6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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Infradar-Localization: single-chip infrared- and radar-based Monte Carlo localization. This paper proposes a novel approach for indoor robot localization that leverages a fusion of information from single-chip infrared (Time-of-Flight) and radar sensors. The aim of our research is the development of a cost-effective and lightweight system that can achieve high-precision robot localization. Unlike traditional localization methods based on LiDARs or cameras, our proposed system uses single-chip infrared and radar sensors to overcome the limitations of high cost and bulky hardware. Specifically, we employ a Doppler radar-based velocity motion model for the estimation of the robot's ego-motion, eliminating the need for additional sensors such as IMU or wheel encoders. Next, we describe a hybrid sensor model for single-chip infrared and radar sensors that provides robust and accurate environmental perception with dynamic outlier removal. Finally, we integrate these components into a Monte Carlo localization framework to generate accurate real-time estimation of the robot's position and orientation. This is the first time a single-chip infrared and radar fusion based framework has been applied to robot localization, to the best of our knowledge. Through a comprehensive experimental evaluation, we demonstrate the system's high accuracy and efficiency, achieving an average localization error of 9 cm in diverse indoor environments. This remarkable performance, combined with the low-cost and lightweight nature of our proposed solution, positions it as a highly promising alternative for a wide range of applications, including robotics, smart homes, and autonomous vehicles. The significant advancements of this novel approach offer vast potential to revolutionize the field of localization, enabling more precise and cost-effective navigation systems.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines Lehrsystems, bestehend aus einer Lasteinheit. Dabei setzt sich die Lasteinheit aus einer Motor-Frequenzumrichter-Kombination zusammen.
Es ist sind Steuerprogramme zu entwickeln, die Funktionen, wie eine Lastsimulation, bieten. Zudem ist die Entwicklung einer GUI vorgesehen, die zur Beobachtung und Steuerung dient. Die Programment-
wicklung findet im TIA-Portal, in STARTER und in LabVIEW statt. Neben der Programmentwicklung ist eine abschließende Antriebsauslegung durchzuführen. Für die erfolgreiche Programmentwicklung wurde im ersten Schritt ein Programm im TIA-Portal implementiert, wobei dies nur grobe Züge des Endprogramms enthielt und für erste Tests zuständig war. Eine Reglerparametrierung wurde mithilfe des TIA-Programms und des Programms STARTER durchgeführt. Im Anschluss wurden die Programm-teile nach LabVIEW portiert und das Hauptprogramm bis zur endgültigen Funktionsfähigkeit erweitert. Die Antriebsauslegung wurde mithilfe von entsprechend großen Lasten und Temperaturaufnahmen durchgeführt. Das Ergebnis ist ein lauffähiges LabVIEW-Programm mit GUI, das Lasten simulieren und Bremsungen von gekoppelten Motoren durchführen kann. Die Bremsung wurde schließlich für die größtmögliche Leistungsentnahme und Antriebsauslegung eingesetzt. Der Antrieb kam bisher nicht zum Einsatz.
Deep Learning basierte Segmentierung und Transformation von Spike-Rauschen in der MR-Bildgebung
(2023)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bildgebendes Diagnoseverfahren, das auf starken Magnetfeldern und sensiblen Detektoren basiert. Es kann zu Spike-Rauschen kommen, das die Bildqualität negativ beeinflusst. In dieser Arbeit wird untersucht, ob neuronale Netzwerke das Spike-Rauschen reduzieren können, um die Bildqualität zu verbessern. Dazu wird eine Bildverarbeitungspipeline entworfen, bestehend aus den Teilbereichen Detektion, Segmentierung und Transformation. Verschiedene neuronale Netzarchitekturen werden für jeden Teilbereich ausgewählt und auf Basis verschiedener Daten trainiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Detektion und Segmentierung basierend auf der L1-Norm die besten Ergebnisse liefern. Es werden bestimmte Netzwerkarchitekturen ausgewählt, um die Transformation durchzuführen. Die gesamte Pipeline reduziert das Rauschen erheblich, aber weitere Tests sind erforderlich, um die Robustheit der Implementierung sicherzustellen.
Die Projektarbeit „Auslegung einer regenerativen Stromversorgung inklusive eines Stülpmembranspeichers anhand der Stadt Haßfurt“ handelt von einer Analyse der Realdaten, welche von der Stadtwerk Haßfurt GmbH zur Verfügung gestellt wurden. Außerdem wurden der Ausbaustand der elektrischen Energieversorgung sowie die Auslegung eines Stülpmembran-speichers für die Kleinstadt Haßfurt untersucht. Auf die Funktion des Stülpmembranspeichers wird ebenso genauer eingegangen.
In dieser Projektarbeit wird die Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt über Solarthermieanlagen vorgestellt. Dabei werden vorerst zwei mögliche Herstellverfahren des Stülpmembranspeichers präsentiert. Mit Hilfe der Wärmeverbrauchsdaten der Stadtwerke Haßfurt werden Solarkollektoren ausgelegt. Das Ziel der Auswertung ist die benötigte Menge und Kosten der Solarthermieanlagen für ganz Haßfurt und für ein Neubaugebiet zu bestimmen.
Diese Projektarbeit behandelt den Aufbau eines regenerativen Wärmenetzes und die Wärmenetzplanung für die Stadt Haßfurt und ihr Neubaugebiet. Die Studie untersucht die mögliche Gestaltung eines Wärmenetzes zur Nutzung überschüssiger Wärmeenergie, die in einem Stülpmembranspeicher gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden kann. Darüber hinaus werden in der Projektarbeit Kostenaspekte und die damit verbundenen Wärmegestehungskosten analysiert. Die Ergebnisse dieser Studie bieten wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung einer nachhaltigen Wärmeversorgung in der Stadt Haßfurt.
Bei der nachfolgenden Projektarbeit handelt es sich um einen Teil des Gesamtprojekts einer regenerativen Energieversorgung der Stadt Haßfurt. In diesem Bericht wird ein Versorgungssystem aus Photovoltaik- und Windenenergieanlagen mit einem ausreichend dimensionierten Energiespeicher für die Stadt Haßfurt ausgelegt. Darüber hinaus wird eine Bewirtschaftungsstrategie erstellt, mit der das Gesamtsystem finanziert werden kann, indem überschüssiger Strom bei Höchstpreisen an der Strombörse vermarktet wird.
Um eine nachhaltige und effiziente Wärmeversorgung im Gebäudesektor zu erreichen, bieten Wärme- und Kältenetze der fünften Generation eine vielversprechende Möglichkeit. Diese können mit einer Vielzahl regenerativer Energien auf einem niedrigen Temperaturniveau gespeist werden. Mit Hilfe dezentraler Wärmepumpen in den Gebäuden wird die niedertemperierte Energie für die Heizung und Brauchwarmwasser-erwärmung nutzbar gemacht. Zudem bietet die bidirektionale Arbeitsweise dieser Netze eine Bereitstellung von Kälte. Um Erkenntnisse im Hinblick auf die Ökonomie von Wärmenetzen der fünften Generation zu erlangen, erfolgt im Rahmen dieser Arbeit eine simulationsbasierte Analyse der Wirtschaftlichkeit sowie die Entwicklung möglicher Geschäftsmodelle. Dabei wird für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eine angepasste Berechnungsmethodik, basierend auf der Richtlinie VDI 2067, entwickelt. Um Informationen zu realisierten Netzen zu erhalten, wird zunächst eine Marktrecherche kalter Wärmenetze in Deutschland durchgeführt. Dabei werden sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte beleuchtet. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die Festlegung der analysierten Energiesysteme sowie der betrachteten Geschäftsmodelle. Die Energiebereitstellung des ersten Systems erfolgt mit Hilfe eines Geothermiekollektorfeldes. Das zweite System wird durch die Kombination aus einem Geothermiekollektorfeld, einer zentralen Luft-Wärmepumpe und einem Elektroheizkessel versorgt. Für die Komponenten der kalten Wärmenetze werden mit Hilfe von Produktrecherchen Kostenkurven ermittelt. Für die entwickelten Kostenkurven erfolgt eine Validierung. Die Geschäftsmodelle werden anhand der Liefergrenze der dezentralen Wärmepumpen unterschieden. Beim ersten Geschäftsmodell liegt die Leistungsgrenze vor der Hauseinführung und stellt somit die Energie auf einem niedrigen Temperaturniveau bereit. Im zweiten Geschäftsmodell wird die Leistungsgrenze hinter der Wärmepumpe gezogen, sodass die nutzbare Energie bereitgestellt wird. Die Betrachtung der Energiesysteme und Geschäftsmodelle wird durch zwei fiktive Quartiere ermöglicht. Eines davon mit primärer Wohnbebauung, das andere bestehend aus Wohn-, Büro- und Verwaltungsgebäuden.
Es wird aufgezeigt, dass ein wirtschaftlicher Betrieb kalter Wärmenetze realisiert werden kann. Unter Berücksichtigung von Fördergeldern und eines bestimmten Ertrags des Betreibers resultieren Wärmegestehungskosten für den Abnehmer von rund 0,25 €/kWh. Die Wärmegestehungskosten können anhand realer Daten verifiziert werden. In der Arbeit wird der sensitive Einfluss verschiedener Parameter, wie beispielsweise des Strompreises, der Dimensionierung oder Effizienz der Komponenten auf die Wirtschaftlichkeit der Energiesysteme untersucht. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine pauschale Festlegung des besten Energiesystems und Geschäftsmodells nicht möglich ist. Demnach bedarf es entsprechend den Randbedingungen eines Projektes einer individuellen Betrachtung zur Ermittlung des idealen Systems und Geschäftsmodells.