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Die Positionierung mobiler Systeme mit hoher Genauigkeit ist eine Voraussetzung für intelligentes autonomes Verhalten, sowohl in der Feldrobotik als auch in industriellen Umgebungen. Dieser Beitrag beschreibt den Aufbau einer Roboterplattform und ihre Verwendung für den Test und die Bewertung von Kalman-Filter-Konfigurationen. Der Aufbau wurde mit einem mobilen Roboter Husky A200 und einem LiDAR-Sensor (Light Detection and Ranging) realisiert. Zur Verifizierung des vorgeschlagenen Aufbaus wurden fünf verschiedene Szenarien ausgearbeitet. Mit denen wurden die Filter auf ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Genauigkeit der Positionsbestimmung getestet.
Evaluierung von Kalman Filter Konfigurationen zur Roboterlokaliserung mittels Sensordatenfusion
(2023)
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Konfigurationen der von Tom Moore, für das Robot Operating System, entwickelte Kalman-Filter vorgestellt. Diese bilden die Grundlage für eine Lokalisierung mittels Sensorfusion in dem verwendeten ROS-Framework. Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau und die Verifikation einer Lokalisierung für ein mobiles Robotersystem Husky A200 der Firma Clearpath Robotics. Hierzu wurden die Möglichkeiten des bestehenden Systems untersucht und mehrere Versionen von Lokalisierungsfiltern konfiguriert. Am an Ende, wird eine Verifikation der Ergebnisse in verschiedenen Szenarien gegeneinandergestellt. Hierzu werden die Ergebnisse einer Variante des Extended Kalman-Filters in 2D (EKF2D), eine Variante des Unscented Kalman-Filter in 2D (UKF2D) und eine Variante des Extended Kalman-Filters in 3D (EKF3D) verifiziert und verglichen. Die Untersuchungen ergaben das der EKF2D die besten und robustesten Ergebnisse für eine Lokalisierung erbringt, trotz, im Vergleich zu der UKF2D Variante, 17,3 % höhere Endpositionsabweichung aufweist. Die in diesem Projekt gewählte EKF3D Konfigurationsvariante eignet sich, wegen seinen starken Ungenauigkeiten in der Höhenbestimmung nicht für eine aussagekräftige Positionsbestimmung.
Mit der Implementierung sowie einer anschließenden aussagekräftigen Evaluierung, soll das, visuelle-inertiale Kartierungs- und Lokalisierungssystem maplab analysiert werden. Hierbei basiert die Kartierung bzw. Lokalisierung auf der Detektion von Umgebungsmerkmalen. Neben der Möglichkeit der Kartenerstellung besteht ferner die Option, mehrere Karten zu fusionieren und somit weitreichende Gebiete zu kartieren sowie für weitere Datenauswertungen zu nutzen. Aufgrund der Durchführung und Bewertung der Ergebnisse in unterschiedlichen Anwendungsszenarien zeigt sich, dass maplab besonders zur Kartierung von Räumen bzw. kleinen Gebäudekomplexen geeignet ist. Die Möglichkeit der Kartenfusionierung bietet weiterhin die Option, den Informationsgehalt von Karten zu erhöhen, welches die Effektivität für eine anschließende Lokalisierung steigert. Bei wachsender Kartierungsgröße hingegen zeigt sich jedoch eine Vergrößerung geometrischer Inkonsistenzen.
The visual-inertial mapping and localization system maplab is analyzed by its implementation and subsequent evaluation. The mapping or localization is based on environmental feature detection. In addition to creating maps, there is also the option of fusion of several maps and thus mapping extensive areas and using them for further analysis of data. In this way, various software tools can be used to optimize the existing data sets.
Two sensor components are needed: an inertial measuring unit (IMU) and a monochrome camera, which are combined by a hardware rig and put into operation for the analysis of the visual-inertial system. System calibration is crucial for precision and system functioning and is based on nonlinear dynamic state estimation. This ensures the best possible estimate of the position of the environmental feature and the map. Maplab is particularly suitable for mapping rooms or small building complexes as the implementation and evaluation of the results in different application scenarios show. Special emphasis is laid on the evaluation of larger scenarios, in which is shown, that the system is struggling to keep up geometric consistencies and thus provide an accurate map.
Bei dem vorgestellten Ansatz soll der Auftreffpunkt des Pfeils durch die Kreuzkorrelation von Audio-Signalen bestimmt werden. Das Auftreffen des Pfeils erzeugt ein charakteristisches Geräusch, welches von mehreren Mikrofonen in bestimmter Anordnung um die Dartscheibe herum in elektrische Signale umgewandelt wird. Mithilfe der Schallgeschwindigkeit und den Zeitdifferenzen, welche die Schallwelle zu den einzelnen Mikrofonen benötigt soll dann der Auftreffpunkt berechnet werden.
Als Einstieg in den Diskurs über zivile Netzwerktechnologien, mobile Geräte, Onlinedienste und die Frage, wie sich die „Kirche der Zukunft“ (zumindest aus medienwissenschaftlicher Sicht) positionieren kann, dienen drei Zitate. Die Gegenüberstellung der darin vertretenen Positionen soll den Nutzen und die Folgen der zunehmend vollständigen Durchdringung (fast) aller Lebensbereiche mit Digitaltechnik für den Einzelnen wie für die Gesellschaft aufzeigen.
Smart Home-/Smart-Building-Anwendungen sind ein stetig wachsender Markt. Smart Gardening ist ein Beispiel dafür, Nutzern mehr Komfort und eine bessere Lebensqualität zu Hause oder in Bürogebäuden zu ermöglichen. Im Rahmen dieses Beitrags wird die Entwicklung eines Indoor-Smart-Gardening-Systems mit dem Fokus auf energieautarkes Arbeiten vorgestellt. Herzstück des Systems ist ein 3D-gedruckter Blumentopf für einzelne Pflanzen mit integrierter Elektronik zum Monitoring der wichtigsten Pflanzenparameter und einem integrierten Wasserreservoir mit Tauchpumpe für das automatisierte Bewässern der Pflanze. Energy Harvesting per Solarzellen ermöglicht ein energieautarkes Arbeiten des Blumentopfes. Eine selbstentwickelte Low-Power-Funkschnittstelle im Blumentopf und ein externes Gateway ermöglichen die drahtlose Vernetzung mehrerer Pflanzen. Das Gateway dient zur Auswertung der Pflanzenparameter, der Ansteuerung der im Netzwerk vorhandenen Blumentöpfe und als Benutzerinterface.
Kleinstlebewesen vorgestellt, das Vitalparameter erfasst und diese in einem FRAM-Speicher bis zum Auslesen abspeichert. Durch eine drahtlose RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle kann die erfasste Körpertemperatur und der Puls der letzten Wochen ausgelesen werden. Alle Einstellungen des Messsystems können durch einen geeigneten RFID-Reader für Laptops oder durch Smartphones über die NFC-Schnittstelle geändert werden. Das vollständige Aufladen des nur 3 g leichten und 15 mm x 25 mm großen Messsystems erfolgt durch eine selbstgedruckte RFID-Reader-Antenne in Verbindung mit einem RFID-Reader und benötigt hierzu weniger als 21 Stunden. Bei vollständig aufgeladenem Energiespeicher ist ein Betrieb von 47 Tagen möglich. Dies wird durch ein speziell für das Messsystem konzipiertes Lade- und Powermanagement erreicht. Neben der Auswahl von energiesparenden Komponenten für die Hardware und deren bestmöglichen Nutzung, wurde die Software so optimiert, dass das Programm schnell und stromsparend abgearbeitet wird. Die Erweiterbarkeit und Anpassung wird durch das modulare Konzept auch in anderen Bereichen gewährleistet.
Hintergrund: Die Pulmonalvenenisolation (PVI) mit Hilfe von Kryoballonkathetern ist eine anerkannte Methode zur Behandlung von Vorhofflimmern (AF). Diese Methode bietet eine kürzere Behandlungsdauer als die klassische Therapie durch die Hochfrequenzablation (HF). Ziel dieser Studie war es, verschiedene Kryoballonkatheter, HF-Katheter und Ösophaguskatheter in ein Herzrhythmusmodell zu integrieren und mittels statischer und dynamischer Simulation elektrische und thermische Felder bei PVI unter Vorhofflimmern zu untersuchen.
Methodik: Die Modellierung und Simulation erfolgte mit der elektromagnetischen und thermischen Simulationssoftware CST (CST Darmstadt). Zwei Kryoballons, ein HF-Ablationskatheter und ein Ösophaguskatheter wurden auf der Grundlage der technischen Handbücher der Hersteller Medtronic und Osypka modelliert. Der 23 mm Kryoballon und ein kreisförmiger Mappingkatheter wurden in das Offenburger Herzrhythmusmodell integriert, insbesondere die left inferior pulmonary vein (LIPV) zur Simulation der thermischen Feldausbreitung während einer PVI. Die Simulation einer PVI mit HF-Energie wurde mit dem integrierten HF-Ablationskatheter in der Nähe der LIPV durchgeführt. Der im Herzrhythmusmodell platzierte TO8 Ösophaguskatheter ermöglichte die Ableitung linksatrialer elektrischer Felder bei AF und die Analyse thermischer Felder während PVI.
Ergebnisse: Elektrische Felder konnten bei Sinusrhythmus und AF mit einem AF-Fokus in der LIVP statisch und dynamisch im Herzen und Ösophagus simuliert werden. Bei einer simulierten 20 Sekunden Applikation eines Kryoballon-Katheters bei -50°C wurde eine Temperatur von -24°C in einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard gemessen. In einer Tiefe von 1 mm betrug die Temperatur -3°C, bei 2 mm Tiefe 18°C und bei 3 mm Tiefe 29°C. Unter der 15 sekündigen Anwendung eines HF-Katheters mit einer 8-mm-Elektrode und einer Leistung von 5 W bei 420 kHz betrug die Temperatur an der Spitze der Elektrode 110°C. In einer Tiefe von 0,5 mm im Myokard betrug die Temperatur 75°C, in einer Tiefe von 1 mm 58°C, in einer Tiefe von 2 mm 45°C und in einer Tiefe von 3 mm 38°C. Im Ösophagus konnte bei den meisten Simulationen eine konstante Temperatur von 37°C gemessen und die Gefahr einer Ösophagus-Fistel ausgeschlossen werden. Bei Kryoablation der LIPV wurde eine Abkühlung des Ösophagus auf 30°C gemessen.
Schlussfolgerungen: Die Herzrhythmussimulation elektrischer und thermaler Felder ermöglichen mit Anwendung unterschiedlicher Herzkatheter eine statische und dynamische Simulation von PVI durch Kryoablation, HF-Ablation und Temperaturanalyse im Ösophagus. Unter Einbeziehung von MRT- oder CT-Daten können elektrische und thermale Simulationen möglicherweise zur Optimierung von PVIs genutzt werden.
An international study summarizes the threat situation in the OT environment under the heading "Growing security threats" [1]. According to this study, attacks on automation systems are likely to increase in the future. Accordingly, an automation system must be able to protect the integrity of the transmitted information in the future. This requirement is motivated, among other things, by the fact that the network-side isolation of industrial communication systems is no longer considered sufficient as the sole protective measure. This paper uses the example of PROFINET to show how the future requirements for a real-time communication protocol can be met and how they can be derived from the IEC 62443 standard.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.
Zeitliche Anpassung führt zu verbesserter Schalllokalisation bei bimodal versorgten CI-/HG-Trägern
(2021)
Bei bimodal versorgten Cochlea-Implantaten (CI) / Hörgerät (HG)-Trägern entsteht durch die unterschiedliche Signalverarbeitung der Geräte eine konstante interaurale Zeitverzögerung in der Größenordnung von mehreren Millisekunden. Für MED-EL CI-Systeme in Kombination mit verschiedenen HG-Typen haben wir den jeweiligen Device-Delay-Mismatch quantifiziert. In der aktuellen Studie untersuchen wir den Einfluss der Device-Delay-Mismatch bei simulierten und tatsächlichen bimodalen Hörern auf die Genauigkeit der Schalllokalisation.
Um den Device-Delay-Mismatch bei bimodal versorgten Patienten zu verringern, haben wir die CI-Stimulation um die gemessene HG-Signallaufzeit und zwei weitere Werte verzögert. Nach einer Angewöhnungsphase war der effektive Winkelfehler bei Verzögerung um die HG-Signallaufzeit hochsignifikant reduziert im Vergleich zu der Testkondition ohne CI-Verzögerung (mittlere Verbesserung: 11 % ; p < .01, Wilcoxon Signed Rank Test). Aber auch mit den beiden weiteren Verzögerungswerten wurden Verbesserungen erreicht. Anhand der Ergebnisse lässt sich der optimale patientenspezifische Verzögerungswert näher eingrenzen.