Thema

Titel: Entwurf und Entwicklung von Fehlermodellen zur Sensor-Datengenerierung von Lasertriangulationssensoren
Typ:
  • Studienarbeit
  • Masterarbeit
  • Bachelorarbeit
  • Diplomarbeit
Betreuer:
Status: offen

Hintergrund

Die Automatisierungstechnik ist ein übergreifendes Teilgebiet der Technik und der Ingenieurwissenschaften, das alle Maßnahmen  behandelt, Maschinen oder Anlagen zu automatisieren, also selbstständig und ohne Mitwirkung von Menschen betreiben zu können Der Automatisierungsgrad ist umso höher, je unabhängiger komplexe Maschinen und Anlagen von menschlichen Eingriffen sind. Neben der Entlastung des Menschen von gefährlichen, anstrengenden oder Routine-Tätigkeiten sind Qualitätsverbesserungen, eine höhere Leistungsfähigkeit der Maschine oder Anlage, Senkung von Personalkosten die Motivation, Automatisierungstechniken einzusetzen. Menschliche Tätigkeiten werden vorwiegend auf Beseitigung von Störungen, Materialnachschub, Fertigteilabtransport, Wartung und ähnliche Arbeiten reduziert. Ein Beispiel eines solchen komplexes Zusammenspiel verschiedener Komponenten stellt das Roboterbasierte Bin-Picking (zu dt.: Griff in die Kiste) dar. Bin-Picking  beschäftigt die Forschung und Industrie seit 1963 und stellt bis heute ein anspruchsvolles Automatisierungsproblem dar. Dabei werden ausgehend von 3D-Sensordaten, Bildverarbeitungsalgorithmen verwendet um chaotisch in einer Kiste liegende Objekte zu identifizieren. Anhand von den identifizierten Objekten wird eine Bahnplanung durchgeführt und eine Greifstrategie entwickelt, die dazu verwendet wird einen Industrieroboter zu steuern um das betrachtete Objekt zu greifen. Um dieses Ziel zu ermöglichen, ist eine ganzheitliche Betrachtung der Roboterzelle notwendig, d.h. angefangen beim zu betrachtenden Werkstück muss ein geeigneter Roboter und Greifer gewählt werden um die Objekte greifen zu können. Weiterhin ist es notwendig die Bildverarbeitungsalgorithmen an die verwendeten Sensoren anzupassen um eine optimale Identifizierung der Objekte zu gewährleisten.

Um den Implementierungs- und Re­kon­fi­gu­rie­rungsaufwand und die Gefährdung der Anlage und Mitarbeiter zu minimieren werden Simulationen eingesetzt. Speziell spricht man hierbei von der virtuellen Inbetriebnahme von Maschinen. Dabei wird ein virtuelles Maschinen-Modell erstellt anhand dessen die reale Maschinen-Steuerung getestet werden kann. Hierbei spricht man dann von einer „Hardware in the Loop – Simulation“ (HiL). Am Institut wird angestrebt das komplexe Robotersystem für den Griff in die Kiste virtuell in Betrieb zu nehmen.

Problemstellung

Komplexe und intelligente Robotersysteme haben die Aufgabe in Wechselwirkung mit Ihrer Umgebung zu treten. Dies kann jedoch nur geschehen, wenn Sie ihre Umgebung wahrnehmen können. Dies funktioniert unter dem Einsatz von Sensoren. Bei dem Robotersystem „Griff in die Kiste“ kommen oft optische Sensoren in Form von Lasermesssysteme zum Einsatz. Diese Sensoren tasten den Arbeitsbereich ab und produzieren eine diskrete 3D-Punktewolke. Um ein solches System simulieren zu können ist es notwendig die Sensoren mit zu simulieren. Um möglichst reale Sensordaten zu generieren, spielen Faktoren eine Rolle wie z.B. der Aufbau und Messprinzip des zu betrachtenden Sensors. Dazu soll ein Sensor Simulator weiterentwickelt werden, der auf der Programmiersprache C++ basiert. Es sollen Algorithmen und Strategien entwickelt werden um Fehlerquellen zu modellieren, die die Sensordaten beeinflussen. Ebenso gilt es eine Metrik zu entwickeln um die Qualität von simulierten Sensordaten beurteilen zu können.

Aufgabe

Die Arbeit gliedert sich in folgende Punkte:

  • Einarbeitung in die Problemstellung
  • Einarbeitung in das bestehenden Simulationstool
  • Entwicklung eines Ray-Tracers zur Darstellung von Fehlerquellen
  • Bewertung und Dokumentation der gefundenen Lösung 

Anforderung

  • Gute Kenntnisse in C++ und der objektorientierten Programmierung
  • Selbständiges Arbeiten
  • Eigeninitiative und Kreativität
  • Spaß an der Simulationstechnik
  • Grundkenntnisse der Optik wünschenswert

Kenntnisgewinn

  • Vertiefung der Kenntnisse in der C++-Programmierung
  • Systematisches Vorgehen bei dem Entwurf neuer Algorithmen
  • Vorgehen bei der virtuellen Inbetriebnahme von Industrieroboter