Projekte Systementwicklung

Die folgende Übersicht zeigt die im Rahmen der EST-Arbeitsgruppe durchgeführten studentischen Projekte Systementwicklung, die im Rahmen der Bachelor- und Masterstudiengänge Informatik durchgeführt werden.

Bachelor PSE WS18/19 kompakt: R2M2 - Roboter-Roboter-Mensch-Mimik | Mi. 31.10

Ergebnisse Gruppen 1 + 2

Gruppen-Ziele mit humanoidem Roboter NAO und Sphero SPRK+

- NAO erkennt,lokalisiert und verfolgt Sphero

- NAO erkennt Farben und Gesten von Sphero...

- ... und führt anhand Dieser verschiedene Aktionen durch

Gruppe 1 hat die zusätzliche Anforderung, dass die NAO eigene Kamera nicht verwendet werden kann.

Ergebnis Gruppe 3

Das Projektziel der Gruppe 3 des R2M2 Projekts ist es, den Sphero SPRK+ mittels iOS Augmented Reality App zu steuern. Der Sphero SPRK+ soll nach einer Touch Geste in der iOS App auf einen Platz in den Raum fahren. Die Augmented Reality Eigenschaft wird mittels Apples ARKit erreicht. Diese ARKit bietet die Möglichkeit, ein Koordinatensystem mit Planes zu erstellen und Objekte zu erkennen/tracken.

Ergebnis Gruppe 4

Anki Cozmo als Coztbote

Die Idee ist die Simulation einer Stadt, in der Postpakete ausgeliefert werden müssen. Hierzu werden bestimmte Stellen in der Stadt als Häuser markiert und eine Stelle wird als Paketlager bestimmt. Die Aufgabe des Roboters ist es dann, die Pakete beim richtigen Haus abzuliefern.
Die Zuordnung von Paketen zu Häusern wird mittels Gesichtserkennung umgesetzt: sowohl auf den Würfeln (den Paketen) als auch auf den Häusern werden Fotos mit Gesichtern angebracht.
Es stellte sich heraus, dass man die Gesichter nicht auf die Würfel kleben muss, sondern der Roboter sich die Gesichter merkt und sie einem bestimmten Würfel (Paket) dauerhaft zuordnen kann.

Projektbeschreibung

Aktuelle Robotersysteme werden immer intelligenter. Die hierfür verwendeten eingebetteten Systeme verfügen über deutlich bessere technische Fähigkeiten, so dass sich eine abstraktere Programmierung komplexer Bewegungssteuerungen verbunden mit einer Vielfalt von sensorischen Fähigkeiten erreichen lässt. Die Interaktion zwischen Menschen und Robotern sowie von Robotern untereinander tritt damit immer mehr als Experimentierfeld für zukünftige Anwendungen in den Vordergrund.

Interaktionsfeld Mensch-Roboter

Im Rahmen einer Maßnahme zur Qualitätssteigerung der Lehre stehen unterschiedliche Robotersysteme zur Verfügung, mit denen wir nun ein Interaktionsfeld zwischen Robotern und Menschen schaffen und erproben wollen. Hiermit lassen sich die unterschiedlichen Eigenschaften und Fähigkeiten von Robotern miteinander vergleichen. Insbesondere besteht so auch die Möglichkeit, die Interaktion von Robotern untereinander zu erproben und durch menschliche Gesten und Mimik zu steuern.

Die Roboter

Zur Verfügung haben wir Roboter mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Mit zwei humanoiden NAO-Robotersystemen, die bereits mit einer Vielzahl von Sensoren (u.a. zwei HD-Kameras) ausgestattet sind, können wir die Interaktion mit humanoiden Systemen erproben. Weiterhin haben wir als kleine Robotersysteme vier Sphero-Roboterbälle und vier Cozmo KI-Roboter, die sich mittels Bluetooth steuern lassen.

Gesten und Mimik erkennen

Gedacht ist, durch zusätzliche stationäre oder auf den Robotern montierte Kameras mit Funkübertragung den Blick aus Robotersicht oder von anderer Position aufzunehmen und die Bewegtbilder anschließend in einem externen Rechner zu verarbeiten. So können wir unterschiedliche Algorithmen zur Erkennung von Gesten und Mimik verwenden und erproben. Die NAO-Systeme haben selbst schon Kameras integriert, deren Sichten durch das integrierte Embedded System verarbeitbar sind.

Als Systemprojekt

In einem Kick Off werden wir zu Beginn gemeinsam unterschiedliche Szenarien diskutieren, um die zu entwickelnden Szenarien festzulegen. Während der Projektphase sollen ausgewählte Vorgehensweisen aus SCRUM verwendet werden, die euch in der Durchführung unterstützen und mit denen ihr die Zusammenarbeit als Projektteam selbst gestaltet. Weiterhin unterstützt die TES Electronic Solutions GmbH als Industriepartner das Projekt, deren Begleitung uns anwendungsnahe Fragestellungen und die Verwendbarkeit von Software der TES bietet. Am Ende demonstriert ihr euer geschaffenes Projektergebnis in einer Abschlußpräsentation.

Von der kreativen Idee zum Projekt

Zu Beginn könnt ihr eure kreativen Ideen über zu entwickelnde Szenarien mit einbringen. Hieraus soll ein Projekt mit einer festgelegten Projektlaufzeit definiert werden. Sind die Ideen und Vorstellungen in der Projektlaufzeit umsetzbar? Daran macht ihr als Team euer Projektziel fest. Anschließend übernehmen wir die Rolle des Auftraggebers, der das Projektziel umgesetzt haben möchte. Wie bei Projekten in der Praxis üblich, werdet ihr im Projektverlauf vermutlich Änderungsbedarf an den Projektzielen erkennen und könnt den Umgang damit üben. Besonders schön wäre als Ergebnis eine Demonstration, die wir bei passender Gelegenheit wieder aufbauen und z.B. Besuchern unseres Fachbereichs vorstellen können.

Vorkenntnisse

Hilfreiche Vorkenntnisse sind gute Programmierkenntnisse, Grundlagen der Grafischen Datenverarbeitung, Grundlagenveranstaltungen der Technischen Informatik sowie Softwareentwicklung für Embedded Systeme.

Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

Die Termine

Blockveranstaltung am Ende der vorlesungsfreien Zeit im September

Kickoff-Veranstaltung: 6.9.
Projektphase: 10.-21.9.
Abschlusspräsentation 26.9.

Dozenten des Systemprojekts

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein - Laborleitung Embedded Systems Technology (EST)
Björn Frömmer - Lehrbeauftragter Comuter Graphics, Image Processing, Natural User Interfaces, Virtual Reality

unterstüzt durch

Mario Hoss - wissenschaftl. Mitarbeiter
Bettina Kurz-Kalweit - wissenschaftl. Mitarbeiterin und Laboringenieurin EST

Master PSE SS18: "IDEA 4.0" – Teil 1 Industrie 4.0 - Demonstrator für Angriffszenarien in der vernetzten Automationstechnik | Sa. 31.03

Industrie 4.0

In der Industrie 4.0, oft auch Industrial Internet of Things (IIoT) genannt, verzahnt sich die Produktion mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik. Treibende Kraft dieser Entwicklung ist die rasant zunehmende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft. Hierdurch verändert sich nachhaltig die Art und Weise, wie zukünftig in Deutschland produziert und gearbeitet wird: Nach Dampfmaschine, Fließband, Elektronik und IT bestimmen nun intelligente Fabriken (sogenannte „Smart Factories“) die vierte industrielle Revolution. Technische Grundlage hierfür sind intelligente, digital vernetzte Systeme, mit deren Hilfe eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion möglich wird: Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte kommunizieren und kooperieren in der Industrie 4.0 direkt miteinander [1].

Risiken durch Vernetzung

Einhergehend mit der zunehmenden Vernetzung treten neue Angriffsszenarien in der Automatisierungstechnik zu Tage. Hersteller, Systemintegratoren und Betreiber sind sich möglicher Gefahren oft nicht bewusst. Bestehende Produktionsanlagen werden mit vernetzten Komponenten nachgerüstet. Vorher nicht für den vernetzten Einsatz gedachte Komponenten werden dabei angreifbar. Außerdem ist das Vertrauen in die eigene Technik oft groß, obwohl teilweise grundlegende Sicherheitseigenschaften wie die Aktualisierungsfähigkeit fehlen. Die Auswirkungen von Manipulationen können zu Wirtschaftsspionage, Datendiebstahl sowie zu Betriebstörungen bis hin zum Totalverlust führen. Für Deutschland als Industriestandort kann dies dramatische Folgen haben. Die wissenschaftliche Aufarbeitung in Form von Studien und gesetzliche Rahmenwerke sind vorhanden. Aufklärung und ein Bewußtseinswandel zum Thema Cybersicherheit ist vonnöten.

Didaktisches Konzept

Die beschriebenen Schritte bilden die Grundlage eines zu erarbeitenden Konzepts, welches Gefahren von Industrie 4.0 und mögliche Lösungsansätze didaktisch aufbereitet darstellt. Personen ohne tiefere IT-Kenntnisse sollen sich so selbst ein Bild der Thematik machen können. Der Demonstrator soll auf Messen oder für Besucher unseres Fachbereichs in unseren Räumen einsetzbar und dauerhaft ohne menschlichen Eingriff betrieben werden können.

Spielerische Realisierung im IoT

Als Hardware stehen Bausätze von Fischertechnik und Raspberry Pi’s zur Verfügung. Hiermit soll eine intuitive Umsetzung des didaktischen Konzepts entstehen. Eine Integration von Raspberry und einem Hardwaremodell auf Basis von Fischertechnik mittels aktueller Funktechnik (Bluetooth Low Energy BLE) bietet die Grundlage. Die Teilprozesse sind dabei jeweils durch einen Raspberry Pi als Steuereinheit repräsentiert.

Das bringst Du am besten mit

Für den hardwarenahen Teil:
Kenntnisse über hardwarenahes Programmieren, Linux und optimalerweise über BLE in Linux und Programmierung in Python und C,praktisches Geschick, Kenntnisse über Robotik, Automationstechnik und IoT-Grundlagen

Für die didaktische Umsetzung:
Kenntnisse in Angular oder anderen Techniken für GUI-Realisierungen auf Raspberry, Kenntnisse von User Experience in didaktisch aufbereiteter Form

Für alle:
Interesse an neuen Technologien und Lernfreude, Kenntnisse über webbasierte Protokolle, agile Herangehensweise und das Projektergebnis selbst gestalten wollen. Die besten Ideen kommen beim zusammen machen. :-)

Zusammen mit

Das Projekt führen wir zusammen mit der Comlet Verteilte Systeme GmbH durch. Deren Darmstädter Niederlassung vertritt den Bereich Security Engineering und bringt ihre Erfahrung im Bereich der Beratung für Cybersicherheit bei der Industrieautomation mit ein.

Die Termine

Das Projekt führen wir als Blockveranstaltung in der vorlesungsfreien Zeit vom 5. bis zum 23. März jeweils ganztags durch. Das Kickoff beginnt am 5. März um 10:15 Uhr. Ein zweiter Teil des Projekts ist im September wiederum als Blockveranstaltung angedacht.

Weitere Informationen bei

Prof. Dr. Jens-Peter Akelbein - Laborleiter EST
Mario Hoss - wissenschaftl. Mitarbeiter
Bettina Kurz-Kalweit - wissenschaftl. Mitarbeiter und Laboringenieurin EST

[1] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Plattform Industrie 4. 0 – Was ist Industrie 4.0?:
http://www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/Industrie40/WasIndustrie40/was-ist-industrie-40.html

[2] fischer Holding GmbH & Co. KG
https://www.fischertechnik.de/de-de/simulieren/industrie-40

Bachelor PSE WS17/18: Die Zukunft ist bargeldlos: Ist RFID eine Option für Euer Event? | Do. 12.10

Bachelor PSE WS17/18: Die Zukunft ist bargeldlos: Ist RFID eine Option für Euer Event?

Wer kennt das nicht? Ihr schmeißt mit Euren Komilitonen eine Fachbereichsfeier. Aber wie regelt Ihr das mit dem Bezahlen?

Müsst Ihr während der Ausgabe von drei Bieren und zwei Bratwürsten noch schnell im Kopf den Gesamtpreis zusammen rechnen und dann abkassieren? Ah, da war noch was, der Gast bekommt ja auch noch sein Rückgeld, also schon wieder rechnen... Und könnt Ihr Euch dabei selbst ein Bierchen gönnen ohne den Überblick zu verlieren?...

Oder stellt Ihr einen Kassierer ab, der dann die entsprechenden Getränke- und Essensbons ausgibt, so dass Ihr an der Ausgabe nur noch die Bons wieder entwerten müsst?...

Und was halten die Partygäste davon, wenn sie sich zunächst an Kasse und dann auch noch ein zweites Mal an der Bar/Theke anstellen müssen? :-(

Wer dieses Szenario schon mal als Organisator oder auch als Gast erlebt hat, hat bestimmt die Erfahrung gemacht, dass keine der herkömmlichen Bezahlstrategien wirklich befriedigend ist.

Daher wollen wir in diesem Projekt versuchen, mit Hilfe der aktuellen Technik ein besseres Konzept zu finden.

Dazu wollen wir in diesem Projekt ein prototypisches Bezahlsystem entwickeln, das idealerweise bargeldlos ist. Dabei spielen die Anforderungen aus User-Sicht (Organisator sowohl auch Gast) die größte Rolle.

Termine: Kick-Off am 11.10.17 um 10:15 Uhr im EST-Labor (D10/0.34)


Wir freuen uns auf ein spannendes Projekt mit Euch!

Rudi Scheitler und Bettina Kurz-Kalweit

Master PSE WS10/11 | Di. 12.10

Das Ergebnis des Projektes ist im folgenden Video dargestellt

Forschungsleiter

Jens-Peter Akelbein

Schöfferstraße 10
64295 Darmstadt
: D19,3.07
+49.6151.16-38481
+49.6151.16-38935
Jens-Peter Akelbein
Details zur Person