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!

Improving Navigation on Kate

For mobile robots, being what they are, navigation is an important facet! The current state of the navigation framework on Kate, while being operational, is not very responsive and doesn’t execute its movements in a smooth manner. Therefore, this project shall aim to correct these shortcomings by tuning the framework to an optimal degree. 

Work Packages:

  1. Learn how the navigation framework works on Kate (especially tuning the navigation parameters).

  2. Map each stage of the navigation process (for eg. the planning of the trajectory, the velocity commands sent to the mobile base etc) w.r.t their computation times and figure out where optimisations can be made to make the planning process more responsive and the execution of the trajectory more smooth.

  3. Make a study of the move_base_flex package, which is considered to be an upgrade over move_base (the package currently used on Kate) and implement it on Kate if move_base_flex has significant advantages.

Required Skills:

  1. Familiarity with Linux and ROS.

  2. The source code for move_base and for that matter, most packages of ROS are written mostly in C++. At the very least, being able to read C++ code is helpful.

Typ: Bachelor-Projektarbeit/Bachelorarbeit/Master-Projektarbeit, ausgeschrieben seit: 05.12.2018
Betreuer: Benjamin Staehle, staehle@hs-weingarten.de

Marvin Visual Feedback System

Unser Assistenzroboter Marvin hat momentan keine Möglichkeit optisch Rückmeldung zu geben.

Ähnlich wie in diesem Care O Bot Video 

Ideen:

  • Verschiedene Zustände von Marvin: Bereit, Höre zu, Führe Aufgabe aus, Fehler...
  • Anzeigen in welcher Richtung Marvin Hindernisse erkannt hat.
  • ein VU-Meter mit dem Umgebungsgeräusche optisch angezeigt werde können. Damit würde man besser sehen ob Marvin wirklich auf Sprachbefehle hört. 

Arbeitspakete:

  1. Recherche: Was für Systeme werden bei anderen Roboter eingesetzt?
  2. Entwurf eines z.B. WS2812 basiertes LED Systems (Jede LED kann komplett in RGB angesteuert werden)
  3. Hardware Implementierung
  4. Software Implementierung Lowlevel (Mikrocontroller)
  5. Software Implementierung Highlevel (ROS, Python oder C++)

 

Ein Projekt das zur Orientierung verwendet werden kann ist: http://wiki.ros.org/cob_light

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 25.10.2016
Betreuer: Steffen Pfiffner, pfiffste@hs-weingarten.de

Erkennung von Menschen (Gesicht und Körper) mittels Kinect und Laserscanner + Verfolgung

Auf Basis dieses ROS Projekts:

http://wiki.ros.org/cob_people_detection

Sollen Menschen erkannt werden um es Marvin zu ermöglich besser auf sie zu reagieren. Z.B. durch ausreichend Abstand halten, gezieltes ins Gesicht schauen oder durch Folgen.

Typ: Projekt-/Bachelor-/Masterarbeit (skalierbar), ausgeschrieben seit: 25.10.2016
Betreuer: Steffen Pfiffner, pfiffste@hs-weingarten.de

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

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

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

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

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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