Search

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird die Anwendung von Gradient-Tracking-Verfahren in Multi-Cluster-Spielen untersucht. Neben einer Aufarbeitung relevanter Literatur umfasst die Arbeit einen theoretischen und simulativen Vergleich zwischen zwei bestehenden Gradient-Tracking-basierten Algorithmen. Hierbei wird insbesondere auf die Unterschiede der Kommunikationsarchitekturen eingegangen. In den durchgeführten Simulationen werden die Konvergenzzeiten der Algorithmen in Anwendung auf ein Nash-Cournot-Spiel miteinander verglichen. Es wird deutlich, dass sich eine weniger eingeschränkte Kommunikationsarchitektur zwischen den Clustern positiv auf die Konvergenzzeit auswirkt.

Zusammenfassung Diese Arbeit befasst sich mit der Automatisierung der physikorientierten Modellbildung und des darauf basierenden Beobachterentwurfs. Hierzu werden Port-Hamiltonsche Methoden entwickelt, die erstmals eine durchgängige Automatisierung der Modellbildung und des Beobachterentwurfs für eine große Klasse physikalisch vernetzter Systeme ermöglichen.

Zusammenfassung Gegenstand der Forschungsarbeiten sind Produktionsmittel, die sich durch eine hohe Flexibilität und Adaptivität auszeichnen. Dabei werden Digitale Soll-Zwillinge von Produkt, Prozess, Sensoren und Produktionsmitteln benutzt, damit Arbeitsaufgaben auf Basis von Simulationen automatisiert geplant und optimiert werden können. Ein breites Anwendungsfeld bietet die Montage hochwertiger Industriegüter. Charakteristisch sind hier die zunehmenden Produktvarianten bis zur Stückzahl eins. Das erfordert eine breite Vielfalt an Methoden und Technologien, die von menschengerecht gestalteten Assistenzsystemen in der manuellen und hybriden Montage bis hin zu vollautomatisierten Systemen reichen.

In previous works we discovered that rule-based systems severely suffer in performance when increasing the number of rules. In order to increase the amount of possible boolean relations while keeping the number of rules fixed, we employ ideas from well known Spatial Transformer Systems and Self-Attention Networks: here, our learned rules are not static but are dynamically adjusted to fit the input data by training a separate rule-prediction system, which is predicting parameter matrices used in Neural Logic Rule Layers. We show, that these networks, termed Adaptive Neural Logic Rule Layers, outperform their static counterpart both in terms of final performance, as well as training stability and excitability during early stages of training.

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt die Anwendung zeitdiskreter rekurrenter Fuzzy-Systeme (DRFS) zur Fehlerdetektion und Fehlerisolation. Zum einen wird gezeigt, wie auf Basis datengestützt entworfener DRFS geeignete Residuen gebildet werden können. Zum anderen wird ein Ansatz zur Mehrfehlerisolation mit DRFS präsentiert. Dieser Ansatz basiert auf der Erweiterung klassischer statischer Fuzzy-Systeme zu DRFS. Die Anwendungsmöglichkeiten des Ansatzes werden anhand des Dreitank-Benchmarksystems illustriert.

Zusammenfassung Anwendungen, wie z. B. eine datengetriebene Prozessüberwachung oder eine für die Fertigung kundenindividueller Produkte notwendige wandlungsfähige Produktionstechnik, erzeugen neue und zusätzliche Anforderungen an die Industrielle Kommunikation. Die Kommunikation muss stoßfrei rekonfiguriert werden können, um Plug-and-Play-Dienste zu ermöglichen und so skalierbar und sicher sein, dass eine vertikale Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud möglich wird. Als Basis für ein skalierbares Kommunikationsnetzwerk, welches von verschiedenen echtzeitfähigen oder nicht-echtzeitfähigen Protokollen konvergent genutzt werden kann und so die bisher harte Grenze zwischen IT und Feldebene durchlässig macht, soll Ethernet TSN verwendet werden. Um auch einfache Sensoren ohne Gateways anzuschließen, sollen neue physikalische Übertragungstechnologien, Single Pair Ethernet (SPE) eingesetzt werden. Lange Lebenszyklen von Produktionsanlagen und Automatisierungstechnik führen allerdings dazu, dass die Einführung und Verbreitung neuer Technologien nur langsam erfolgt. Dabei unterliegt die Einführung der genannten Technologien unterschiedlichen Einflüssen: So ist die Einführung von TSN als Netzwerktechnologie gegenüber einer Physical Layer-Technologie, wie Single Pair Ethernet, oder einer Protokolleinführung, wie OPC UA, besonders schwer, da TSN nur dann genutzt werden kann, wenn alle Geräte eines Netzwerkes TSN auch unterstützen. Migrationsstrategien für Feldgeräte sind heute häufig unzureichend. Ein neuer Ansatz für eine verbesserte Migrationsstrategie für Feldgeräte, der die Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene ermöglicht, ist der Ethernet Bridge-Modus „Time Aware Forwarding“. Time Aware Forwarding vereinfacht die Umsetzung von TSN in Feldgeräte mit zwei Ports. Bestehende PROFINET-Hardware und -Geräte erlangen mit diesem Verfahren die geforderten Funktions- und Leistungsmerkmale, wie Synchronität und geplanter Datenverkehr, um mit TSN-Netzwerken zusammenarbeiten zu können.

Innerhalb des BMBF-Forschungsprojektes „Zustandsbewertung und Prozessassistenz für nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle zur Flexibilitätssteigerung in der Produktion (ZuPro2Flex)“ werden Möglichkeiten analysiert, wie sich für unterschiedliche Akteure im produktionstechnischen Umfeld digitale, nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle anwenden lassen. Dabei werden zentrale Fragestellungen zu Geschäftssicherheit und Transparenz durch einen sogenannten digitalen Notar – eine technische Lösung für eine sichere, zustandsabhängige Preisbildung – adressiert.

Zur Durchführung von Serviceaufgaben ist die Navigation eine Basiskompetenz eines mobilen Systems. In dieser Arbeit wird ein trilaterationsbasiertes Navigationssystem auf Ultraschallbasis vorgestellt. Das Lokale Positionsbestimmungs-System LoPS ermöglicht die Bestimmung von Objektpositionen in großen Räumen. LoPS zeichnet sich durch einfache Handhabung und flexible Einsatzmöglichkeiten aus. Bei der Entwicklung wurde großer Wert auf preisgünstige, robuste und unkomplizierte Sensorik gelegt. LoPS wurde als Referenzmesssystem für Roboternavigationsverfahren konzipiert, sein Einsatz ist aber in allen, auf die Bestimmung von kartesischen Koordinaten abzielenden Messaufgaben möglich.

Zusammenfassung Die Automatisierung von Fertigungsabläufen in kleinen und mittleren Unternehmen erfordert Anlagen, die sich zur Produktion kleiner Stückzahlen bis Losgröße 1 automatisch an variierende Werkstücke und Bearbeitungspositionen anpassen. Zur Bearbeitung großer Bauteile werden dabei auf externen Positioniersystemen angebrachte Industrieroboter verwendet. Die damit einhergehende kinematische Redundanz des gesamten Bewegungssystems wird genutzt, um die Bewegungen des Endeffektors optimiert bezüglich verschiedener Gütekriterien zu gestalten. Die dabei erforderliche Bewegungsoptimierung muss echtzeitfähig implementiert und online auf speicherprogrammierbaren Steuerungen ausführbar sein. Dies ermöglicht den Einsatz der Anlage als flexibles Fertigungssystem im Hinblick auf eine kundenindividuelle Variantenfertigung und gewährleistet damit die industrielle Akzeptanz. Der Beitrag stellt den Anwendungsfall des Bahnschweißens vor, in dem zuvor offline geplante Schweißbahnen mit vorgegebener Prozessgeschwindigkeit durchfahren werden sollen. Die Redundanz des Systems wird zur Vermeidung von Singularitäten genutzt. Ferner wird der Abstand zwischen robotergeführtem Werkzeug und dem Werkstück sensiert, sodass die Bewegungen entlang der Werkzeugbahn online geregelt und prozessbedingte Abweichungen kompensiert werden können.

Das Flächengewichts-Querprofil ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal bei der Erzeugung von Papierbahnen, da es unerwünschte Schwankungen des Flächengewichts in der Bahn beschreibt. Diese Schwankungen sollen möglichst gering sein, und daher glättet man sie im allgemeinen mittels einer Querprofilregelung. Für den Entwurf einer solchen Regelung wird ein zeitdiskretes Prozeßmodell mit konzentrierten Parametern benötigt, da die zu regelnde Prozeßgröße, das Flächengewichts-Querprofil, nur in Zeitintervallen und als Vektor von Profilwerten gemessen wird. Ein solches Modell wird in diesem Artikel aus der bereits in [1] aufgestellten zeitkontinuierlichen Prozeßbeschreibung mit verteilten Parametern gewonnen.

Zusammenfassung In diesem Artikel wird eine Reglerentwurfsmethode für polynomiale Systeme mit Stellgrößenbeschränkungen vorgestellt, die auf der Sum-of-squares-Zerlegung von Polynomen basiert. Die betrachteten Regelgesetze bestehen aus einer Komposition der Sättigungsfunktion und einer polynomialen bzw. gebrochen rationalen Funktion. Neben dem Regelgesetz errechnet die Methode eine Abschätzung des Einzugsgebiets. Es werden zwei mögliche Entwurfsziele betrachtet: Die Konvergenzrate und die Größe des Einzugsgebiets. Das dem Entwurf zu Grunde liegende Optimierungsproblem ist multilinear in den Parametern und daher nicht konvex. Deshalb wird ein Algorithmus zur lokalen Optimierung solcher nichtkonvexen Probleme vorgeschlagen, der zur Lösung des zuvor aufgestellten Entwurfsproblems verwendet wird. Anhand eines Beispielsystems werden die Ergebnisse illustriert.

Für das lineare Modell eines hydraulischen Aktors mit Stellgrößenbeschränkung werden verschiedene weiche strukturvariable Regelungen entworfen, die eine außerordentlich schnelle Ausregelung aufweisen. Es wird gezeigt, wie der Aktor auch bei Verwendung eines linearen Zustandsbeobachters stabil und mit hoher Güte geregelt werden kann. Dabei wird die Regelgüte der weichen strukturvariablen Regelungen mit der zeitoptimalen Steuerung und einer linearen Regelung verglichen sowie der Einfluss des Beobachters auf die Regelgüte betrachtet.

Daten sind die Währung der Zukunft. Aber wie gewinnt ein Unternehmen die zahllosen Daten aus seinem Maschinenpark, um die Produktion zu modernisieren? Eine Software hilft: Sie liest die gewünschten Daten aus und stellt sie beliebigen Anwendungen zur Verfügung. Das große Plus: Sie ist besonders flexibel und benutzerfreundlich.

Zusammenfassung Dieser Beitrag stellt eine neue, nichtlineare Anti-Windup-Maßnahme für lineare Systeme vor, die auf der weich strukturvariablen Zustandsregelung mittels impliziter Ljapunov-Funktionen basiert. Durch die variable Struktur des Anti-Windup (AW) kann zum einen die Regelgüte im Vergleich zu linearen AW-Ansätzen beträchtlich gesteigert werden. Der Vorteil gegenüber existierenden strukturvariablen AW-Strategien ist zum anderen ein geringerer Entwurfsaufwand und eine einfacher zu implementierende Regelstrategie bei gleicher Regelgüte, wie anhand eines Beispiel demonstriert wird.

Zusammenfassung Es wird eine systematische Methode zum Entwurf synchronisierender Regler für Systeme in strenger Rückkopplungsform entwickelt. Dabei wird die Äquivalenz unter statischer Zustandsrückführung der gegebenen Systeme zu passiven Systemen ausgenutzt und eine neue Variante des Backstepping-Verfahrens vorgestellt. Es wird gezeigt, dass sich ein Kollektiv identischer Agenten synchronisiert, wenn das Kommunikationsnetzwerk zu allen Zeitpunkten stark zusammenhängend und ausgeglichen ist. Die Methode wird anhand zweier Beispiele illustriert.

Die industrielle Qualitätssicherung mit Bildverarbeitungssystemen stellt hohe, zeitkritische Anforderungen an automatische Inspektionssysteme. Der vorliegende Artikel stellt einen neuartigen Ansatz, basierend auf einer Echtzeit-Konturextraktion und Polygonapproximation mit anschließender schneller Algorithmik zur Verarbeitung der Konturdaten vor. Ausgehend von den bekannten Flächenmomenten wird die Formulierung für Konturen in Form von Linienmomenten vorgenommen. Der Linienmomentenansatz bietet dabei die Möglichkeit, nicht zusammenhängende Konturfragmente ohne geschlossenen Rand als Einheit zu modellieren und bietet damit weitaus mehr Flexibilität als andere konturbasierte Methoden. Auf die schnelle Berechnung der Linienmomente wird eingegangen. Erweiterungen des Linienmomentenansatzes auf verschiedene Momententypen ermöglichen die Berechnung einer Vielzahl von Invarianten bezüglich Translation, Skalierung und Rotation. An zwei Anwendungen wird die Güte der verschiedenen Linienmomenten-Invarianten untersucht und die Erkennungsleistung der Methode herausgestellt.

Zusammenfassung Der Beitrag stellt einen Algorithmus zur Generierung von mehrfach stetig differenzierbaren Trajektorien auf Basis von B-Splines vor, deren Funktionswerte und Ableitungen innerhalb von konstanten Grenzen liegen. Die Trajektorien können für Systeme genutzt werden, bei denen Grenzen in den Ableitungen des Systemeingangs vorliegen. Dies trifft beispielsweise auf Modelle zu, bei denen ein Antrieb mit Begrenzungen in der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung als Systemeingang genutzt wird. Zur Generierung werden Parameter, Startwerte der Trajektorie sowie die konstanten Grenzen benötigt. Eine quadratische Optimierung liefert die Stützpunkte der B-Spline-Kurve, die dadurch definiert ist. Die implizit begrenzten B-Splines können ideal in Optimalsteuerungsproblemen und modellprädiktiven Regelungen als Steuertrajektorie eingesetzt werden. Durch die implizite Berücksichtigung von Nebenbedingungen können ebensolche aus dem eigentlichen Optimierungsproblem entfallen. Daraus resultiert eine Verringerung der Komplexität des Optimalsteuerungsproblems bzw. der modellprädiktiven Regelung was wiederum zu einer schnelleren Berechnungszeit führt. Die implizit begrenzten B-Splines werden im Beitrag vorgestellt und exemplarisch in einer modellprädiktiven Regelung mit einem robotischen System angewandt. Sie führen zu einer deutlich schnelleren Berechnungszeit im Vergleich zur Nutzung von B-Splines mit expliziten Nebenbedingungen im Optimierungsproblem.

Automatisierte, Computer-Vision-gestützte Systeme objektivieren die Qualitätskontrolle in der Automobilproduktion. Augmented-Reality-Technologien des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD vereinen reale und digitale Produktionsumgebung und lassen so auf den ersten Blick Abweichungen zwischen Ist und Soll erkennen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft hat 2019 die Biologische Transformation zu einer strategischen prioritären Forschungsinitiative erklärt. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB leiten diese Initiative. Die Biologische Transformation ist definiert als die systematische Anwendung des Wissens über natürliche Prozesse, die darauf abzielt, ein Fertigungssystem hinsichtlich seiner gesellschaftlichen und geschäftlichen Herausforderungen zu optimieren [1]. Angestrebt ist eine Konvergenz von Bio- und Technosphäre.

Zusammenfassung Der Beitrag behandelt Modelle für Flüssigkeitsfilme in Rohrleitungen. Da sich das Ein-/Ausgangsverhalten von Flüssigkeitsfilmen nur in grober Näherung mit klassischen Transportmodellen beschreiben lässt, werden zwei neue Modelle entwickelt. Letztere basieren auf Liquidelementen und sind auf andere Transportprozesse, bspw. im Verkehrsfluss, übertragbar. Zusammen mit den jeweiligen Modellannahmen führen fundamentale Bilanzgleichungen auf quasilineare partielle Differentialgleichungen erster Ordnung, die mittels des Charakteristikenverfahrens in retardierte Ein-/Ausgangsgleichungen überführt werden. Diese Darstellung ist für den Reglerentwurf und die Simulation vorteilhaft. Der praktische Hintergrund des Beitrags ist der Fallfilmverdampferprozess. Daher werden die beiden Modelle hinsichtlich des beobachteten Ein-/Ausgangsverhaltens von Fallfilmverdampfern verglichen.

Zusammenfassung Im Projekt „Next Generation Train“ (NGT) bündelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) seine Schienenfahrzeugforschung. Der NGT ist ein Konzept für einen energieeffizienten Ultrahochgeschwindigkeitszug mit Einzelrad-Einzelfahrwerken. Diese erfordern eine Regelung der Lateraldynamik, um eine Spurführung mit reduziertem Verschleiß zu ermöglichen. Auf offener Strecke ist die direkte Messung der Querverschiebung schwer zu realisieren. Dieser Beitrag zeigt auf, mit welcher Sensorkonfiguration es möglich ist, die laterale Position durch einen nichtlinearen Beobachter schätzen zu können. Auf Grundlage der nichtlinearen Bewegungsgleichung und ausgewählter Sensorkonfigurationen wird die Beobachtbarkeit analysiert. Abschließend werden ein Extended und ein Unscented Kalman-Filter für die drei Sensorkonfiguration auf einem Echtzeitsystem implementiert und validiert.

This paper presents a motion intention estimation algorithm that is based on the recordings of joint torques, joint positions, electromyography, eye tracking and contextual information. It is intended to be used to support a virtual-reality-based robotic arm rehabilitation training. The algorithm first detects the onset of a reachingmotion using joint torques and electromyography. It thenpredicts the motion target using a combination of eyetracking and context, and activates robotic assistance to-ward the target. The algorithm was first validated offlinewith 12 healthy subjects, then in a real-time robot controlsetting with 3 healthy subjects. In offline crossvalidation,onset was detected using torques and electromyography116msprior to detectable changes in joint positions. Fur-thermore, it was possible to successfully predict a majorityof motion targets, with the accuracy increasing over thecourse of the motion. Results were slightly worse in onlinevalidation, but nonetheless show great potential for real-time use with stroke patients., at - Automatisierungstechnik, 63 (4), ISSN:0178-2312, ISSN:2196-677X

The German Aerospace Center bundles its railway research in the long-term project “Next Generation Train” (NGT). The NGT is a high speed train concept in light-weight design and double-deck configuration. To reduce wheel and rail wear and to enhance the passenger capacity, a mechatronic running gear with independently rotating wheels (IRW) is designed. This configuration requires an advanced control of the lateral dynamics in order to fully exploit the potential in minimizing wear and noise. In terms of a model-based control design, the controller performance highly depends on the estimated lateral position of the running gear relative to the track. In a practical environment it is difficult to directly measure this displacement of the wheel-pair. Therefore this article deals with the question which sensor configuration enables an appropriate estimation of the lateral displacement and is suitable for observer design. Hence, an observability analysis and an observer synthesis to estimate the lateral position for the nonlinear system of the 1:5 scaled hardware running gear is carried out. For validation purposes three estimators are implemented at the real-time environment of the testbed and the estimation errors of the observer configurations are compared.

Additive Fertigungsverfahren (Additive Manufacturing, AM) bieten aufgrund der schichtweisen Generierung von Strukturen eine einzigartige Designfreiheit. Auch die Flexibilität, die Möglichkeit der Funktionsintegration, die Individualisierungsmöglichkeit sowie beschleunigte Innovationszeiten machen die AM zu einer Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0. In der vorgestellten Studie geht es um die künftige Anwendung von AM, insbesondere hinsichtlich der Energie- und Ressourceneffizienz sowie der Wirtschaftlichkeit dieser Technologie.

Smart Services zählen derzeit zu den am meisten diskutierten Themen in deutschen Unternehmen. Für den Maschinenbau bieten sie eine viel versprechende Möglichkeit, das bestehende Dienstleistungsportfolio mithilfe digitaler Technologien zu erweitern und somit neue Geschäftsfelder zu erschließen. Der Beitrag stellt ein aufgabenbasiertes Referenzmodell vor, wie sich Smart Services von der Idee bis zum Markt entwickeln lassen.

In this paper, we introduce the problem of cross-modal visuo-tactile object recognition with robotic active exploration. With this term, we mean that the robot observes a set of objects with visual perception, and later on, it is able to recognize such objects only with tactile exploration, without having touched any object before. Using a machine learning terminology, in our application, we have a visual training set and a tactile test set, or vice versa. To tackle this problem, we propose an approach constituted by four steps: finding a visuo-tactile common representation, defining a suitable set of features, transferring the features across the domains, and classifying the objects. We show the results of our approach using a set of 15 objects, collecting 40 visual examples and five tactile examples for each object. The proposed approach achieves an accuracy of 94.7%, which is comparable with the accuracy of the monomodal case, i.e., when using visual data both as training set and test set. Moreover, it performs well compared to the human ability, which we have roughly estimated carrying out an experiment with ten participants.

Von der Waschmaschine über Blutdruckmessgeräte bis hin zu Wearables – Mikrocontroller sind in fast jedem technischen Gerät verbaut. Mit „AIfES“ ist Forscherinnen und Forschern am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg jetzt die Entwicklung einer sensornahen Künstlichen Intelligenz für Mikrocontroller und eingebettete Systeme gelungen, die ein voll konfigurierbares künstliches neuronales Netz umfasst. AIfES soll die Möglichkeit bieten, kleine intelligente Mikroelektroniken und Sensoren zu entwickeln, die keine Verbindung zu einer Cloud oder zu leistungsfähigeren Computern benötigen und sogar in der Lage sind, selbst zu lernen.

Mixed effect modeling is widely used to study cell-to-cell and patient-to-patient variability. The population statistics of mixed effect models is usually approximated using Dirac mixture distributions obtained using Monte-Carlo, quasi Monte-Carlo, and sigma point methods. Here, we propose the use of a method based on the Cramér-von Mises Distance, which has been introduced in the context of filtering. We assess the accuracy of the different methods using several problems and provide the first scalability study for the Cramér-von Mises Distance method. Our results indicate that for a given number of points, the method based on the modified Cramér-von Mises Distance method tends to achieve a better approximation accuracy than Monte-Carlo and quasi Monte-Carlo methods. In contrast to sigma-point methods, the method based on the modified Cramér-von Mises Distance allows for a flexible number of points and a more accurate approximation for nonlinear problems.

Das stetig zunehmende durchdringen der Produktionstechnik mit modernen Komponenten der Informations- sowie Kommunikationstechnik bewirkt, dass bereits heute eine große Menge unterschiedlicher Daten mit einem direkten oder indirekten Bezug zur Produktion für das Erfassen und Verarbeiten zur Verfügung stehen. Damit gewinnt die Ressource „Daten“ konstant an Bedeutung. Aber wie lassen sich diese Daten erfassen, verarbeiten und als Informationen so zur Verfügung stellen, dass diese in komplexen Produktionsszenarien unterstützend wirken?

Bei der Störungsbehebung verfahrenstechnischer Anlagen geht derzeit, unter anderem für das Zusammentragen von Dokumenten und das Nachfragen bei erfahrenen Mitarbeitern, viel Zeit verloren. Das wichtige Erfahrungswissen der Mitarbeiter aus Instandhaltung und Produktion ist enorm gefährdet, denn es ist bei Krankheit nicht verfügbar oder geht beim Ausscheiden aus dem Betrieb ganz verloren. Hier können Industrie 4.0-Lösungen helfen. Einen Beitrag dazu leistet ein Forschungskonsortium, bestehend aus dem Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, der Procad GmbH & Co. KG, der Fasihi GmbH, der GESA Automation GmbH, der CeH4 technologies GmbH, der IPT Gesellschaft für Innovative Particle mbH, der Mitteldeutsches Bitumenwerk GmbH sowie der Robeta-Holz OHG.

To bridge the gap between users' expectations and technological solutions, a better understanding of human body experience and sensory-motor skills is mandatory. This could pave the way towards a novel generation of robotic hands, which can be successfully employed in everyday life e.g. in prosthetics and assistive robotics. Available robotic hands are still far from matching the requirements of the corresponding experimental and real-world applications, e.g. fast motions might be achieved at the expense of accuracy. Knowledge of the users' sensory-motor skills can guide technical developments, e.g. prosthetic design processes. This paper presents design solutions developed in a Delphi study. Explorative questionnaires are prepared to acquire and elaborate expert opinions to improve the design of previously developed robotic anthropomorphic hands. By gathering and fusing expert opinions, novel robotic hand and wrist concepts specifically optimized regarding body experience and sensory-motor skill ...

A multipath mitigation technique for GNSS is proposed.The technique exploites the change of polarization when a signal is reflected.A novel statistic based on the outputs of a correlator bank is introduced to estimate the multipath DoA and polarization.Applying the technique increases the estimation performance in the case of highly temporally or spatially correlated multipath and line-of-sight signal. This paper treats the problem of line-of-sight (LOS) parameter estimation in strong multipath environments. In the case of highly temporally and spatially correlated LOS and multipath signals, such as urban canyons, common multipath mitigation methods are highly degraded, as signal separation cannot be performed in the spatio temporal domain. In this case, we exploit the LOS and multipath polarization diversity to decouple the signals using an antenna array with right-hand-circular polarization (RHCP) and left-hand-circular polarization (LHCP) feeds. The multipath direction- of-arrival (DOA) and polarization coefficients can effectively be estimated from the LHCP spatial covariance matrix. The LOS DOA can be estimated from the RHCP spatial covariance matrix. The spatial covariance matrices are calculated from the outputs of a matched correlator bank. The DOA and polarization estimates are used to implement a dual polarization beamformer, which maximizes the LOS energy and suppresses multipath energy over both polarizations. The LOS time-delay is estimated from the beamformer output with a maximum-likelihood estimator with a significantly reduced number of parameters and computational complexity in comparison to a full model estimator. Simulation results for GPS show that the proposed dual polarization beamforming algorithm performs better than an equivalent single-polarization beamformer in a dense multipath environment.

at - Automatisierungstechnik, 58 (5), ISSN:0178-2312, ISSN:2196-677X

Hartmetalle zeichnen sich durch ein einzigartiges Eigenschaftsbild aus. Sie besitzen eine hohe Härte bei einer guten Bruchzähigkeit und kommen wegen ihrer Eigenschaften oft bei Schneid- und Formgebungsanwendungen zum Einsatz. Additive Fertigungsverfahren wie das 3D-Binder-Jetting können helfen, deren Herstellung kostengünstiger zu gestalten.

Passgenaue digitale Lösungen für eine resiliente Produktion stehen im Fokus der Forschungsarbeiten zum „Presswerk 4.0“ am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Auf Basis einer intelligenten Vernetzung von Mensch und Produktionssystem schaffen die Wissenschaftler modulare Bausteine für eine schrittweise Digitalisierung kompletter Presswerke. Ziel ist eine effiziente, flexible Fertigung bei volatiler Nachfrage.

Zusammenfassung Während Computer-assistierte Inspektionsplanung (Computer Aided Inspection Planning, CAIP) für mechanische Inspektionsaufgaben Stand der Technik ist, findet sie im Bereich von Entwurf und Umsetzung von Systemen der industriellen Bildverarbeitung (IBV) noch keine breite Anwendung. Dieser Beitrag stellt ein Konzept und die beispielhafte Implementierung vor, wie durch Anreicherung von STEP-CAD-Daten mit Oberflächeneigenschaften von Bauteilen und der Einbettung von Toleranzangaben die Ausgangsbasis für eine semi-automatische Erstellung und Optimierung von Konfigurationsvorschlägen für Bildverarbeitungssysteme in Interaktion mit einem Systemexperten erreicht wird.

Zusammenfassung Durch die Beeinflussung des elektrischen Verbrauchs mittels Preiszeitreihen (Demand Response) können zusätzliche Flexibilitätspotentiale für die Energieversorgung erschlossen werden. Durch die Einführung von Demand Response ergeben sich jedoch neue Anforderungen an die Lastprognose. Dieser Beitrag befasst sich mit der Modellierung von preisbeeinflusstem Verbrauchsverhalten (PVV) und stellt einen neuen Prognoseansatz vor.

Zusammenfassung Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts Agent.HyGrid werden vereinheitlichte Energie-Agenten als Steuerungslösung für hybride Energiesysteme und -netze entwickelt und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht. Hierbei werden sowohl vereinheitlichte Daten- und Verhaltensmodelle entwickelt als auch ein Referenz- und Entwicklungsprozess entworfen. Mit diesem durchgehenden Entwicklungsprozess soll die Anwendung der Energie-Agenten, angefangen von der Planungs- und Simulationsphase bis hin zum realen Einsatz im physischen Vor-Ort-System, ermöglicht werden. Als Energie-Agent wird dabei grundsätzlich ein autonomes, dezentral operierendes Software-System verstanden, das unabhängig von der Sparte bzw. vom Energieträger auf mehreren Ebenen eines Energie-Verteilnetzes eingesetzt werden kann. Durch die Kombination unterschiedlicher Energieträger sollen insbesondere volatile Energieerzeugungsanlagen, wie Windkraft- und Solaranlagen, besser ins Energienetz integriert werden. Die Herausforderungen des Projekts liegen vor allem in der vereinheitlichten Modellierung unterschiedlicher Energieträger und -umwandlungsanlagen sowie in der Überbrückung der Lücke zwischen Simulation und der realen Anwendung vor Ort. Dieser Artikel stellt die bisherigen Erkenntnisse in Hinblick auf die Anwendung des Entwicklungsprozesses und des einheitlichen Datenmodells dar.

One of the central research challenges in the Internet of Things and Ubiquitous Computing domains is how users can be enabled to “program” their personal and industrial smart environments by combining services that are provided by devices around them. We present a service composition system that enables the goal-driven configuration of smart environments for end users by combining semantic metadata and reasoning with a visual modeling tool. In contrast to process-driven approaches where service mashups are statically defined, we make use of embedded semantic API descriptions to dynamically create mashups that fulfill the user’s goal. The main advantage of our system is its high degree of flexibility, as service mashups can adapt to dynamic environments and are fault-tolerant with respect to individual services becoming unavailable. To support users in expressing their goals, we integrated a visual programming tool with our system that allows to model the desired state of a smart environment graphically, thereby hiding the technicalities of the underlying semantics. Possible applications of the presented system include the management of smart homes to increase individual well-being, and reconfigurations of smart environments, for instance in the industrial automation or healthcare domains.

Der Beitrag beschreibt, wie Windmessungen mit LIDAR in einer Vorsteuerung verwendet werden können, um die Drehzahlschwankungen und damit die Belastungen von Windenergieanlagen zu reduzieren. Kernstück dieser Vorsteuerung ist ein Filter, der adaptiv auf die aktuellen Messungen eingestellt werden muss, da sich die Prädiktionszeit und die Korrelation zwischen Vorhersage und Anlagenverhalten kontinuierlich ändern. Die Ergebnisse werden mit Messdaten einer 5MW Anlage validiert., This paper presents how LIDAR measurements can be used in a feed forward control to reduce rotor speed variation and loads on wind turbines. Core of this control strategy is an adaptive filter that takes into account the continuous changes in the prediction time and in the correlation between the turbine reaction and the preview. Results will be validated with measurement data of a 5MW wind turbine.

Zusammenfassung Der vorliegende Artikel leistet einen Beitrag zur systematischen Untersuchung nichtlinearer Systeme bezüglich Flachheit. Es wird ein Algorithmus vorgeschlagen, der ausgehend von einer Linearisierung um eine beliebige Trajektorie eine sog. unimodulare Vervollständigung der Tangentialsystemmatrix liefert. Um Flachheit schließlich nachzuweisen und einen flachen Ausgang des nichtlinearen Systems zu bestimmen, muss diese Vervollständigung zusätzlich bestimmten Integrabilitätsbedingungen genügen. Unter Zuhilfenahme einer frei verfügbaren Implementierung des Algorithmus wird die systematische Flachheitsuntersuchung am Beispiel des Brückenkrans ausführlich demonstriert. Weiterhin ergeben sich in einigen Fällen erhebliche Vereinfachungen, was beispielhaft am kinematischen Fahrzeugmodell gezeigt wird.

Additive Fertigungsverfahren – oft auch als 3D-Druck bezeichnet – bieten die Möglichkeit einer werkzeugfreien Herstellung von Bauteilen mit extremer geometrischer Komplexität, wie sie über sonstige Formgebungsmethoden nicht erreichbar ist. Da bei der additiven Fertigung der Aufbau von Bauteilen aus einem CAD-Datensatz schichtenweise erfolgt, wird es möglich, neue Komponenten nicht wie bislang üblich fertigungsgerecht, sondern anwendungsgerecht zu konstruieren und zu bauen. Darüber hinaus arbeiten diese Verfahren besonders materialsparend, weil nur dort Material aufgetragen wird, wo es im gewünschten Bauteil tatsächlich notwendig ist.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden betreibt anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung in den Bereichen Laser- und Oberflächentechnologie. Schwerpunkte sind das Laserschweißen, -schneiden, -beschichten, -härten und -reinigen, die Oberflächen- und Dünnschichttechnik, Gasphasenprozesse, das Prozess-Monitoring sowie die Nanopartikeltechnologie.

Anforderungen an Umwelt- und Klimaschutz, wachsender Energiebedarf, steigende Energiekosten sowie die Erhöhung der Sicherheit bilden den Ausgangspunkt für Forschungstätigkeiten im maritimen Sektor. Im Rahmen des Verbundprojekts „INKOV – Entwicklung innovativer Kolben- und Ventillösungen mit Werkstoffverbunden in Schiffsmotoren“ werden metallische Werkstoffverbunde entwickelt und untersucht, mit deren Einsatz in Großdieselmotoren Stickoxid-Emissionen verringert werden sollen [1].

In den vergangenen Jahren wächst das Interesse an Stahlblechwerkstoffen mit hohen und höchsten Festigkeitsniveaus in der Automobilindustrie. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, gleichzeitig aber auch eine ausreichende Formgebung zu ermöglichen, hat die Stahlindustrie eine neue Klasse von hoch- und höchstfesten Stählen entwickelt: die auf einem Fe-Mn-Legierungssystem basierenden TWIP-Stähle (Twinning Induced Plasticity). Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM entwickelt in einem laufenden Projekt mit fünf weiteren Partnern ein Werkstoffmodell, das die speziellen Eigenschaften dieser Werkstoffklasse berücksichtigt. Es soll eine genauere Auslegung von Blechumformprozessen und Bauteilbewertungen als bisher ermöglichen.

Zusammenfassung In diesem Beitrag wird eine neuartige Methode zur parametrischen Modellordnungsreduktion paretooptimaler Systeme vorgestellt. Mit dieser Methode können die komplexen Modelle, die im Rahmen selbstoptimierender Systeme auftreten, gezielt vereinfacht werden. Das herausragende Merkmal der entwickelten Methode besteht in der engen Verzahnung der Verfahren der parametrischen Modellordnungsreduktion mit der hierarchischen Optimierung auf der einen Seite und dem Konzept der hierarchischen Modellierung mechatronischer Systeme auf der anderen Seite. Der Beitrag enthält einen Überblick über die eingesetzten Verfahren und demonstriert die Methode am Beispiel eines Prüfstands für die aktive Federung eines Schienenfahrzeugs.

Trotz bedeutenden technischen Fortschritten in der Robotik-Welt, existieren immer noch viele Aufgaben, die schwer zu automatisieren sind und ohne menschliche Unterstützung nicht optimal realisierbar wären. Zahlreiche Anwendungsbeispiele, zum Beispiel komplexe Montage- und Handhabungsvorgänge, für welche bisher noch keine ausreichenden technischen und wirtschaftlichen Konzepte für eine flexible Automatisierung geschaffen wurden, zeigen den dringenden Bedarf an neuen Konzepten und Lösungen. Die bisherigen Entwicklungen bieten eine solide technologische Basis für die Realisierung verschiedener Interaktionsszenarien in der Industrie. Viele derzeit laufende Forschungsaktivitäten konzentrieren sich mehr auf die menschlichen Aspekte, wie Ergonomie, gegenseitiges Mensch-Roboter-Bewusstsein, Vertrauen zu interaktiven Systemen, Akzeptanz, Training und so weiter, sowie auf die Entwicklung praktischer Metriken zur Bewertung der interaktiven Roboter-Systeme.

Resistives Punktschweißen ist in der Fahrzeugfertigung eines der gängigsten und preiswertesten Fügeverfahren zum Verbinden von Karosserieteilen. Die Qualitätsanforderungen in der Massenfertigung sind hoch, denn Stabilität und Sicherheit des Fahrzeugs hängen vom ordnungsgemäßen Schweißen ab. Im modernen Fahrzeugbau werden vermehrt verzinktes Stahlblech oder sogar Aluminium basierte Leichtmetalllegierungen verwendet. Im Gegensatz zu einfachem Stahlblech werden die Schweißelektroden hierdurch wesentlich stärker belastet und müssen daher häufiger gewartet werden. In Verbindung mit der Entwicklung von Werkzeugen für die vollautomatische Reinigung, Formierung und den Wechsel der Elektrodenspitzen kann ein am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickeltes optisches Sensorsystem den Zustand der Elektrodenspitzen überwachen und so dazu beitragen, Stillstandzeiten und fehlerhafte Fertigung zu vermeiden.