Aktuelle Konzepte und Trends auf den Gebieten der Robotik und Simulation II

Schon seit langem sind Menschen fasziniert von der Vorstellung, Roboter für verschiedene Zwecke und Aufgaben einzusetzen. Wurden Roboter zu Anfang nur für einfache, stationäre Aufgaben eingesetzt, so sind sie heute deutlich vielseitiger und aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dabei sind Roboter nicht nur auf Tätigkeiten am Boden beschränkt, auch in der Luft- und Raumfahrt werden diese seit einiger Zeit erfolgreich erprobt und eingesetzt. Durch immer fortschrittlichere Technik und steigende Rechenleitung sind deren Einsatzgebieten in Zukunft kaum Grenzen gesetzt. Neben der Robotik soll in diesem Seminar auch auf verschiedene Aspekte der Simulation und Simulationstechnik eingegangen werden. In vielen Bereichen werden diese Methoden verwendet, um bei der Entwicklung neuer Systeme zu helfen oder bestehende Systeme zu optimiere. Durch immer bessere Hardware werden solche Simulationssysteme zunehmend realistischer, durch immer bessere Software aber auch zugänglicher für Anwender ohne spezifisches Expertenwissen. In Rahmen des Seminars sollen verschiedene Bereiche der Robotik, Modellierung, Simulation und Simulationstechnik näher betrachtet werden. Im Bereich der Robotik liegt der Schwerpunkt des Seminars auf der mobilen, sowie Industrierobotik. Im Bereich der Simulation sollen verschiedene Gebiete im Bereich Rendering, Modellierungstools und Simulationstechnik betrachtet werden. Die gewonnenen Ergebnisse werden am Ende des Seminars in Form eines Vortrags und eines schriftlichen Beitrags zu einem Seminarband zusammengefasst. Die Anmeldung läuft vom 04.04. bis 11.04.2017 über das CAMPUS-System (maximal 15 Teilnehmer). Die Vorbesprechung findet am Dienstag, dem 11.04.2017 um 13:30 Uhr in der Bibliothek des Instituts statt (Raum 106).

Themen

Ein Überblick über die mobile Robotik

Die mobile Robotik ist ein komplexes Themengebiet, welches eine Vielzahl von Bereichen der Elektrotechnik und Informatik vereint. In dieser Arbeit soll ein Überblick über die mobile Robotik erarbeitet werden. Dabei soll die Entwicklung der mobilen Robotik von ihren Anfängen bis heute recherchiert und erarbeitet werden. Welche Techniken und Systeme sind für die mobile Robotik nötig, wie sieht deren praktischer Einsatz aus und in welchen Bereichen werden mobile Roboter eingesetzt? Wo liegen die aktuellen Trends der Entwicklung und was wird in Zukunft auf diesem Gebiet zu erwarten sein? Stichworte: Mobile Robotik, Autonome Systeme, Sensorik

Überblick über Sensor-Simulations-Systeme

Robotische Systeme werden mit zunehmender Anzahl ihrer Aktuatoren und Sensoren immer komplexer. Um eine Abschätzung vornehmen zu können, ob ein System gesetzten Anforderungen gerecht werden kann, wird dieses meist vor der eigentlichen Fertigung simuliert. Dies spart Entwicklungskosten und –zeit. In dieser Arbeit sollen verschiedene Sensor-Simulations-Systeme recherchiert werden, welche in den Bereichen Automobilindustrie, Weltraumrobotik oder mobile Robotik zum Einsatz kommen. Die Recherche sollte sich hierbei nicht auf rein virtuelle Testbeds beschränken.  Darüber hinaus sollen konkrete Vorteile gegenüber dem Einsatz der realen Komponenten / Gesamtsysteme in der testphase herausgestellt werden. Stichworte: Sensoren, Testbeds, Automobilindustrie, Weltraumrobotik, mobile Robotik

Sensorfusion in der Robotik

In vielen Bereichen der Robotik ist eine detaillierte Kenntnis der Umgebung von großer Bedeutung. Für die Umfelderfassung ist der Einsatz eines Sensors alleine jedoch häufig nicht ausreichend, weshalb zunehmend sogenannte Multisensorsysteme eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen im ersten Teil mögliche Einsatzgebiete in der Robotik sowie die verwendeten Sensoren kurz vorgestellt werden. Im zweiten Teil sollen verschiedene Konzepte der Sensorfusion aufgezeigt werden. Hierbei soll auch auf die Ebenen eingegangen werden, auf denen die Informationen fusioniert werden sollen. Stichworte: Data fusion, Information fusion, Multi-sensor systems

Weltraumrobotik

Die Weltraumrobotik spielt im Bereich der Weltraumforschung eine wichtige Rolle: Viele Aufgaben, für die früher Weltraumspaziergänge notwendig waren, werden heutzutage mit Hilfe von Roboterarmen erledigt. Frei fliegende Weltraumroboter sind dafür prädestiniert, in zukünftigen orbitalen Dienstleistungsmissionen weitere Aufgaben zu übernehmen. Beispiele dafür sind das Warten oder das Einfangen von Satelliten in für Astronauten noch unerreichbaren Orbits. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Überblick über die Arbeitsweise von frei fliegenden Weltraumrobotern in einem Greifszenario zu geben. Unterschiede zu Industrierobotern sollen hervorgehoben werden. Stichworte: Frei fliegende Weltraumroboter, Bewegungsplanung, Greifbewegung

Leichtbaurobotik

Mit der Leichtbaurobotik sollen neue Aufgaben in der Robotik – wie zum Beispiel eine engere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter – ermöglicht werden. Dabei sind sowohl eine spezielle Bauweise als auch neue Regelkonzepte von Bedeutung. In dieser Arbeit soll ein Überblick über die Ideen und Konzepte der Leichtbaurobotik, sowie über aktuelle Entwicklungen und deren Anwendungen gegeben werden. Stichworte: light weight robot, soft robotics

3D-Engines und Physik-Engines

Seit den 90ern werden Graphik-Engines als eigenständige Werkzeuge zur Animation von Filmen und Computerspielen entwickelt. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der realitätsnahen Darstellung des Spiel- bzw. Film-Geschehens. Mittlerweile können dank der zur Verfügung stehenden Rechenleistung immer mehr Aspekte der virtuellen Welt physikalisch basiert simuliert werden. So gibt es heute dedizierte Physik-Engines, welche sich auf die Simulation physikalischer Prozesse konzentrieren und in eine Graphik-Engine oder eine umfassendere Simulationssoftware einbinden lassen, um z.B. auch Roboter zu simulieren. Dieser Seminarbeitrag soll die Bandbreite solcher Engines anhand einiger prominenter Beispiele aufzeigen. Wie funktionieren solche Engines? Welchen Leistungsumfang haben aktuelle Engines hinsichtlich Realitätsnähe und Echtzeitfähigkeit? Welche Rolle spielt die zunehmende Parallelisierung auf Mehrkernprozessoren und Grafikkarten für Algorithmik und Anwendungen? Stichworte: 3D-Engine, Graphik-Engine, Physik-Engine, Simulation, Animation

Visuelle Navigation in der Robotik

In der mobilen Robotik wird eine Vielzahl an Sensoren verwendet, um die Bewegung eines Roboters zu ermitteln und die Umgebung zu erfassen. In der Arbeit sollen die Vor- aber auch Nachteile einer digitalen Kamera als Sensor aufgezeigt, und auf verschiedene Methoden zur Erfassung von Struktur und Bewegung mit Diesem eingegangen werden. Zusätzlich sollen Informationen gesammelt und erarbeitet werden, die folgende Fragen beantworten: Welche Genauigkeit kann mit diesen Methoden erzielt werden? Wo werden solche Verfahren bereits eingesetzt, und wie erfolgreich? Welche zukünftigen Anwendungen sind denkbar? Stichworte: Computer Vision, Bildverarbeitung, Navigation, Robotik, SLAM

Motion Capturing für die Computeranimation

Beim Motion Capturing handelt es sich um die Erfassung natürlicher Bewegungen und deren Übertragung auf digitale Modelle. Im Bereich der Computeranimation werden dadurch sehr natürliche Bewegungen von Menschen und Tieren ermöglicht. In dieser Arbeit sollen zunächst die Grundlagen des Verfahrens beschrieben werden, anschließend soll näher auf aktuelle Entwicklungen insbesondere für den Bereich der Computeranimation eingegangen werden. Welche Techniken gibt es? Welche Vor- und Nachteile haben sie? Zudem stellt sich die Frage, wie Alternativen für die Computeranimation ohne Motion Capturing aussehen. Stichworte: Motion Capturing, „Mocap“, Computeranimation, Tracking, Marker, Optische / Nichtoptische Systeme

Human-Device-Interfaces

Wenn ein Computer als interaktives Werkzeug agieren soll muss ein Mensch in der Lage sein mit diesem zu interagieren. Die heute gängige Methode der Ausgabe ist der Bildschirm, die Eingabe erfolgt meist über Tastatur und Maus. Ziel der Arbeit ist es die Geschichte der Computer Ein- und Ausgabe Methoden aufzuarbeiten und die neusten Trends in diesem Gebiet zusammenzufassen und zu bewerten. Beispiele für moderne Eingabemethoden sind z.B. Touchscreens, die Microsoft Kinect oder Datenhandschuhe. Stichworte: Eingabegeräte, Mensch-Maschine-Interaktion

Medizinische Robotik

Wenn ein Computer als interaktives Werkzeug agieren soll muss ein Mensch in der Lage sein mit diesem zu interagieren. Die heute gängige Methode der Ausgabe ist der Bildschirm, die Eingabe erfolgt meist über Tastatur und Maus. Ziel der Arbeit ist es die Geschichte der Computer Ein- und Ausgabe Methoden aufzuarbeiten und die neusten Trends in diesem Gebiet zusammenzufassen und zu bewerten. Beispiele für moderne Eingabemethoden sind z.B. Touchscreens, die Microsoft Kinect oder Datenhandschuhe. Stichworte: Telechirurgie, Telemanipulation, Sicherheit

Servicerobotik

Serviceroboter sind weltweit auf dem Vormarsch. Ihnen wird ein noch größeres Marktpotenzial vorhergesagt als den Industrierobotern. Sie sollen den Menschen in vielen Bereichen des täglichen Lebens bei unterschiedlichen Handhabungs-, Transport- und Bearbeitungsaufgaben unterstützen, in der Pflege helfen oder zur Unterhaltung beitragen. Ziel dieser Arbeit ist es, die existierenden Systeme aufzuzeigen und aktuelle Weiterentwicklungen vorzustellen. Stichworte: SAYA, enon, ladybird, uBOT-5, Care-O-bot

Produktdatenmanagement (PDM) und Simulation

„Engineering Data Management Systeme bzw. Product Data Management Systeme (EDM/PDM-Systeme) sind technische Datenbank- und Kommunikationssysteme, die dazu dienen, Informationen über Produkte und deren Entstehungsprozesse bzw. Lebenszyklen konsistent zu speichern, zu verwalten und transparent für alle relevanten Bereiche eines Unternehmens bereitzustellen.” [VDI 2219]. Ziel der Arbeit ist es, einen Überblick über die Grundlagen und aktuelle Entwicklungen in diesem Bereich zu liefern. Stichworte: Produktdatenmanagement, Product Lifecycle Management, Simulation

Überblick über GPGPU Computing

Durch einen Umschwung in der Fortentwicklung von Prozessoren ist es notwendig Aufgaben innerhalb von Programmen stärker zu parallelisieren. Eine zusätzliche Möglichkeit ist es parallelisierte Berechnungen auf der Grafikkarte ausführen zu lassen. Für diese sogenannte „General Purpose Graphics Processing Unit“ (GPGPU) Computing gibt es mehrere Frameworks. Ziel dieser Arbeit ist es einen Überblick über diese Frameworks zu geben. Stichworte: GPU Computing, Parallelisierung

Stereoskopische Darstellung von 3D Szenen

Die stereoskopische Darstellung ist nicht nur im Kino ein aktueller Trend. Es gibt auch mehrere für den Heimanwender erschwingliche Lösungen, welche eine Vielzahl von Techniken – wie zum Beispiel Polarisierung oder Shutterbrillen – benutzen. Ziel dieser arbeit ist es einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen in diesem Bereich zu liefern. Stichworte: : 3D, Display Technologie

Mobile Mehragentensysteme

Mehragentensysteme – das bedeutet das mehrere Roboter zusammenarbeiten – sind heute in der Industrie Stand der Technik. Eine Zusammenarbeit ist aber auch zwischen mobilen Systemen oder einem mobilen und einem stationären System möglich. Beschreiben Sie die Entwicklungen auf diesem Gebiet und geben Sie einen Überblick über den Stand der Technik. Stichworte: Mehragentensysteme, mobile Robotik, Koordination

Modellierungstools

Bevor eine virtuelle Szene dargestellt werden kann, muß diese erst einmal in digitaler Form vorliegen. Zum Erstellen von digitalen Objekten oder sogar ganzen Welten werden verschiedene Modellierungstools eingesetzt. Diese unterscheiden sich sowohl in der Modellierungsart als auch dem Einsatzgebiet. Ziel dieser Arbeit ist ein Überblick über aktuelle Modellierungstools sowie deren Möglichkeiten und Einsatzgebiete. Wie haben sich diese Tools entwickelt und was kann in Zukunft erwartet werden? Stichworte: 3D-Modellierung, Modellierungstools

Vorabinformationen

Für Vorabinformationen wenden Sie sich bitte an: M.Sc. Jörn Thieling Fon: +49 241 80-26113 Fax: +49 241 80-22308 E-Mail: thieling@mmi.rwth-aachen.de