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The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
MPC-Workshop Juli 2018
(2018)
Bei der Produktion von Solarzellen aus multikristallinem Silizium haben Defekte aus der Kristallisationsphase starken Einfluss auf die Materialqualität der Wafer und damit auf den Wirkungsgrad der späteren Solarzelle. Ein Verständnis des Kornwachstums in multikristallinem Silizium während des Kristallisationsprozesses kann zur Optimierung desselben beitragen. In dieser Arbeit werden Methoden untersucht, optische Flüsse zwischen Korngrenzenbildern multikristalliner Si-Wafer mittels neuronaler Netze zu berechnen. Hierfür wird die Architektur eines ausgereiften faltungsbasierten neuronalen Netzes zur optischen Fluss-Berechnung genutzt und durch angepasstes Training auf Waferstrukturen zugeschnitten. Dies umfasst die Synthese eigener, auf Waferbilder basierender Trainingsdaten und das Training mit einer angepassten Fehlerfunktion zur Bewertung der Zuordnungsgenauigkeit von Körnern zwischen Wafern durch den optischen Fluss. Beide Maßnahmen zusammen führen zu einer Reduktion des Zuordnungsfehlers von Körnern zwischen Waferbildern um 45 % gegenüber einem hochoptimierten, auf allgemeine optische Flüsse trainierten Modell basierend auf demselben Netzwerk. Die geschätzte Zuordnungsgenauigkeit des besten Modells beträgt 92,4 % der Pixel der Korngrenzenbilder eines Wafers. Weiteres Verbesserungspotenzial ist vorhanden.
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Das Projekt PHOTOPUR soll die Reduzierung von Pestiziden in Oberflächengewässern ermöglichen. In dieser Arbeit wird eine Automatisierung eines ersten Demosystems entwickelt, welches den gesamten Reinigungsprozess abbildet. Eine Projektierung der Automatisierung des Systems wird mit den dafür vorgesehenen Fließschemas und Gerätelisten durchgeführt. Darauf aufbauend wird die Ablaufsteuerung des Demosystems durch einen Ablauf-Funktionsplan umgesetzt. Um eine Systemüberwachung der Anlage zu gewährleisten wurde dazu eine Visualisierung ausgearbeitet. Zusätzlich wurden die Regelstrecken der Durchflussregelungen in den zwei Teilprozessen des Reinigungsprozesses bestimmt und durch unterschiedliche Einstellregeln der optimale Regler der Regelkreise ermittelt.
Die in dieser Arbeit entwickelte Software, beinhaltet die drei folgenden Umsetzungen: Realisierung der Ablaufsteuerung, Implementierung der Reglerparameter durch einen vorhandenen Regelalgorithmus und die Visualisierung des Demosystems.
Wir haben die erste „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen mit 3D-Computer-Aided Design rekonstruiert und über einen Multimaterial-3D-Drucker ausgedruckt. Dabei ließ sich feststellen, dass die 500 Jahre alte Technik keinesfalls veraltet ist: Das Innenleben der „Eisernen Hand“ ist ausgefeilter als bisher angenommen. Sie könnte sogar spannende Impulse für die Entwicklung neuer künstlicher Handprothesen liefern.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Entwicklung eines Auslegungstools für eine PV-basierte, autarke Energieversorgung eines Wasserreinigungssystems mit Hilfe eines Batteriespeichers.
Dafür wurde auf Grundlage theoretischer Einstrahlungsmodelle die Berechnung der Bestrahlungsstärke auf eine geneigte Moduloberfläche in Microsoft Excel 2010 implementiert. Die Berechnung wurde dabei so umgesetzt, dass Parameter wie z.B. Ausrichtung und Größe der PV-Module variiert werden können. Darauf aufbauend wurde die Berechnung der Leistung eines PV-Generators mit Hilfe des Wirkungsgrades der PV-Module umgesetzt.
Des Weiteren wurde für diese Arbeit ein Bilanzierungsmodell entwickelt, welches das Verhalten des Batteriespeichers im autarken System simuliert. Dieses Modell berechnet dabei sowohl die im Batteriespeicher gespeicherte Energie, als auch die über ein Bilanzierungsintervall gemittelte Leistung des Batteriespeichers. Das Batteriemodell wurde mit Hilfe von VBA-Code umgesetzt und in das Auslegungstool eingebunden.
Ein weiteres Thema dieser Bachelorthesis ist die Energieversorgung eines speziellen Wasserreinigungssystems, welches im Rahmen des Forschungsprojekts „PHOTOPUR“ entwickelt wird. Dieses mehrstufige System hat einen charakteristischen Energieverbrauch, der möglichst präzise simuliert werden soll. Um dies zu gewährleisten, wurde ein dynamisches Lastprofil erstellt. Das entwickelte Lastprofil ist spezifisch für das Wasserreinigungssystem, enthält aber gleichzeitig viele Freiheitsgrade um es bei der weiteren Entwicklung des Systems möglichst präzise anpassen zu können.
Das entwickelte Auslegungstool kann folglich die erzeugte PV-Leistung, einen Batteriespeicher und das Lastprofil des Wasserreinigungssystems simulieren. Die Darstellung der Simulationsergebnisse erfolgt mit dem Ziel, Aussagen zu der Qualität der Energieversorgung des Wasserreinigungssystems treffen zu können.
A simple measuring method for acquiring the radiation pattern of an ultrawide band Vivaldi antenna is presented. The measuring is performed by combining two identical Vivaldi antennas and some of the intrinsic properties of a stepped-frequency continue wave radar (SFCW radar) in the
range from 1.0 GHz to 6.0 GHz. A stepper-motor provided the azimuthal rotation for one of the antennas from 0 ◦ to 360 ◦. The tests have been performed within the conventional environment (laboratory / office) without using an anechoic chamber or absorbing materials. Special measuring devices have not been used either. This method has been tested with different pairs of Vivaldi antennas and it can be also used for different ones (with little or no change in the system), as long as their operational
bandwidth is within the frequency range of the SFCW radar.
Keywords — SFCW Radar, Antenna Gain Characterization,
Azimuthal Radiation Pattern
In this paper, we establish a simple model for the exchange of messages in a vehicular network and we consider fundamental limits on the achievable data rate. For a vehicular network, the exchange of data with other nearby vehicles is particularly important for traffic safety, e.g. for collision avoidance, but also for cooperative applications like platooning. These use cases are currently addressed by standards building on IEEE 802.11p, namely ITS-G5 and DSRC (dedicated short range communication), which encounter saturation problems at high vehicle densities. For this reason, we take a step back and ask for the fundamental limits for the common data rate in a vehicular network. After defining a simple single-lane model and the corresponding capacity limits for some basic multiple- access schemes, we present results for a more realistic setting. For both scenarios, non-orthogonal multiple-access (NOMA) yields the best results.
This paper evaluates the implementation of Medium Access Control (MAC) protocols suitable for massive access connectivity in 5G multi-service networks. The access protocol extends multi-packet detection receivers based on Physical Layer Network Coding (PLNC) decoding and Coded Random Access protocols considering practical aspects to implement one-stage MAC protocols for short packet communications in mMTC services. Extensions to enhance data delivery phase in two- stage protocols are also proposed. The assessment of the access protocols is extended under system level simulations where a suitable link to system interface characterization has been taken into account.
This paper is discussing the development of a wireless Indoor Smart Gardening System with the focus on energy autonomous working. The Smart Gardening System, which is presented in this paper consists of a network of energy autonomous wireless sensor nodes which are used for monitoring important plant parameters like air temperature, soil moisture, pressure or humidity and in future to control an actuator for the plant irrigation and to measure further parameter as light and fertilizer level. Solar energy harvesting is used for powering the wireless nodes without the usage of a battery. Comparable Smart Gardening Systems are usually battery-powered. Furthermore, the overall Smart Gardening System consists of a battery powered gateway based on a Raspberry Pi 3 system, which controls the wireless nodes and collects their sensor data. The gateway is able to send the information to an internet server application and via Wi-Fi to mobile devices. Particularly the architecture of the energy autonomous wireless nodes will be considered because fully energy autonomous wireless networks could not be implemented without special concepts for the energy supply and architecture of the wireless nodes.
Der Entwurf und die Realisierung gedruckter Schaltungen oder Elektronikkomponenten stellt ein intensives Thema der Forschung dar. Forschungsgruppen beschäftigen sich zunehmend mit der Entwicklung von gedruckten Energy Harvestern, weil diese kostengünstig und einfach herstellbar sind. Das Energy Harvesting (EH) oder auch das ”Mikro Energy Harvesting“ (MEH) bezeichnet die Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung, um elektronische Verbraucher zu versorgen, kontinuierliche Leistungen zu erzeugen, das System energieeffizienter zu machen, sowie die Energiespeicherung im Mikrowattbereich zu gewährleisten. Energy Harvesting-Systeme stellen eine Alternative gegenüber der Energieversorgung autarker Low-Power-Elektronik mit Batterien dar. Das Energiemanagement solcher EH-Systeme ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der Energieverfügbarkeit und der im Zeitablauf nicht konstanten Verlustleistung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die derzeit existierenden ultra low-power Energiemanagement Schaltungen für Energy Harvester. Dabei wird insbesondere der Fokus auf gedruckte Energy Harvester gelegt. Es soll aufgezeigt werden, welche Aspekte der vorgestellten Energieversorgungsschaltungen bei der Entwicklung eines Energieversorgungschips für gedruckte Energy Harvester berüucksichtigt werden sollen.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs
(2018)
Die zunehmende Integration von kompletten Systemen auf einem Chip (System-on-Chip, SoC) erfordert auch immer die Integration einer Recheneinheit bzw. eines Prozessorkerns. Möchte man insbesondere Low-Power-SoC-Systeme entwickeln, z.B. drahtlose Sensor-SoC-Systeme für Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Implementierung eines solchen Prozessorkerns mit hohen Herausforderungen verbunden. Prinzipiell können hierfür verschiedene Ansätze verfolgt werden, nämlich die Implementierung einer Hardcore Prozessor-IP (IP = Intellectual Property) oder einer Softcore-Prozessor-IP. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst auf den derzeitigen Stand der Technik verfügbarer Hardcore- oder Softcore-Prozessoren unter den Randbedingungen der Low-Power-Anforderungen und der weiten Verbreitung des Cores in industriellen Anwendungen eingegangen. Schließlich werden die Ergebnisse der Implementierung und Evaluierung eines derzeit frei verfügbaren 16-bit MSP430-kompatiblen Softcore Prozessors auf einem Altera-Cyclon-FPGA vorgestellt. Aus den Ergebnissen wird ein entsprechendes Fazit für die Implementierung von Low-Power-SoC-Systeme gegeben.
Optische Navigationssysteme weisen bisher eine eindeutige Trennung zwischen nachverfolgendem Gerät (Tool Tracker) und nachverfolgten Geräten (Tracked Tools) auf. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept vorgestellt, dass diese Trennung aufhebt: Jedes Tracked Tool ist gleichzeitig auch Tool Tracker und besteht aus Marker-LEDs sowie mindestens einer Kamera, mit deren Hilfe andere Tracker in Lage und Orientierung nachverfolgt werden können. Bei Verwendung von nur einer Kamera geschieht dies mittels Pose Estimation, ab zwei Kameras werden die Marker-LEDs trianguliert. Diese Arbeit beinhaltet die Vorstellung des neuen Peer-To-Peer-Tracking-Konzepts, einen sehr schnellen Pose-Estimation-Algorithmus für beliebig viele Marker sowie die Klärung der Frage, ob die mit Pose Estimation erreichbare Genauigkeit vergleichbar mit der eines Stereo-Kamera-Systems ist und den Anforderungen an die chirurgische Navigation gerecht wird.
Nowadays, robotic systems are an integral part of many orthopedic interventions. Stationary robots improve the accuracy but also require adapted surgical workflows. Handheld robotic devices (HHRDs), however, are easily integrated into existing workflows and represent a more economical solution. Their limited range of motion is compensated by the dexterity of the surgeon. This work presents control algorithms for HHRDs with multiple degrees of freedom (DOF). These algorithms protect pre- or intraoperatively defined regions from being penetrated by the end effector (e.g., a burr) by controlling the joints as well as the device’s power. Accuracy tests on a stationary prototype with three DOF show that the presented control algorithms produce results similar to those of stationary robots and much better results than conventional techniques. This work presents novel and innovative algorithms, which work robustly, accurately, and open up new opportunities for orthopedic interventions.
The CAN bus still is an important fieldbus in various domains, e.g. for in-car communication or automation applications. To counter security threats and concerns in such scenarios we design, implement, and evaluate the use of an end-to-end security concept based on the Transport Layer Security protocol. It is used to establish authenticated, integrity-checked, and confidential communication channels between field devices connected via CAN. Our performance measurements show that it is possible to use TLS at least for non time-critical applications, as well as for generic embedded networks.
Uncontrollable manufacturing variations in electrical hardware circuits can be exploited as Physical Unclonable Functions (PUFs). Herein, we present a Printed Electronics (PE)-based PUF system architecture. Our proposed Differential Circuit PUF (DiffC-PUF) is a hybrid system, combining silicon-based and PE-based electronic circuits. The novel approach of the DiffC-PUF architecture is to provide a specially designed real hardware system architecture, that enables the automatic readout of interchangeable printed DiffC-PUF core circuits. The silicon-based addressing and evaluation circuit supplies and controls the printed PUF core and ensures seamless integration into silicon-based smart systems. Major objectives of our work are interconnected applications for the Internet of Things (IoT).
Vehicle-to-Everything (V2X) communication promises improvements in road safety and efficiency by enabling low-latency and reliable communication services for vehicles. Besides using Mobile Broadband (MBB), there is a need to develop Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) applications with cellular networks especially when safety-related driving applications are concerned. Future cellular networks are expected to support novel latencysensitive use cases. Many applications of V2X communication, like collaborative autonomous driving requires very low latency and high reliability in order to support real-time communication between vehicles and other network elements. In this paper, we classify V2X use-cases and their requirements in order to identify cellular network technologies able to support them. The bottleneck problem of the medium access in 4G Long Term Evolution(LTE) networks is random access procedure. It is evaluated through simulations to further detail the future limitations and requirements. Limitations and improvement possibilities for next generation of cellular networks are finally detailed. Moreover, the results presented in this paper provide the limits of different parameter sets with regard to the requirements of V2X-based applications. In doing this, a starting point to migrate to Narrowband IoT (NB-IoT) or 5G - solutions is given.
The next generation cellular networks are expected to improve reliability, energy efficiency, data rate, capacity and latency. Originally, Machine Type Communication (MTC) was designed for low-bandwidth high-latency applications such as, environmental sensing, smart dustbin, etc., but there is additional demand around applications with low latency requirements, like industrial automation, driver-less cars, and so on. Improvements are required in 4G Long Term Evolution (LTE) networks towards the development of next generation cellular networks for providing very low latency and high reliability. To this end, we present an in-depth analysis of parameters that contribute to the latency in 4G networks along with a description of latency reduction techniques. We implement and validate these latency reduction techniques in the open-source network simulator (NS3) for narrowband user equipment category Cat-Ml (LTE-M) to analyze the improvements. The results presented are a step towards enabling narrowband Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) networks.
The excessive control signaling in Long Term Evolution networks required for dynamic scheduling impedes the deployment of ultra-reliable low latency applications. Semi-persistent scheduling was originally designed for constant bit-rate voice applications, however, very low control overhead makes it a potential latency reduction technique in Long Term Evolution. In this paper, we investigate resource scheduling in narrowband fourth generation Long Term Evolution networks through Network Simulator (NS3) simulations. The current release of NS3 does not include a semi-persistent scheduler for Long Term Evolution module. Therefore, we developed the semi-persistent scheduling feature in NS3 to evaluate and compare the performance in terms of uplink latency. We evaluate dynamic scheduling and semi-persistent scheduling in order to analyze the impact of resource scheduling methods on up-link latency.
The Datagram Transport Layer Security (DTLS) protocol has been designed to provide end-to-end security over unreliable communication links. Where its connection establishment is concerned, DTLS copes with potential loss of protocol messages by implementing its own loss detection and retransmission scheme. However, the default scheme turns out to be suboptimal for links with high transmission error rates and low data rates, such as wireless links in electromagnetically harsh industrial environments. Therefore, in this paper, as a first step we provide an analysis of the standard DTLS handshake's performance under such adverse transmission conditions. Our studies are based on simulations that model message loss as the result of bit transmission errors. We consider several handshake variants, including endpoint authentication via pre-shared keys or certificates. As a second step, we propose and evaluate modifications to the way message loss is dealt with during the handshake, making DTLS deployable in situations which are prohibitive for default DTLS.
The Transport Layer Security (TLS) protocol is a cornerstone of secure network communication, not only for online banking, e-commerce, and social media, but also for industrial communication and cyber-physical systems. Unfortunately, implementing TLS correctly is very challenging, as becomes evident by considering the high frequency of bugfixes filed for many TLS implementations. Given the high significance of TLS, advancing the quality of implementations is a sustained pursuit. We strive to support these efforts by presenting a novel, response-distribution guided fuzzing algorithm for differential testing of black-box TLS implementations. Our algorithm generates highly diverse and mostly-valid TLS stimulation messages, which evoke more behavioral discrepancies in TLS server implementations than other algorithms. We evaluate our algorithm using 37 different TLS implementations and discuss―by means of a case study―how the resulting data allows to assess and improve not only implementations of TLS but also to identify underspecified corner cases. We introduce suspiciousness as a per-implementation metric of anomalous implementation behavior and find that more recent or bug-fixed implementations tend to have a lower suspiciousness score. Our contribution is complementary to existing tools and approaches in the area, and can help reveal implementation flaws and avoid regression. While being presented for TLS, we expect our algorithm's guidance scheme to be applicable and useful also in other contexts. Source code and data is made available for fellow researchers in order to stimulate discussions and invite others to benefit from and advance our work.
The paper describes the methodology and experimental results for revealing similarities in thermal dependencies of biases of accelerometers and gyroscopes from 250 inertial MEMS chips (MPU-9250). Temperature profiles were measured on an experimental setup with a Peltier element for temperature control. Classification of temperature curves was carried out with machine learning approach.
A perfect sensor should not have thermal dependency at all. Thus, only sensors inside the clusters with smaller dependency (smaller total temperature slopes) might be pre-selected for production of high accuracy inertial navigation modules. It was found that no unified thermal profile (“family” curve) exists for all sensors in a production batch. However, obviously, sensors might be grouped according to their parameters. Therefore, the temperature compensation profiles might be regressed for each group. 12 slope coefficients on 5 degrees temperature intervals from 0°C to +60°C were used as the features for the k-means++ clustering algorithm.
The minimum number of clusters for all sensors to be well separated from each other by bias thermal profiles in our case is 6. It was found by applying the elbow method. For each cluster a regression curve can be obtained.
Recently, the demand for scalable, efficient and accurate Indoor Positioning Systems (IPS) has seen a rising trend due to their utility in providing Location Based Services (LBS). Visible Light Communication (VLC) based IPS designs, VLC-IPS, leverage Light Emitting Diodes (LEDs) in indoor environments for localization. Among VLC-based designs, Time Difference of Arrival (TDOA) based techniques are shown to provide very low errors in the relative position of receivers. Our considered system consists of five LEDs that act as transmitters and a single receiver (photodiode or image sensor in smart phone) whose position coordinates in an indoor environment are to be determined. As a performance criterion, Cramer Rao Lower Bound (CRLB) is derived for range estimations and the impact of various factors, such as, LED transmission frequency, position of reference LED light, and the number of LED lights, on localization accuracy has been studied. Simulation results show that depending on the optimal values of these factors, location estimation on the order of few centimeters can be realistically achieved.
Real-Time Ethernet has become the major communication technology for modern automation and industrial control systems. On the one hand, this trend increases the need for an automation-friendly security solution, as such networks can no longer be considered sufficiently isolated. On the other hand, it shows that, despite diverging requirements, the domain of Operational Technology (OT) can derive advantage from high-volume technology of the Information Technology (IT) domain. Based on these two sides of the same coin, we study the challenges and prospects of approaches to communication security in real-time Ethernet automation systems. In order to capitalize the expertise aggregated in decades of research and development, we put a special focus on the reuse of well-established security technology from the IT domain. We argue that enhancing such technology to become automation-friendly is likely to result in more robust and secure designs than greenfield designs. Because of its widespread deployment and the (to this date) nonexistence of a consistent security architecture, we use PROFINET as a showcase of our considerations. Security requirements for this technology are defined and different well-known solutions are examined according their suitability for PROFINET. Based on these findings, we elaborate the necessary adaptions for the deployment on PROFINET.
A method for determining properties of a pipeline includes feeding a sound wave signal at a predetermined feed point into the pipeline so that the sound wave signal propagates in an axial direction of the pipeline. The frequency spectrum of the transmitted sound wave signal has a frequency component or a spectral range with a maximum frequency that is smaller than the lower limit frequency for the first upper mode. Reflected portions of the transmitted sound wave signal are detected as received sound wave signal and are evaluated with regard to the transmitted sound wave signal to determine at least the distance of each reflection site from the feed point.
Online comment on: "Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials"
(2018)
Die Heterogenität der Studienanfänger/innen erleben viele Lehrende unmittelbar in den Anfängerveranstaltungen, Heterogenität nicht nur in Bezug auf fachliche Vorbildung, sondern auch bezüglich verfügbaren Lernstrategien, Fertigkeiten, Motivation und
Selbstdisziplin. Schon allein einer 90-minütigen Vorlesung konzentriert zu folgen und die
Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für viele eine sehr große Herausforderung. In diesem Erfahrungsbericht wird das seit dem WS 2015/16
an der Hochschule Offenburg erprobte Potenzial moderner Tablets untersucht, Vorteile
von klassischem handschriftlichen An- und Mitschreiben mit einer Vorstruktur, wie sie
z.B. PPT-Slides ermöglichen, zu vereinen.
Solar irradiance prediction is vital for the power management and the cost reduction when integrating solar energy. The study is towards a ground image based solar irradiance prediction which is highly dependent on the cloud coverage. The sky images are collected by using ground based sky imager (fisheye lens). In this work, different algorithms for cloud detection being a preparation step for their segmentation are compared.
The fisheye camera has been widely studied in the field of ground based sky imagery and robot vision since it can capture a wide view of the scene at one time. However, serious image distortion is a major drawback hindering its wider use. To remedy this, this paperproposes a lens calibration and distortion correction method for detecting clouds and forecasting solar radiation. Finally, the radial distortion of the fisheye image can be corrected by incorporating the estimated calibration parameters. Experimental results validate the effectiveness of the proposed method.
This paper deals with the detection and segmentation of clouds on high-dynamic-range (HDR) images of the sky as well as the calculation of the position of the sun at any time of the year. In order to predict the movement of clouds and the radiation of the sun for a short period of time, the clouds thickness and position have to be known as precisely as possible. Consequently, the segmentation algorithm has to provide satisfactory results regardless of different weather, illumination and climatic conditions. The principle of the segmentation is based on the classification of each pixel as a cloud or as a sky. This classification is usually based on threshold methods, since these are relatively fast to implement and show a low computational burden. In order to predict if and when the sun will be covered by clouds, the position of the sun on the images has to be determined. For this purpose, the zenith and azimuth angles of the sun are determined and converted into XY coordinates.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
A printed electronics technology has the advantage of additive and extremely low-cost fabrication compared with the conventional silicon technology. Specifically, printed electrolyte-gated field-effect transistors (EGFETs) are attractive for low-cost applications in the Internet-of-Things domain as they can operate at low supply voltages. In this paper, we propose an empirical dc model for EGFETs, which can describe the behavior of the EGFETs smoothly and accurately over all regimes. The proposed model, built by extending the Enz-Krummenacher-Vittoz model, can also be used to model process variations, which was not possible previously due to fixed parameters for near threshold regime. It offers a single model for all the operating regions of the transistors with only one equation for the drain current. Additionally, it models the transistors with a less number of parameters but higher accuracy compared with existing techniques. Measurement results from several fabricated EGFETs confirm that the proposed model can predict the I-V more accurately compared with the state-of-the-art models in all operating regions. Additionally, the measurements on the frequency of a fabricated ring oscillator are only 4.7% different from the simulation results based on the proposed model using values for the switching capacitances extracted from measurement data, which shows more than 2× improvement compared with the state-of-the-art model.
Oxide semiconductors are highly promising candidates for the most awaited, next-generation electronics, namely, printed electronics. As a fabrication route for the solution-processed/printed oxide semiconductors, photonic curing is becoming increasingly popular, as compared to the conventional thermal curing method; the former offers numerous advantages over the latter, such as low process temperatures and short exposure time and thereby, high throughput compatibility. Here, using dissimilar photonic curing concepts (UV–visible light and UV-laser), we demonstrate facile fabrication of high performance In2O3 field-effect transistors (FETs). Beside the processing related issues (temperature, time etc.), the other known limitation of oxide electronics is the lack of high performance p-type semiconductors, which can be bypassed using unipolar logics from high mobility n-type semiconductors alone. Interestingly, here we have found that our chosen distinct photonic curing methods can offer a large variation in threshold voltage, when they are fabricated from the same precursor ink. Consequently, both depletion and enhancement-mode devices have been achieved which can be used as the pull-up and pull-down transistors in unipolar inverters. The present device fabrication recipe demonstrates fast processing of low operation voltage, high performance FETs with large threshold voltage tunability.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Printed Electronics (PE) is a promising technology that provides mechanical flexibility and low-cost fabrication. These features make PE the key enabler for emerging applications, such as smart sensors, wearables, and Internet of Things (IoTs). Since these applications need secure communication and/or authentication, it is vital to utilize security primitives for cryptographic key and identification. Physical Unclonable Functions (PUF) have been adopted widely to provide the secure keys. In this work, we present a weak PUF based on Electrolyte-gated FETs using inorganic inkjet printed electronics. A comprehensive analysis framework including Monte Carlo simulations based on real device measurements is developed to evaluate the proposed PE-PUF. Moreover, a multi-bit PE-PUF design is proposed to optimize area usage. The analysis results show that the PE-PUF has ideal uniqueness, good reliability, and can operates at low voltage which is critical for low-power PE applications. In addition, the proposed multi-bit PE-PUF reduces the area usage around 30%.
Printed electronics offers certain technological advantages over its silicon based counterparts, such as mechanical flexibility, low process temperatures, maskless and additive manufacturing process, leading to extremely low cost manufacturing. However, to be exploited in applications such as smart sensors, Internet of Things and wearables, it is essential that the printed devices operate at low supply voltages. Electrolyte gated field effect transistors (EGFETs) using solution-processed inorganic materials which are fully printed using inkjet printers at low temperatures are very promising candidates to provide such solutions. In this paper, we discuss the technology, process, modeling, fabrication, and design aspect of circuits based on EGFETs. We show how the measurements performed in the lab can accurately be modeled in order to be integrated in the design automation tool flow in the form of a Process Design Kit (PDK). We also review some of the remaining challenges in this technology and discuss our future directions to address them.
Data Science gilt als eine der wichtigsten Entwicklungen der letzten
Jahre und viele Unternehmen sehen in Data Science die Möglichkeit,
ihre Daten zusätzlich wertschöpfend zu nutzen. Dabei kann es sich um
die Optimierung von Maintenance-Prozessen handeln, um eine bessere
Steuerung der eigenen Preis- und Lagerhaltungsstrategie oder auch
um völlig neue Services und Produkte, die durch Data Science möglich
werden. Die im Unternehmen vorliegenden Daten, an die so hohe Erwartungen
geknüpft wurden, sollen dazu genutzt werden, um Services
und Prozesse effizienter und passgenauer gestalten zu können. Vielfach
gilt Data Science dabei als Allheilmittel: Daten, die über Jahre hinweg
gesammelt wurden und mit zunehmender Geschwindigkeit und Heterogenität
anfallen, sollen endlich nutzbar gemacht werden. Zwar sind die
eingesetzten Techniken und Algorithmen teilweise schon zehn Jahre und
mehr alt, doch erst jetzt entfalten sie im Zusammenspiel mit Big Data
ihr Potenzial im Unternehmensumfeld. Die Erwartungen sind hoch, doch
der Weg zu den neuen Erkenntnissen ist mit hohem Aufwand verbunden
und wird von einigen Unternehmen noch immer unterschätzt.
Für Unternehmen mit einem traditionellen BI-Ansatz stellt Data Science
ein ergänzendes Set von Methoden und Werkzeugen dar, mit deren Hilfe
die Informationsversorgung der Entscheider auf den verschiedenen
hierarchischen Ebenen noch besser gestaltet werden kann. So zum Beispiel,
wenn man mit Data Science feststellt, dass die Wahrscheinlichkeit
für einen Versicherungsabschluss steigt, wenn bei der Auswahl der
anzusprechenden Kunden zusätzliche Daten herangezogen werden, die
zwar bereits vorliegen, aber noch nicht berücksichtigt worden sind. Im
Extremfall werden auch Entscheidungen vollständig automatisiert, die
bisher von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern getroffen wurden. Ein Algorithmus
legt dann fest, wann Ware nachbestellt oder welcher Preis für
den Endkunden festgesetzt wird.
Im vorliegenden E-Book soll ein Überblick über das Gebiet Data Science
gegeben werden. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf das Zusammenspiel
sowie das Mit- und Nebeneinander von Data Science und vorhandenen
BI-Systemen gelegt.
In public transportation, the motor pool often consists of various different vehicles bought over a duration of many years. Sometimes, they even differ within one batch bought at the same time. This poses a considerable challenge in the storage and allocation of spare parts, especially in the event of damage to a vehicle. Correctly assigning these parts before the vehicle reaches the workshop could significantly reduce both the downtime and, therefore, the actual costs for companies. In order to achieve this, the current software uses a simple probability calculation. To improve the performance, the data of specific companies was analysed, preprocessed and used with several modelling techniques to classify and, therefore, predict the spare parts to be used in the event of a faulty vehicle. We summarize our experience running through the steps of the Cross Industry Standard Process for Data Mining and compare the performance to the previously used probability. Gradient Boosting Trees turned out to be the best modeling technique for this special case.
This paper describes the use of the single-linkage hierarchical clustering method in outlier detection for manufactured metal work pieces. The main goal of the study is to group defects that occur 5 mm into a work piece from the edge, i.e., the border of the metal work piece. The goal is to remove defects outside the area of interest as outliers. According to the assumptions made for the performance criteria, the single-linkage method has achieved better results compared to other agglomeration methods.
Targeting complex fractionated atrial electrocardiograms by automated algorithms during ablation of persistent atrial fibrillation has produced conflicting outcomes in previous electrophysiological studies and catheter ablation of atrial fibrillation and ventricular tachycardia. The aim of the investigation was to evaluate atrial and ventricular high frequency fractionated electrical signals with signal averaging technique.
Methods: Signal averaging electrocardigraphy allows high resolution ECG technique to eliminate interference noise signals in the recorded ECG. The algorithm use automatic ECG trigger function for signal averaged transthoracic, transesophageal and intra-cardiac ECG signals with novel LabVIEW software.
Results: The analysis in the time domain evaluated fractionated atrial signals at the end of the signal averaged P-wave and fractionated ventricular signals at the end of the QRS complex. We evaluated atrial flutter in the time domain with two-to-one atrioventricular conduction, 212.0 ± 4.1 ms atrial cycle length, 426.0 ± 8.2 ms ventricular cycle length, 58.2 ± 1.8 ms P-wave duration, 119.6 ± 6.4 ms PQ duration, 103.0 ± 2.4 ms QRS duration and 296.4 ± 6.8 ms QT duration. The analysis in the frequency domain evaluated high frequency fractionated atrial signals during the P-wave and high frequency fractionated ventricular signals during QRS complex.
Conclusions: Spectral analysis of signal averaging electrocardiography with novel LabVIEW software can be utilized to evaluate atrial and ventricular conduction delays in patients with atrial fibrillation and ventricular tachycardia. Complex fractionated atrial and ventricular electrocardiograms may be useful parameters to evaluate electrical cardiac bradycardia and tachycardia signals in atrial fibrillation and ventricular tachycardia ablation.
Cardiac resynchronization therapy (CRT) with hemodynamic optimized biventricular pacing is an established therapy for heart failure patients with sinus rhythm, reduced left ventricular ejection fraction and wide QRS complex. The aim of the study was to evaluate electrical right and left cardiac atrioventricular delay and left atrial delay in CRT responder and non-responder with sinus rhythm.
Methods: Heart failure patients with New York Heart Association class 3.0 ± 0.3, sinus rhythm and 27.7 ± 6.1% left ventricular ejection fraction were measured by surface ECG and transesophageal bipolar left atrial and left ventricular ECG before implantation of CRT devices. Electrical right cardiac atrioventricular delay was measured between onset of P wave and onset of QRS complex in the surface ECG, left cardiac atrioventricular delay between onset of left atrial signal and onset of left ventricular signal in the transesophageal ECG and left atrial delay between onset and offset of left atrial signal in the transesophageal ECG.
Results: Electrical atrioventricular and left atrial delay were 196.9 ± 38.7 ms right and 194.5 ± 44.9 ms left cardiac atrioventricular delay, and 47.7 ± 13.9 ms left atrial delay. There were positive correlation between right and left cardiac atrioventricular delay (r = 0.803 P < 0.001) and negative correlation between left atrial delay and left ventricular ejection fraction (r = −0.694 P = 0.026) with 67% CRT responder.
Conclusions: Transesophageal electrical left cardiac atrioventricular delay and left atrial delay may be useful preoperative atrial desynchronization parameters to improve CRT optimization.
Hintergrund: Richtung und Stärke des elektrischen Feldes (E-Feld) der biventrikulären (BV) Stimulation und elektrische interventrikuläre Desynchronisation sind bei Patienten mit Herzinsuffizienz und verbreitertem QRS Komplex von Bedeutung für den Erfolg der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT). Das 3D Herzrhythmusmodell (HRM) ermöglicht die
Simulation von CRT und Hochfrequenz (HF) Ablation. Das Ziel der Studie besteht in der Integration von Schrittmacher- und Ablationselektroden in das HRM zur E-Feld Simulation der BV Stimulation und thermischen Feld (T-Feld) Simulation der HF Ablation von Vorhofflimmern (AF).
Methoden: Es wurden fünf multipolare linksventrikuläre (LV) Elektroden, eine epikardiale LV Elektrode, vier bipolare rechtsatriale (RA) Elektroden, zwei rechtsventrikuläre (RV) Elektroden und ein HF Ablationskatheter mit CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt) modelliert und das HRM (Schalk et al: Clin Res Cardiol 106, Suppl 1, April 2017, P1812) um den Koronarvenensinus (CS) erweitert (HRM-CS). E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner BV Stimulation und bei RA Stimulation mit RV und LV Ableitung erfolgten mit den Elektroden Select Secure 3830, Capsure VDD-2 5038 und Attain OTW 4194 im HRM+CS (Fig.). F-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT wurden mit integriertem Ablationskatheter AlCath G FullCircle (Biotronik) simuliert.
Ergebnisse: HRM-CS ermöglichte 3D E-Feld Simulationen bei vorhofsynchroner bipolarer BV Stimulation und bei bipolarer RA Stimulation mit bipolarer RV und LV Ableitung. RV und LV Stimulation erfolgten zeitgleich bei einer Amplitude von 3 V an der LV Elektrode und 1 V an der RV Elektrode mit einer Impulsbreite von jeweils 0,5 ms. Die von der BV Stimulationen erzeugten Fernpotentiale konnten von der RA Elektrode wahrgenommen werden. Das Fernpotential an der RA Elektrodenspitze betrug 32,86 mV und in 1 mm Abstand von der RA Elektrodenspitze ergab sich ein Fernpotential von 185,97 mV. HRM-CS ermöglichte 3D T-Feld Simulationen der HF Ablation von AF bei CRT. Das T-Feld bei HF Ablation des AV-Knotens wurde mit einer anliegenden Leistung von 5 W bei 420 kHz an der distalen 8 mm Ablationselektrode simuliert. Die Temperatur an der Katheterspitze betrug nach 5 s Ablationsdauer 88,66 °C, in 1 mm Abstand von der Katheterspitze im Myokard 42,17 °C und in 2 mm Abstand 37,49 °C.
Schlussfolgerungen: HRM-CS und Elektrodenmodelle ermöglichen die 3D Simulationen von E-Feldern bei vorhofsynchroner BV Stimulation, RA Stimulation mit RV und LV Wahrnehmung und von T-Feldern bei HF Ablation. E-Feld Simulationen von RA, RV und LV Stimulation und Sensing können möglicherweise zur Vorhersage von CRT Respondern genutzt werden.
In einer Vorlesung nicht abgehängt zu werden und die vielen Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für Studienanfänger eine große Herausforderung. Mitschriebe sind sehr oft unvollständig, unstrukturiert oder „zerfläddert“. Mitschreib-Marathon und Mitdenken schließen sich bei vielen aus. Auch aktivierende Lehrmethoden, Medienwechsel, Lehrvideos führen oft dazu, dass eine strukturierte Sicherung der Inhalte des Lehrgesprächs noch erschwert wird.
Es wird ein Best Practice Beispiel gezeigt, Mathematik-Vorlesungen über ein Tablet-basiertes Mitmach-Skript zu gestalten. Dieses dient als Schrittmacher zwischen Input- und Verarbeitungsphasen und unterstützt die strukturierte Verschriftlichung, indem es Vorteile von Tafel, PPT und klassischem Skript vereint. Traditionelle Methoden werden mit technologischen Möglichkeiten kombiniert, um die angesprochenen Herausforderungen bewusster im Lehrstil zu berücksichtigen. Verbindungen zu Virtual Classroom und Video-gestützter Lehre werden aufgezeigt.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines VHDL-Ethernet Protokollstapels. Aufbauend auf einem existierenden Protokollstapel für 1 GBit/s ist das Ziel dieser Arbeit, einen Protokollstapel zu entwerfen, der eine Datenübertragungsrate von mehr als 10 GBit/s erreicht. Dieser Protokollstapel soll die Protokolle Ethernet, IPv4, ARP, ICMP und UDP enthalten. Durch eine flexible Struktur der Ports und den Einsatz von generics soll dieser Protokollstapel leicht konfigurierbar und so für viele Anwendungszwecke nutzbar sein.
Zunächst wurde der existierende Protokollstapel von der Xilinx Vertix5 Serie auf die 7er Serie portiert und in Betrieb genommen. Dabei traten Probleme mit dem Transceiver und dem ARP Protokoll auf. Nachdem diese gelöst wurden, konnte ein Konzept für den neuen Protokollstapel erarbeitet werden. Dieser nutzt nun ein – in der Busbreite – flexibles Streaming Interface, um die Geschwindigkeit der Datenübertragung anzupassen.
Da jedes der genutzten Protokolle an die Daten einen Header/Trailer anhängt oder entfernt,
wurden für diese Aufgabe insgesamt vier Low-Level-Module entwickelt. Diese Module wurden
mit Hilfe einer Testbench und einer Testmatrix verifiziert. Die Protokollmodule stellen nun den Header/Trailer zusammen und fügen diese mit Hilfe der Low-Level-Module an oder entfernen diese.
Bei der Simulation des Protokollstapels wurde die Funktion der Protokolle nachgewiesen. Durch die große Busbreite, von 64 Bit bei 10 GBit/s und 128 oder 256 Bit bei 40 GBit/s, schlug allerdings die Timing-Analyse fehl. Der kritische Pfad konnte bei der CRC Berechnung gefunden werden. Durch parallele CRC-Berechnungen wurde eine vorübergehende Lösung dieses Problems für die Geschwindigkeit 10 GBit/s erreicht.
Die Analyse des Ressourcenverbrauchs zeigte, dass der neue Protokollstapel nur wenig Ressourcen in einem FPGA nutzt. Für 10 GBit/s werden lediglich 3000 LUTs und 2400 Register
benötigt. Des weiteren wurde festgestellt, dass der Ressourcenverbrauch nicht proportional zur Busbreite ist. Bei einer Verdopplung der Busbreite werden lediglich 60 % mehr Ressourcen benötigt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein dezentrales Usermanagement entwickelt, das ein vorhandenes aber veraltetes Usermanagement ersetzen soll.
Zuerst werden verschiedene Technologien für die Umsetzung evaluiert. Dabei wird begründet, warum z. B. dem Relationalen Datenbanksystem von Oracle der Vorzug gegenüber einem NoSQL-System wie MongoDB gegeben wird.
Im Rahmen einer ausführlichen Konzeption werden zuerst die Anforderungen detailliert formu-liert. In einem Grob-Entwurf werden die Beziehungen des alten und des neuen Usermanagements zur Außenwelt dargestellt. Datenmodellierung und Skizzierung der Paket- bzw. Klassen-Struktur innerhalb der Anwendung bilden die Grundlage für die spätere Implementierung. Ein besonderer Schwerpunkt bei der Konzeptionierung liegt auf dem Entwurf der REST-API.
Bei der Implementierung werden die Schritte von der Einrichtung des Spring-Frameworks bis zur lauffähigen Anwendung beschrieben. Der Umgang mit der Datenbank und dem OR-Mapper sind Schwerpunkte der Implementierung, ebenso wie die Umsetzung der REST-Schnittstellen. Die fachlichen Prozesse der Daten-Migration, der Verarbeitung von Requests aus einem zentralen System und des GLN-Mappings werden in eigenen Kapiteln behandelt.
Am Ende werden die erzielten Ergebnisse dokumentiert, offene Punkte angesprochen und ein Fazit gezogen.
Verschiedenste Hersteller von Prothesen treiben die Entwicklungen in der Neuroprothetik immer weiter voran. Jedoch steigen dadurch nicht nur die Komplexität und die Funktionen einer solchen Prothese, sondern auch die Kosten. Oft wird vernachlässigt, dass ein einfaches Greifen meist schon ausreicht und damit oftmals viel mehr Personen geholfen werden kann als mit einer teuren Highend-Prothese.
Die vorliegende Masterthesis soll zeigen, dass es möglich ist, mit einfachen Mitteln einen funktionsfähigen bionischen Prototyp zu entwickeln. Die Steuerung funktioniert per Knopfdruck, Bewegungen werden automatisch ausgeführt.
Hierfür wurde auf der Rekonstruktion der ersten eisernen Hand des Götz von Berlichin-gen aufgebaut. Diese wurde mit günstiger und einfach beschaffbarer Elektronik verändert, damit die Prothese durch elektrische Motoren aktiv ansteuerbar ist. Das Modell wurde mit SolidWorks 2018 verändert. Die elektronischen Bauteile wurden über ein Arduino Board UNO R3 angesteuert, welcher die Schnittstelle zum Computer bildet.
In der vorliegenden Bachelorarbeit geht es um den Entwurf eines Dauerfestigkeitsprüfstands für Kraftsensoren, deren Messprinzip auf Dehnmessstreifen basiert. Ziel des Dauerfestigkeitsprüfstands ist es, die in der Konstruktionsphase simulierten Ergebnisse für die Dauerfestigkeit der Sensoren nachzuweisen. Erst dadurch sind optimale Verbesserungen der Messkörpergeometrien möglich.
Die Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen sehen für klinische Audiologen die Möglichkeit vor, die Mikrofonleistung der meisten aktuellen CI-Sprachprozessoren mittels anschließbarer Monitorkopfhörer zu prüfen. Nähere Angaben dazu, nach welchem Prozedere diese Prüfung stattfinden soll, z. B. welche Stimuli mit welchen Pegeln verwendet werden sollen, sind nach Wissen der Autoren seitens der CI-Hersteller nicht verfügbar. Auf der Basis dieser subjektiven Prüfung entscheidet dann der Audiologe, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht. Wir haben eine Messbox entwickelt, mit der die Mikrofonleistung aller abhörbaren CI-Sprachprozessoren der Hersteller Advanced Bionics, Cochlear und MED-EL objektiv geprüft werden kann. Die Box wurde im 3-D-Druckverfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustönen unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Signal des Mikronfons bzw. der Mikrofone wird über das in der Audio-/Abhörbuchse des Prozessors eingesteckte Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die A/D-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten D/AWandler die Ausgabe der Prüfsignale über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgt jeweils mit einer Samplingrate von 38,5 kHz. Der frequenzspezifische Effektivwert des abgegriffenen Mikrofonsignals wird mit einem Referenzwert verglichen. Die (frequenzspezifischen) Referenzwerte wurden mit einem neuwertigen Sprachprozessor gleichen Typs ermittelt und im Speicher des Mikrokontrollers abgelegt. Das Ergebnis wird nach Abschluss der Messung grafisch auf einem Touchscreen ausgegeben. Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. Längerfristiges Ziel ist es, die hit und false alarm Raten der subjektiven Prüfung zu ermitteln.
eLetter zu "Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands" von Paul D. Marasco et al., veröffentlicht in Science Translational Medicine, Vol. 10, No. 432 (DOI: 10.1126/scitranslmed.aao6990)
Cardiac contractility modulation (CCM) is a device-based therapy for the treatment of systolic left ventricular chronic heart failure. Unlike other device-based therapies for heart failure, CCM delivers non-excitatory pacing signals to the myocardium. This leads to an extension of the action potential and to an improved contractility of the heart. The modeling and simulation was done with the electromagnetic simulation software CST. Three CCM electrodes were inserted into the Offenburg heart rhythm model and subsequently simulated the electric field propagation in CCM therapy.
In addition, simulations of CCM have been performed with electrodes from other device-based therapies, such as cardiac resynchronization therapy (CRT) and implantable cardioverter / defibrillator (ICD) therapy. At the same distance to the simulation electrode, the electric field is slightly stronger in CCM therapy than in CCM therapy with additionally implanted CRT or ICD electrodes. In addition, there is a change in the electric field propagation at the electrodes of the CRT and the shock electrode of the ICD.
By simulating several different therapy procedures on the heart, it is possible to check how they affect their behavior during normal operation. CCM heart rhythm model simulation allows the evaluation the individual electrical pacing and sensing field during CCM.
Abstract: Electric field of biventricular (BV) pacing, left ventricular (LV) electrode position and electrical interventricular desynchronization are important parameters for successful cardiac resynchronization therapy (CRT) in patients with heart failure, sinus rhythm and reduced LV ejection fraction. The aim of the study was to evaluate electric pacing field of transesophageal left atrial (LA) pacing and BV pacing with 3D heart rhythm simulation. Bipolar right atrial (RA), right ventricular (RV), LV electrodes and multipolar hemispherical esophageal LA electrodes were modeled with CST (Computer Simulation Technology, Darmstadt). Electric pacing field were simulated with bipolar RA and RV pacing with Solid S (Biotronik) electrode, bipolar LV pacing with Attain 4194 (Medtronic) electrode and bipolar LA pacing with TO8 (Osypka) esophageal electrode. 3D heart rhythm model with esophagus allowed electric pacing field simulation of 4-chamber pacing with bipolar intracardiac RA, RV, LV pacing and bipolar transesophageal LA pacing. The pacing amplitudes were 3V RA pacing amplitude, 50V LA pacing amplitude, 1.5V RV pacing amplitude and 3V LV pacing amplitude with 0.5ms pacing pulse duration. The atrioventricular delay between RA pacing and BV pacing was 140ms atrioventricular pacing delay and simultaneous RV and LV pacing. Electric pacing fields were simulated during the different pacing modes AAI, VVI, DDD and DDD0V. The intracardiac far-field pacing potentials were evaluated with intracardiac electrodes and a distance of 1mm from the electrodes with RA electrode 1.104V, RV electrode 0.703V and LV electrode 1.32V. The transesophageal far-field pacing potential was evaluated with transesophageal electrode and a distance of 10mm from the elelctrode with LA electrode 6.076V. Heart rhythm model simulation with esophagus allows evaluation of electric pacing fields in AAI, VVI, DDD, DDD0V and DDD0D pacing modes. Electric pacing field of RA, RV and LV pacing in combination with LA pacing may additional useful pacing mode in CRT non-responders.
Pulmonary vein isolation (PVI) is a common therapy in atrial fibrillation (AF). The cryoballoon was invented to isolate the pulmonary vein in one step and in a shorter time than a point-by-point radiofrequency (RF) ablation. The aim of the study was to model two cryoballoon catheters, one RF catheter and to integrate them into a heart rhythm model for the static and dynamic simulation of PVI by cryoablation and RF ablation in AF. The modeling and simulation were carried out using the electromagnetic and thermal simulation software CST (CST, Darmstadt). Two cryoballons and one RF ablation catheter were modeled based on the technical manuals of the manufacturers Medtronic and Osypka. The PVI especially the isolation of the left inferior pulmonary vein using a cryoballoon catheter was performed with a -50 °C heatsource and an exponential signal. The temperature at the balloon surface was -50 °C after 20 s ablation time, -24 °C from the balloon 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm -3 °C, at 2 mm 18 °C and at a distance of 3mm 29 °C. PVI with RF energy was simulated with an applied power of 5 W at 420 kHz at the distal 8 mm ablation electrode. The temperature at the tip electrode was 110 °C after 15 s ablation time, 75 °C from the balloon at 0,5 mm in the myocardium, at a distance of 1 mm 58 °C, at 2 mm 45 °C and at a distance of 3 mm 38 °C. Virtual heart rhythm and catheter models as well as the simulation of the temperature allow the simulation of PVI in AF by cryo ablation and RF ablation. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize RF and cryo ablation.
The high frequency (HF) catheter ablation is the gold standard for the therapy of many cardiac tachyarrhythmias, such as atrioventricular node re-entry tachycardia (AVNRT), atrioventricular re-entry tachycardia (AVRT) or atrial flutter (AFL). The aim of the study was to simulate the HF ablation of AVNRT, AVRT, AFL and its heat propagation in reference to the supplied power with different electrode material and electrode size. The modeling and simulation were performed with the thermal and electromagnetic simulation software CST® (Computer Simulation Technology, Darmstadt). The modeling and simulation were carried out using ablation catheters with 4 mm tip electrode and 8 mm tip electrode with different electrode materials. Both electrode types were made of platinum and gold respectively. For the measurement of the heat propagation in the heart tissue, the catheters were integrated in the Offenburg heart rhythm model. The HF ablation procedures were performed with the 4 mm platinum tip electrode, with an application duration of 45 seconds and a power output of 40 watts. The HF ablation of the atrioventricular node slow pathway produced a maximum temperature of 66.33 °C. The Kent bundle HF ablation in the left atrium achieved a maximum temperature of 67.14 °C. The HF ablation of the right atrial isthmus resulted 65.96 °C. The 8 mm distal platinum tip electrode and a power output of 60 watts reached 72.85 °C. The 8 mm distal gold tip electrode and a power output of 60 watt reached 64.66 °C, due to the improved thermal conductivity of gold. Virtual heart and ablation electrode models allow the static and dynamic simulation of HF ablation with different electrode material and electrode size. The 3D simulation of the temperature profile may be used to optimize the AVNRT, AVRT and AFL HF ablation.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Fräsroboter zu konstruieren, der kompakter und leichter sein soll als ein bereits im Labor CompAssMed existierender Fräsroboter. Für den neuen Fräsroboter sollte zusätzlich eine Ansteuerung programmiert werden. Mit der Ansteuerung soll es möglich sein, die Fräserspitze im Arbeitsraum des Fräsroboters programmgesteuert zu positionieren. Eine Augmented-Reality-Brille soll evaluiert werden, um ihre Integrationsfähigkeit in das Labor zu untersuchen. Alle Ziele wurden erreicht. Das Gewicht des neuen Fräsroboters ist 75 % geringer und er hat eine 85 % kleinere Grundfläche als der vorhandene Fräsroboter. Die Ansteuerung des neuen Fräsroboters, wurde als MATLAB-Skript realisiert und ist funktional. Die Evaluierung der Augmented-Reality-Brille wurde mit dem Ergebnis durchgeführt, dass sie nicht in die Softwareinfrastruktur des Labors CompAssMed integriert werden kann.
Die vorliegende Bachelor Thesis befasst sich mit der Funktionsweise des ArduPilot Open Source Autopiloten. Für die Ausführung erfolgt mit einem Pixhawk Flugcontroller. Dabei wird die Funktionsweise der Regler und der Navigation des Luftfahrzeuges untersucht. Nach der Analyse des Regler Aufbaus werden wird die Regelung für einen Multiplex EasyStar 2 ausgelegt und in dem Flugzeug verbaut. Für die Kommunikation mit dem Pixhawk Flugcontroller und der Parametereinstellung für die Regelung wird die Mission Planner Bodenstation verwendet. Die Regelung wird mit praktischen Flugtests und der automatischen Tuning Funktion durchgeführt. Mit Hilfe der angelegten Daten Protokolle während des Flugs wird im Nachhinein das Flugverhalten des Multiplex EasyStar 2 ausgewertet und angepasst. Nach der Auslegung der Regelparameter besteht die Aufgabe darin, einen vollautonomen Flug mit automatischem Start und automatischer Landung durchzuführen. Die Wegpunkt Generierung für den autonomen Flug erfolgt mit der Mission Planner Bodenstation. Es soll mit dieser Arbeit die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Systems überprüft werden.
Diese Arbeit handelt von dem Aufbau eines Laborversuchs, der die Darstellung eines linearen Fertigungsprozesses realisiert. Die Laboraufgaben sind in unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden vorhanden. Das Ziel ist es, den Studenten eine haptische und realitätsnahe Fertigungsstraße zu präsentieren. Diese Applikation sortiert Produkte nach zwei Kriterien, der Form und dem Material aus. Zur Darstellung der Produktionsstraße dient eine Drehtischapplikation. Diese ist in unterschiedliche Stationen unterteilt. Durch den Aufbau der Station ist die Modularisierung der Anlage realisiert. Diese soll die Möglichkeit bieten, die Applikation in der Zukunft nach Bedarf anzupassen.
Die Konstruktion und Realisierung des modularen Aufbaues der Hardware sind die Schwerpunkte in dieser Thesis. Zusätzlich wird die Software der Arduino Plattform zur Ansteuerung der Schrittmotoren programmiert. Ein weiterer Punkt ist die softwareseitige Umsetzung des Inkrementalgebers in der Speicherprogrammierten Steuerung (Step7). Dazu gehört ebenfalls die Einbindung des Funktionsbausteines in die Datenbank des Projektes.
Mit dieser Hardware sollen die Studierenden in der Lage sein, Fertigungsprozesse zu simulieren und die erlernten Kenntnisse aus den Vorlesungen anwenden und vertiefen.
Intelligente Assistenten - Untersuchung der Spracheingabe in Verbindung mit dem ERP-System SIVAS.ERP
(2018)
Die vorliegende Bachelorarbeit wurde für die schrempp edv GmbH erstellt. Die Untersuchung von Technologien intelligenter Assistenz und eine fundierte Einsatzempfehlung für zukünftige Entwicklungen in Verbindung mit dem ERP-System SIVAS sind die primären Ziele der Abschlussarbeit. Das Hauptaugenmerk der Analyse liegt auf der Spracherkennung und der Sprachverarbeitung. Diese Technologien sollen den Umgang mit den komplexen Anwendungen im SIVAS-Umfeld erleichtern.
Der erste Teil der Abschlussarbeit befasst sich mit den theoretischen Grundlagen intelligenter (Sprach-) Assistenz. Im zweiten Teil wird die SIVAS.Montage-App und ein Szenario zur prototypischen Umsetzung intelligenter Assistenz vorgestellt.
Die folgenden Teile beschäftigen sich mit der Spracherkennung und Sprachverarbeitung von Google und Microsoft. Die beiden Unternehmen betreiben seit Jahren intensive Forschungen zu den Sprachtechnologien und bieten erfolgreiche Lösungskonzepte an. Analysierte Frameworks der Spracherkennung sind die Google Speech API und die Bing Speech API. Kandidaten der Sprachverarbeitung sind Dialogflow von Google und LUIS von Microsoft.
Das Ergebnis der Analyse ist die Einsatzempfehlung der Frameworks von Google. Insbesondere bei der ermittelten Fehlerrate als Schlüsselkriterium der Spracherkennung, kann Google mit 11,11 % gegenüber Microsoft mit 23,09 % überzeugen. Der Vergleich der Frameworks zur Sprachverarbeitung liefert ähnliche Resultate. Google ist Microsoft bei der Klassifizierung bisher unbekannter Aussagen der Anwender mit einer Genauigkeit von 86,67 % um fünf Prozentpunkte überlegen. Informationen werden mit Hilfe von Dialogflow erfolgreicher und strukturell besser aufbereitet extrahiert.
Abschließend wird SIVAS mit den analysierten Google-Technologien mittels einer prototypischen Umsetzung des ausgewählten Szenarios zur Erfassung von Montagezeiten zusammengebracht.
Der stetige technische Fortschritt in der Strahlentherapie stellt eine erhöhte Herausforderung bei der Bestimmung von dosimetrischen Parametern dar, die besonders in kleinen Bestrahlungsfeldern einen hohen Grad an Unsicherheit aufweisen. Es wurden die Tiefendosiskurve sowie Dosisquerprofile unterschiedlicher Dosimeter in dosimeterabhängigen Ausrichtungen bei Photonenstrahlung von 6 MV gemessen. Parameter wie die relative Oberflächendosis, das Tiefendosismaximum, die relative Dosis in 5 und 10 cm Tiefe sowie die Penumbrabreite verschiedener Dosimeter wurden miteinander verglichen. Die Messungen erfolgten je Dosimeter bei 10, 6, 4, 3, 2, 1 und 0,6 cm Kantenlänge bei quadratischen Bestrahlungsfeldern.
Beim Dosisquerprofil der Semiflex Typ 31013 mit 0,3 cm³ Messvolumen ergeben die Messwerte nicht ausreichend genaue Ergebnisse. Unter denselben Messbedingun-gen mit der Dosimeter-Diode E ergibt die relative Dosis innerhalb des Strahlenfeldes ausreichend genaue Messwerte, die zur Auswertung bereitstehen. Die Penumbrabreite verringert sich mit geringerem Messvolumen sowie auch im kleineren Bestrahlungsfeld. Die relative Dosis in der Tiefe nimmt mit kleiner werdendem Bestrahlungsfeld und ebenso mit entsprechend kleinen Messvolumina ab. Die Überreaktion der PinPoint auf niederenergetische Photonen muss berücksichtigt werden, um ausreichend genaue Messergebnisse zu erhalten. Wird dieser Dosimeter radial bestrahlt, zeigen die Dosisquerprofile aufgrund des Kabeleffekts eine schlechtere Symmetrie der quadratischen Bestrahlungsfläche auf.
Die Wasserenergiedosis weist in kleinen Bestrahlungsfeldern deutliche Unterschiede bei den unterschiedlichen Dosimetern auf. Zwischen dem Dosimeter mit dem größten Messvolumen und dem mit dem kleinsten besteht ein Messwertunterschied von 0,5 Gy.
Ziel dieser Bachelorarbeit war es, die Motoren einer parallelen Kinematik in Form eines Tripods anzusteuern, um den Endeffektor präzise an bestimmte Positionen zu bewegen. Dadurch wurde getestet, ob sich die Steuerung eines chirurgischen Instrumentes über eine parallele Kinematik prinzipiell für den Einsatz in der klinischen Umgebung eignen würde. Der Tripod umfasst drei Linearachsen, deren Längen und Winkel durch die Motoren geändert werden können. Alle drei Linearachsen sind über Kugelgelenke an den Endeffektor gekoppelt. Für die Ansteuerung der Motoren musste sowohl eine Elektronik, als auch eine Software entwickelt werden, die die Kommunikation zwischen den Motoren und einem Computer ermöglichen. Für die Entwicklung der Software wurde die objektorientierte Programmiersprache C++ genutzt. Durch das implementierte C++-Programm können beliebige Positionen an die Motoren gesendet werden, zu denen der Endeffektor daraufhin bewegt wird. Zudem ermöglicht das Programm die individuelle Echtzeit-Steuerung des Endeffektors über eine 3D-Maus mit sechs Freiheitsgraden. Für die Umrechnung der räumlichen Daten der 3D-Maus in die einzelnen Zielpositionen für die Motoren wurde eine Klasse, speziell für diesen Tripod, implementiert. Aufgrund dieser Klasse und der Optimierung von Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motoren lässt sich der Endeffektor präzise und flüssig steuern. Die sensitive Steuerung eines chirurgischen Instrumentes wird dadurch ermöglicht, für den Einsatz in einer klinischen Umgebung ist der Tripod aufgrund der Größe und Handhabung jedoch nicht geeignet. Dafür wäre eine Miniaturisierung dieser parallelen Kinematik erforderlich.
Diese Abschlussarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Sensor-Netzwerks für die Anwendung im Smart-Gardening-Bereich. Dabei geht es im Wesentlichen darum, durch Messung verschiedener Parameter den aktuellen Status der Pflanzen im Garten bewerten zu können. So soll dem Anwender des Systems die Gartenarbeit erleichtert werden.
Zunächst wurden verschiedene Smart-Gardening-Systeme bezüglich Messparametern, Kommunikation und Energieversorgung untersucht. Anhand dieser Ergebnisse wurden Anforderungen an ein eigenes System gestellt. Dieses eigene System verwendet eine an der Hochschule Offenburg entwickelte, energieautarke und drahtlose Sensor-Netzwerk-Plattform. Für das Sensor-Netzwerk wurde ein Konzept entwickelt, indem mehrere Topologien und Zugriffsverfahren untersucht wurden. Ausgewählt wurde schließlich die Verwendung einer Stern-Topologie und die Umsetzung eines Kommunikationsprotokolls auf Grundlage eines zeitbasierten Zugriffsverfahrens. Die erforderliche Basisstation wurde konzipiert und auf Basis eines Raspberry Pi 3 realisiert. Das Kommunikationsprotokoll wurde in die Software von Basisstation und Sensorgeräten integriert. Die Sensor-Plattform wurde um einen kapazitiven Sensor für die Messung der Bodenfeuchte erweitert. Dieser Sensor wurde mit Gartenerde getestet und vermessen. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde ein Modell für die Berechnung des Wassergehalts der Erde erstellt. Zuletzt wurde das Sensor-Netzwerk getestet.
Das Sensor-Netzwerk kann einige Dutzend Sensorgeräte verknüpfen. Die Sensorgeräte werden im Garten platziert und sind durch Verwendung von Energy-Harvesting energieautark. Sie senden die gesammelten Messwerte mehrmals täglich an die Basisstation, welche die Messwerte empfängt und abspeichert. Eine Android-App kann via Bluetooth auf die Daten zugreifen und sie dem Anwender anzeigen. Die Funktionalität des Systems wurde im Test nachgewiesen. Das System wird in einer erweiterten Form bei der Landesgartenschau 2018 in Lahr zum Einsatz kommen.
Elektrische Antriebssysteme sind in der modernen Welt überall zu finden und sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. In vielen industriellen Anwendungen wandeln sie elektrische Energie in mechanische Energie um, womit das Antriebssystem als Motor fungiert. Im umgekehrten Fall, wenn demnach mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, arbeitet das Antriebssystem als Generator. Die dabei umgewandelte Energie soll bei einer Einspeisung in das Versorgungsnetz möglichst sinusförmig verlaufen, damit überwiegend Grundschwingungsleistung fließt. Zusätzlich ist ein geringer Blindanteil wünschenswert, weil diese Stromkomponente dafür sorgt, dass die Versorgungsleitungen unnötig belastet werden.
In dieser Bachelorthesis werden auf die für das Verständnis wichtigen theoretischen Grundlagen der Raumzeiger eingegangen. Bei der Regelung des Netz- oder Ausgangsstroms und der Zwischenkreisspannung werden auf diese Grundlagen zurückgegriffen, weil die Beschreibung von zeitveränderlichen, sinusförmig verteilten dreiphasigen Größen durch Transformationen in andere Bezugssysteme als besonders zweckmäßig erscheint. Damit weitere elektrische Geräte, die am selben Netzanschlusspunkt angeschlossen sind, möglichst wenig beeinflusst werden, sollte der ins Versorgungsnetz zurückgespeiste Strom geringe Oberschwingungen enthalten und somit einen weitestgehend sinusförmigen Verlauf annehmen.
Oberschwingungen sind ganzzahlige Vielfache der Grundschwingung der Netzfrequenz von 50 Hz. Aus regelungstechnischer Sicht ist es daher zweckmäßig, ein nahezu exaktes Modell der Regelung des Netzstroms und der Zwischenkreisspannung zu erstellen. Eine hochdynamische Regelung ist dann gewährleistet.
In dieser Arbeit werden 3D-Scanner, deren verschiedene Funktionsarten und Einsatz-möglichkeiten vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf medizinischen Anwendungen.
Außerdem wird eine programmierte Ansteuerung in C++ eines 3D-Scanners vom Typ Artec Eva demonstriert. Hierbei werden die mit Qt erstellte GUI und Teile des Quellcodes vorgestellt und erklärt. Ziele der Programmierung waren, außer der Ansteuerung in C++ eine Darstellung mit Hilfe des Visualization Toolkits VTK und es zu ermöglichen, die aufgenommenen Daten auch abspeichern zu können.
Schließlich werden Grundlagen der Kalibrierung und der Koordinatentransformation dargelegt und am Beispiel der Kalibrierung des Artec EVA Scanners exemplarisch aufgezeigt.
Der gesamte Quellcode, welcher im Rahmen dieser Arbeit entstand, ist im Anhang der Arbeit zu finden.
Diese Bachelor-Thesis befasst sich mit der Entwicklung eines Torsomodells, das zur Simulation von Herzkatheteruntersuchungen mit Hilfe von projektorbasierter erweiterter Realität verwendet werden soll. Das zu erstellende Modell beinhaltet ein Herz sowie eine Leistenarterie, welche zum Herzen führt. Aufgrund des zur Verfügung stehenden Budgets konnte lediglich das Herzmodell als 3D-Druck realisiert werden, jedoch nicht das Torsomodell. Hierfür wurde eine Schaufensterpuppe verwendet, da diese zusätzlich zum Kostenpunkt leicht in der Bearbeitung war.
Der Zweck dieser Arbeit ist es zu untersuchen, ob es möglich ist, einen Regelungsalgorithmus in MATLAB zu implementieren mit dem, mit Hilfe des Roboters Baxter von Rethink Robotics eine automatische Ultraschalluntersuchung einer Schilddrüse durchzuführen. Hierzu ist zum einen eine Kraftregelung notwendig und zum anderen eine Regelung der Ausrichtung des Ultraschallkopfes zum Untergrund, da dieser immer senkrecht darauf stehen soll.
Um den implementierten Regelalgorithmus zu optimieren, sind Tests durchgeführt worden, mit denen ermittelt worden ist, wie die Regelparameter einzustellen sind, um gute Ergebnisse zu erzielen. Die einstellbaren Regelparameter sind der Kraftbereich, in dem keine Regelung stattfinden soll, und der Faktor, mit dem der Greifarm des Roboters nach oben und unten verschoben werden soll. Mit den optimalen Werten, die sich durch diese Untersuchung ergeben haben, ist es möglich, die Kraft recht präzise zu regeln, wobei etwa 3 % aller gemessen Kraftpunkte außerhalb der vorgegebenen Kraftgrenzen liegen.
Es ist in der gegebenen Zeit nicht möglich gewesen, beide Teile der Regelung miteinander zu verbinden. Um die Rotation des Greifarmes zu steuern, ist die Berechnung des nötigen Drehwinkels in Abhängigkeit der Y-Kraft vorgesehen gewesen. Dies hat sich jedoch als problematisch erwiesen, da die Kraft, welche gemessen wird, stark schwankt und daher keine ordnungsgemäße Regelung möglich ist. Aus diesem Grund ist zu empfehlen, die Rotationsregelung nicht nur mit Hilfe von Kraftmessungen, sondern auch mit von Kameras aufgenommenen Bilddaten zu steuern.
Diese Untersuchung hat gezeigt, dass die Kraftregelung in der Ebene und bei kleineren Steigungen bis 12° praktikabel ist. Jedoch ist eine vollautomatische Ultraschalluntersuchung mit diesem Regelalgorithmus nicht möglich, da die Ausrichtung des Ultraschallkopfes nicht möglich ist. Es ist allerdings davon auszugehen, dass der Algorithmus funktionieren kann, wenn Bilddaten mit einbezogen werden.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Recherche sämtlicher wesentlicher Informationen und die Entwicklung der Software-Infrastruktur, die zur Erstellung von medizinischen Augmented-Reality-Anwendungen, auf Basis der Datenbrille HoloLens der Firma Microsoft nötig sind. Es soll das Verständnis für digitale Realitäten und Hologramme und die technische Beschreibung der HoloLens vermittelt werden, da dieses Wissen von essentieller Bedeutung ist, wenn Programmieranfänger, aber auch Fortgeschrittene den Einstieg in dieses Thema finden sollen. In dieser Bachelorarbeit werden die Anforderungen an die notwendige Hardware und Software behandelt und auch die Grenzen und Einschränkungen der HoloLens aufgezeigt.