Labor für Robotik

Offene Projekt- und Abschlussarbeiten

Digitalisierung analoger Spieleberichte in Ballsportarten

Digitalisierung analoger Spieleberichte in Ballsportarten

Beschreibung 
Gerade in den unteren Ligen von Ballsportarten liegt selten ein digitales System vor, das den Sport-lern ein Interface zur digitalen Erfassung eines Punktestands ermöglicht. Oft ist dies auch nicht er-wünscht und wird in analoger Form durchgeführt. Trotz alledem müssen die Daten zur Kontrolle digital erfasst werden, was einen recht hohen Zeitaufwand mit sich bringt.
Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines Systems, welches mittels eines vorher trainierten Systems eine Handschrift-Erkennung der Spielernamen und des Punktestand durchführt. Das Training des Systems sollte nicht auf Zeichen-, sondern auf Namensbasis erfolgen, um die Erfolgsquote zu ma-ximieren. Als Post-Processing sollten die Spieldaten auf der Basis von einfachen Regeln geprüft werden.

Anforderungen(Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematiken OpenCV und Handschrifterkennung
  • Hardwareanforderungen aufstellen
  • Vorsegmentierung der Trainingsdaten (vorzugsweise dynamisch mittels Masken)
  • Erstellung und Trainieren eines ML-Systems
  • Entwurf und Entwicklung eines Programms
    • Entgegennahme eines Bildes
    • Segmentierung der einzelnen Bereiche
    • Digitalisierung der handschriftlichen Namen und Zahlen
    • Zuordnen der digitalen Werte
    • Visualisierung dieser Daten und Exportierung in Datenbank oder Datei
    • Prüfen der Ergebnisse auf Richtigkeit
  • Validierung des Systems

Vorteilhafte Vorkenntnisse(optional):

  • Grundkenntnisse zu OpenCV
  • Java/Python/C++

Randbedingungen
Teamprojekt von ca. 2-3 Personen
Bachelorabschlussarbeit

Weitere Informationen/Links
https://www.docs.opencv.org/trunk/d8/d4b/tutorial_py_knn_opencv.html 
 

 

 

DIY 3D-Drucker – Modularer 3D-Drucker im Eigenbau

Beschreibung

3D Drucker sind teuer und unterstützen i.d.R. nur einen Datentyp.
Als Eigenbaudrucker kann man diesen nach seinen Wünschen auslegen und erweitern, sowie unterstützte Protokolle selbst festlegen und definieren.

Anforderungen (Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik 3D-Drucker, Schrittmotoren und RaspberryPi
  • Hardwareanforderung aufstellen (beliebig Erweiterbar, z.B. durch Scanner/Laserengraver)
  • Auswahl von notwendigen Libraries und Protokollen
  • Aufbau eines Druckers im Labor Robotik
  • Entwurf und Entwicklung eines Druckerservers inkl. Ansteuerung der Hardware
    • Anfahren beliebiger Positionen im Konfigurationsraum (x,y,z,θ)
    • Drucken über Netzwerk und Dateien
    • Bereitstellen einer API für externe Sensoren/Aktoren
  • Validierung des Aufbaus durch verschiedene Testdrucke

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Grundkenntnisse zum Thema RaspberryPi
  • C++
  • Keine Angst vor Hardware

Randbedingungen:

Teamprojekt von ca. 3-4 Personen

Weitere Informationen/Links

https://www.pinterest.de/explore/diy-3d-drucker/
https://praxistipps.chip.de/3d-drucker-selber-bauen-3-empfehlenswerte-bausaetze_96133

Dokumenten Lesehilfe für Sehbehinderte

Beschreibung 
Barrierefreiheit ist nicht nur ein Stichwort für Rollstuhlfahrer, sondern auch für Menschen die eine mas-sive Einschränkung der visuellen Wahrnehmungsfähigkeit besitzen. Hierbei geht es nicht nur um das Lesen einer Zeitung, sondern auch um das Ausfüllen von Formularen.
Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung einer modernen Lesehilfe für sehbehinderte Menschen. Dies könnte beispielsweise eine ein großer Monitor oder Leinwand sein, der mittels einer Kamera ein Dokument aufnimmt und dieses Live auf einem Monitor in stark vergrößerter Form wiedergibt. Um jedoch nicht nur visuell eine Hilfe zu sein, soll z.B. mittels OpenCV eine Texterkennung durchgeführt werden, sodass der Nutzer sich Stellen eines Dokuments vorlesen lassen kann.

Anforderungen (Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik RaspberryPi, OpenCV und OCR
  • Erstellung von Anwendungsszenarien
    • Art der Interaktion
    • Formen der Unterstützung (Touch, Joystick, Stift, …)
  • Hardwareanforderungen aufstellen
  • Erstellung eines Testaufbaus
  • Entwurf und Entwicklung eines Linux-Daemons
    • Auf einem RaspberryPi
    • Wiedergabe eines Kamerabildes auf dem Monitor
    • Realisierung der Interaktionen
    • Teilen des Bildschirms, um externe Hilfe beantragen zu können 
  • Validieren des Testszenarios unter Betrachtung der Zeitverzögerung

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Grundkenntnisse über RaspberryPi/Linux

Randbedingungen
Teamprojekt von ca. 2-3 Personen
Bachelorabschlussarbeit

Weitere Informationen/Links
https://docs.opencv.org/trunk/d4/d61/group__text.html 
 

Indoor-Kartographierung durch Drohnen mittels stereoskopischem S.L.A.M.

Beschreibung 
Zur Kartographierung von mehreren Räumen gibt es verschiedene Möglichkeiten diese auf analoge und digitale Form zu vermessen und abzuspeichern. Einfacher geht es natürlich, wenn anstelle klassischer Messverfahren eine Drohne eingesetzt wird, welche die Messung autonom vornimmt.
Mittels der Drohne Parrot Bebop und der Drohnenerweiterung S.L.A.M.-Dunk kann durch Verwendung des stereoskopischem S.L.A.M. u.a. diese Aufgabe durch die Implementierung eines Behaviors gelöst werden. Dank dem Einsatz von ROS kann die Erweiterung nicht nur die aktuelle Pose der Drohne im Raum ohne GPS bestimmen, sondern diese auch direkt au-tonom steuern. Die Visualisierung kann im Hinblick auf ROS ebenfalls in Echtzeit auf einem weiteren Endgerät angezeigt werden. 

Anforderungen(Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik ROS, (3D-)S.L.A.M. und Parrot SLAM-Dunk
  • Testaufbau mit Sensorprüfung über ROS der Drohnenerweiterung im Labor Robotik
  • Entwurf und Entwicklung eines Drohnen-Behaviors
    • Positionsbestimmung im Raum (x,y,z,θ) 
    • Autonomes oder manuelles steuern der Drohne
    • Kartographieren des Raums
    • Bereitstellen einer Schnittstelle zum Behavior während des Flugs
  • Echtzeitvisualisierung der Kartographierung auf einem Client

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Grundkenntnisse zum Thema Robotik
  • Grundkenntnisse über Linux
  • C++/Python

Randbedingungen
Teamprojekt von ca. 2-3 Personen
Bachelorabschlussarbeit

Weitere Informationen/Links
http://wiki.ros.org/cartographer 
https://developer.parrot.com/docs/slamdunk/ 
 

Indoor Lokalisierung durch Ermittlung der Empfangsstärke eines Endgeräts an Knotenpunkten

Indoor Lokalisierung durch Ermittlung der Empfangsstärke eines Endgeräts an Knotenpunkten

Beschreibung 
Bei der Lokalisierung von Endgeräten innerhalb von Gebäuden stehen einem eine Vielzahl an Sensoren bereit, die am Gerät angebracht, oder von diesem Verfolgt werden können. Falls jedoch nicht das Gerät an sich die Lokalisierung durchführen kann, könnte man durch eine Verteilung von drahtlosen Knotenpunkten mittels Triangulation die Position von bekannten oder unbekannten Geräten ermitteln. Dies könnte z.B. bei Anwesenheits- und Raumerken-nung in Hausautomatisierungssystemen interessant sein.
Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines Systems, das durch die Bereitstellung mehrerer ESP32 eine Lokalisierung eines oder mehrerer Smartphones im Raum abbilden kann. Der Datenschutz muss hierbei beachtet werden.

Anforderungen(Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik Indoor Lokalisierung und ESP32
  • Aufstellen der Hardwareanforderungen
  • Aufbau eines Testszenarios im Labor Robotik
  • Trainieren eines Fuzzy-/ oder Neuronalen-Netzes zur Erkennung der Position im Raum
  • Entwurf und Entwicklung einer Firmware der Endknoten (ESP32)
    • Erfassung von WLan-MAC-Adressen
    • Senden der Empfangsstärken an einen Server
  • Entwurf und Entwicklung eines (Web-)Servers 
    • Bereitstellen einer Raumkonfiguration inkl. der Positionsdaten der Knoten-punkte und des Netzes zur Positionserkennung
    • Echtzeit Positionsermittlung der Endgeräte im Raum (x,y,z) 
    • Einfache Visualisierung der Endgeräte
    • Bereitstellen einer kleinen API
  • Beachtung des Datenschutzes
  • Genauigkeitstest bei Reduzierung und Erweiterung der Knoten inkl. Vergleich zu klas-sischen passiven Verfahren (Wlan am Endgerät, Bluetooth, GPS, …)

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • C/C++ (Basics)

Randbedingungen
Teamprojekt von ca. 2-3 Personen
Bachelorabschlussarbeit

Weitere Informationen/Links
https://github.com/cyberman54/ESP32-Paxcounter 
https://wiki.fhem.de/wiki/Anwesenheitserkennung 
 

Konfigurierbare Overhead-View mit Kollisionserkennung

Beschreibung 
Bei der Kontrolle, sowie der manuellen Steuerung von fahrbaren Objekten können einfache Kamerasysteme verwendet werden um tote Winkel zu vermeiden oder eine Fernsteuerung durchzuführen. Um nicht nur auf einen einfachen Winkel einer Kamera beschränkt zu sein, können mehrere Kameras zusammengeschlossen werden, um eine 360° Umsicht als pseudo Vogelperspektive zu realisieren. Durch die Definition von Kamerapositionen im Raum relativ zum Roboter kann z.B. mithilfe von OpenCV eine solche Überkopfansicht zur Verfügung gestellt werden. 
In diesem Projekt solle eine frei konfigurierbare Overhead-View für unseren Roboter Pioneer 3AT entwickelt werden, sodass sein Fahrverhalten kontrolliert werden kann. Zusätzlich können die Kamerainformationen abstrahiert werden, um eine einfache Kollisionserkennung zur Verfügung zu stellen.

Anforderungen (Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik Overhead-View, Kamerasyteme und OpenCV
  • Theoretische Planung einer möglichen Realisierung am Roboter
  • Hardwareanforderung aufstellen (Einfache Kameras mit Winkelangabe)
  • Auswahl von notwendigen Libraries (z.B. OpenCV)
  • Aufbau eines Testszenarios am Roboter
  • Entwurf und Entwicklung eines Servers, der die Overhead-View zur Verfügung stellt
    • Dynamische Konfiguration der Parameter mittels Konfigurationsdatei
    • Kumulation der Kamerainformationen
    • Bereitstellen eines Netzwerkstreams
  • Validierung des Aufbaus durch manuelle Steuerung des Roboters
  • Optional: Einbau eines Kollisionserkennung (Abstraktion der Kamerainformationen) 

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Python/C++

Randbedingungen
Bachelorarbeit
Teamprojekt von ca. 2-4 Personen
 

Mobile Sensor-Suite Box

Beschreibung

Smartphones sind bereits seit geraumer Zeit vollgestopft mit Sensoren, um Informationen über die Umgebung sammeln zu können. Jedoch gibt es hierüber hinaus viele weitere Sensoren, die aus Platz- und Nutzbarkeitsgründen nicht in einem Smartphone enthalten sind.

Dieses Problem wurde schon in div. Fernsehserien erkannt und bereits Lösungen hierfür vorgestellt: Die Sensorbox. Dies ist eine geschlossene Box, welche weitere viele Sensoren zur Verfügung stellt, und neben einer eigenen Informationsbereitstellung über ein Display, ihre Daten auch zum Smartphone (BTLE) oder Server (LoRa) schicken kann. Daraus ergeben sich viele Möglichkeiten, wie Beispielsweise der Erfassung unterschiedlichster Umweltdaten, die zur Analyse oder gar zum Schutz dienen können. Die Sensorbox sollte hierbei nicht nur als Datenüberträger dienen, sondern auch im Standalone-Modus auf einstellbare Ereignisse der Umgebung den Benutzer warnen.

Anforderungen (Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik RaspberryPi/ESP32, LoRa, BT-LE, GPIO und einzelne Sensoren
  • Hardwareanforderungen und Nutzerszenarien (Handheld, Standalone, Warnmodus, …)
  • Verbindung zu einzelnen Sensoren herstellen, ggf. Kalibrieren (Sensorbeispiele)
    • BME280 (Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck)
    • MLX90614 (Kontaktfreie Temperaturerkennung über Infrarot)
    • MQ-135/MiCS-6814/CCS811 (Luftqualität und div. Gase)
    • SDS011 (Feinstaub)
    • TSL2581FN (Lichtsensor)
    • VEML6075 (UVA/UVB)
    • PN532 (NFC/RFID Modul)
    • PIR-Bewegungssensor
    • Laser/Sonar Distanzmessung
    • Magnetsensor
    • Hygrometer (z.B. für Pflanzen)
    • Lärmpegel
    • Kamera
    • Universaltaster (z.B. zu Steuern oder als alg. Zähler)
    • PAX-Zähler
    • SSD1306 (Display) oder kleiner Touchdisplay
  • Design der Sensoranordnung/Gehäuses für einen 3D Drucker
    • Feste Komponenten innerhalb des Gehäuses (z.B. ESP32+Akku, Temperatur, …)
    • Abnehmbare Sensoren (z.B. Hygrometer, kontaktfreie Temperaturmessung, …)
  • Entwurf und Entwicklung einer App zur Kommunikation über LoRa und Bluetooth (LE)
    • Visualisierung der Daten
    • Speichern der Daten
    • Einrichten von Trigger der Umweltdaten

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Grundkenntnisse über RaspberryPi und GPIO
  • Lötkenntnisse (nicht zwingend erforderlich)
  • Linux, Python/C++, Java

Randbedingungen

Bachelor Abschlussarbeit oder Teamprojekt von ca. 2-4 Personen

Tele-Robbi – Manuelle Steuerung eines Roboters mit-tels VR-Brille

Beschreibung 
Die manuelle Fernsteuerung von fahrbaren Robotern ist bereits ein alter Hut. Interessanter wird jedoch, wenn die Sicht des Roboters mittels First-Person-View direkt nachempfunden, und mit einer Kamera mit 2 Freiheitsgraden gesteuert werden kann. Ein großes Problem hierbei ist eine Motion-Sickness, bei der das Gehirn des Betrachters eine Übelkeit auslöst, da die visuellen Infor-mationen nicht zu denen des Gleichgewichtssinnes übereinstimmen, sowie eine Kamera nicht in Echtzeit bewegt werden kann.
Ziel dieses Projekts soll ein Versuch sein, bei dem diese Übelkeit speziell beim Umsehen minimiert werden soll. Durch die Verwendung einer Weitwinkelkamera könnte ein kleiner Bildausschnitt ge-nommen werden, um beim Umsehen des Betrachters zuerst diesen Bildausschnitt zu verschieben, und nachträglich die Kamera zu bewegen.

Anforderungen (Vorschläge)

  • Einlesen in die Thematik OpenCV, VR und Kamerasteuerung
  • Erstellung eines Testaufbaus im Labor Robotik
  • Entwurf und Entwicklung eines Servers auf dem Roboter
    • Bereitstellen des Kamerabildes
    • Bereitstellen von Distanzwerten der Sonarsensoren
    • Annahme von Befehlen für die Kamera
    • Einfache Ansteuerung des Roboters
  • Entwurf und Entwicklung eines Clients
    • Verbindung zum Server herstellen
    • Verarbeitung des Kamerabildes und Sensoren zu einer View, abhängig von Blickrichtung
    • Bereitstellen der View auf einer VR-Brille

Vorteilhafte Vorkenntnisse (optional):

  • Grundkenntnisse OpenCV/Bildverarbeitung
  • Linux, Python/C++, Java

Randbedingungen
Bachelor Abschlussarbeit oder Teamprojekt von ca. 2-3 Personen
 

Projekt auf Anfrage

Existiert bereits eine Idee (Grundgedanke oder Konkret) für eine Projekt- oder Abschlussarbeit im Bereich Robotik, so kann natürlich über die o.g. Vorschläge hinaus eine Anfrage zur Betreuung dieser Arbeit gestellt werden. Es stehen alle Geräte des Labors hierfür zur Verfügung.
Hierfür sollten folgende Punkte genannt werden:

  • Art der Arbeit (z.B. Projektarbeit, oder Bachelorabschlussarbeit)
  • Vorläufiger Titel der Arbeit
  • Kurze Beschreibung
  • Benötigte Software/Hardware (ggf. die anfallenden Kosten bei einer Neuanschaffung)
  • Terminvorschläge

Eine Anfrage kann entweder persönlich, oder per Mail an robolab(at)hochschule-trier.de gerichtet werden.

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