenommenen Datensätze sollen z.B. mit Hilfe der Bildverarbeitungs-Bibliothek OpenCV und der Point Cloud Library (Verarbeitung von 3D Punktwolken) mögliche Greifpositionen für den Kran ermittelt werden.

  1. Simulation eines autonomen Kransystems: Ein Kran mit Mülldepot soll vollständig in 3D im ROS urdf Format kinematisch modelliert werden (CAD Daten des Krans sind vorhanden, Daten des Depot können entweder von Hand modelliert werden oder auf Basis der Aufnahmen aus 1. generiert werden). Dieses Modell soll dann mit dem Physiksimulator Gazebo simuliert werden. Mit Hilfe von ROS und dem Planer MoveIt! sollen kollisionfreie Pläne für Greif-, Transport- und Ablagevorgänge generiert, im Simulator ausgeführt und evaluiert werden.

 

Typ: Bachelorarbeit, ausgeschrieben seit: 21.10.2015
Betreuer: Steffen Pfiffner, pfiffste@hs-weingarten.de

Collision detection on a mobile service robot with machine learning

Based on a time series of data from seven sensors (3 accelerometers, 4 electric current sensors in the motors of the wheels), the collision detection module shall detect collisions of the robot with objects. A file with about 16 million data points sampled every 7.5 ms is available. Thus, training of a classifier for multi-dimensional time-series can be started immediately.

Optional extension (e.g. for a master thesis): If the data can be classified to detect collisions  the classifier needs to be implemented on the micro controller of the robot in ANSI C with a footprint of executable code less than 1KB and memory usage of less than 32KB.

Typ: Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 15.10.2015
Betreuer: Markus Schneider, markus.schneider@hs-weingarten.de

The general purpose service robot versus an army of special purpose robot tools

How does a general purpose service robot compare to an army of special purpose robot tools in terms of price, usability, realizeability (special purpose robot tools are easies to construct), physical storage space, user acceptance.

 

 

Typ: Bachelorarbeit, ausgeschrieben seit: 10.09.2015
Betreuer: Wolfgang Ertel, ertel@hs-weingarten.de

Entwicklung eines Programms zur automatischen Erzeugung und Korrektur von Mathematik-Klausuren

Es soll eine Software entwickelt werden, die für eine Mathematik-Klausur automatisch neue Aufgaben erzeugt, dann das Klausuraufgabenblatt erzeugt, die Lösungen dazu erzeugt und schließlich die abgegebenen Klausuren der Studenten korrigiert. Diese Software soll fongende Anforderungen erfüllen:

1. Es soll eine Datenbank aufgabaut werden, die zu jedem Kapitel der Vorlesungen eine Menge von Multiple-Choice Aufgaben und auch Rechenaufgaben enthält. Zu den Multiple Choice Aufgaben sind jeweils auch die richtigen Lösungen angegeben.

2. Zur Erzeugung einer neuen Klausur werden aus jedem Kapitel eine vorgegebene Zahl von Rechenaufgaben und Multiple Choice Aufgaben ausgewählt und die die Klausur-Maske integriert.

3. Zu der erzeugtn Klausur wird dann ein Programm generiert, welches die Aufgaben korrigiert und die Punkte vergibt.

4. Es muss auch noch eine Verwaltung der Prüflinge implementiert werden, die mit dem LSF gekoppelt wird.

 

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 01.04.2015
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.

RFID Tags auf Objekten könnten das Finden der Objekte wesentlich beschleunigen. Die Hardware ist bereits vorhanden und betriebsbereit. Von anderen Studenten wurden bereits Vorarbeiten geleistet.

 

 

Literatur:
Travis Deyle, Matt Reynolds, and Charles C. Kemp, “Finding and Navigating to Household Objects with UHF RFID Tags by Optimizing RF Signal Strength.” IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2014.
Dynamic Objects Tracking with a Mobile Robot using Passive UHF RFID Tags. Ran Liu, Goran Huskic, and Andreas Zell.
Hahnel, D.; Burgard, W.; Fox, D.; Fishkin, K.; Philipose, M., "Mapping and localization with RFID technology," in Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA '04. 2004 IEEE International Conference on , vol.1, no., pp.1015-1020 Vol.1, 26 April-1 May 2004


Typ: Masterarbeit, ausgeschrieben seit: 17.02.2016
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?

* Rebound-Effekt!?

...

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 (OpenDial).


Sirius Open Source Projekt  

Einstiegsliteratur: u.a. Natürlichsprachlichkeit in Dialogsystemen, Markus Berg, http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00287-012-0650-3
Johann Hauswald, Michael A. Laurenzano, Yunqi Zhang, Cheng Li, Austin Rovinski, Arjun Khurana, Ron Dreslinski, Trevor Mudge, Vinicius Petrucci, Lingjia Tang, and Jason Mars. Sirius: An Open End-to-End Voice and Vision Personal Assistant and Its Implications for Future Warehouse Scale Computers. In Proceedings of the Twentieth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS), ASPLOS ’15, New York, NY, USA, 2015. ACM.

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

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

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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