Elektrotechnik Erfindermesse

Ausgangssituation
Im Mai 2022 haben zwei Bobby-Car-Weltrekorde für medialen Wirbel gesorgt; hierüber berichteten unter anderem ZDF, ntv, RTL, Kabel 1, der Spiegel und die FAZ. Während die beiden Geschwindigkeitsrekorde auf die Schwerkraft setzten, wird in unserem Projekt ein Elektromotor für den benötigten Antrieb auf mindestens 120 km/h sorgen.

Projektziele und Umsetzung
Ziel des Projektes ist die Konzeption und Realisierung eines Elektro-Bobby-Cars als prototypisches, kompaktes Gesamtfahrzeug. Neben dem Aufbau des Leichtbau-Fahrwerks steht besonders die Integration eines emissionsfreien, effizienten und schnellen Antriebssystems im Vordergrund. Darüber hinaus planen wir, mit diesem Fahrzeug in Kooperation mit dem Rekord-Institut für Deutschland Anfang August 2023 einen Weltrekordversuch durchzuführen. Weitere Informationen sind auf der Themenwebseite zu finden: www.bobbycarworldrecords.com

Projektverantwortliche
David Reimund und Marcel Paul

In diesem Projekt soll eine Greifertechnologie konzipiert werden, die sich an dem Vorbild der menschlichen Hand orientiert (Bionik). Das Einsatzgebiet eines humanoiden Greifers konzentriert sich dabei auf die Anwendung in COBOTS, die in der Produktions- und Handhabungstechnik eingesetzt werden. Der Begriff COBOT setzt sich aus der Verbindung der Worte „Collaboration“ und „Robot“ zusammen und beschreibt Roboter, die gemeinsam in einem Umfeld mit Menschen arbeiten und dabei nicht durch Schutzeinrichtungen von diesen getrennt sind. Dies wird auch als Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) bezeichnet.

Ausgangssituation
Während des Handlings bzw. der Handhabung von Bauteilen in der Produktions- und Automatisierungstechnik sind Greifprozesse notwendig, um Komponenten aufzunehmen, zu transportieren oder zu montieren. Für diese industriellen Prozesse werden meist spezielle Werkzeuge in Form mechanischer Greifer (2-Finger-Greifer, pneumatische Greifelemente) ausgeführt, die Behälter, Schüttgüter (z.B. Spritzgussbauteile) oder einzelne Bauteile aufnehmen, transportieren und positionieren. Kollaborative Industrieroboter können dabei für Unternehmen in den Bereichen Fertigung (z.B. Fügeprozesse, wie Schweißen), Montage (Entlastung der Menschen durch Anreichen von Komponenten) oder Qualitätsicherung (Messvorrichtungen justieren, positionieren) die Produktivität und Flexibilität erhöhen, da diese Roboter neben Menschen arbeiten und denselben Arbeitsbereich nutzen. Um das Einsatzgebiet der COBOTS weiter auszudehnen, ist eine möglichst flexible Greifertechnologie notwendig, die schnell an verschiedene Greifaufgaben angepasst werden kann. Daher kann der Einsatz von Greifern, die sich im Sinne der Bionik an humanoiden Fünf-Fingerhänden orientieren, eine mögliche Lösung darstellen, die Flexibilität bietet und zu erhöhter Akzeptanz bei den Anwendern führt.

Projektziele und Umsetzung
Als Ziel des Projektes wird die Konzeption und der Aufbau des Prototypen einer humanoiden mechatronischen Leichtbau-Roboterhand angestrebt. Als COBOT-Entwicklungsplattform dient ein vorhandener Roboter (UR3e), der in Kooperation mit dem Fachgebiet Medizintechnik der HS Fulda betrieben wird.

Projektverantwortliche
Jonathan Robert Weber, Henrik Leis, Elia Alexander Jahn und Fabian Norbert Helfrich

Ausgangssituation
Die zunehmende Beliebtheit von mobilen Photovoltaikpanels und Balkonkraftwerken stellt eine vielversprechende Entwicklung dar, die im Betrieb jedoch stark von der Ausrichtung der Sonne und dadurch von dem Benutzerengagement abhängt. Die manuelle Justierung der Ausrichtung ist auf Dauer jedoch mühsam und lästig. Und obwohl es bereits Nachführsysteme auf dem Markt gibt, stellen derzeitige Modelle aufgrund ihres unverhältnismäßig hohen Preises, ihrer sperrigen Größe und ihres hohen Gewichts keine Alternative dar.

Projektziele und Umsetzung
Das Projekt hat zum Ziel, ein kleines Modul zu entwickeln, das von jeder Person ohne Vorwissen und ohne Internetverbindung einfach und schnell aufgebaut und betrieben werden kann. Der Nutzer muss lediglich die Modul am Panel anclipen und einschalten - die Steuerung übernimmt den Rest. Dies ermöglicht durch minimalen Einsatz eine signifikante Steigerung des Energieertrags aus Photovoltaik; sowohl mobil für die Powerbank als auch stationär für das Balkonkraftwerk.

Projektverantwortliche
Lars Bohländer

Ausgangssituation
Eine teilautonome Roboterplattform ist ein robotisches System, das in der Lage ist, einige Aufgaben ohne menschliches Eingreifen auszuführen. Die Arbeit der Roboterplattform erfordert jedoch eine menschliche Überwachung oder Kontrolle. Die Plattform enthält sowohl Hardware- als auch Softwarekomponenten die zusammenarbeiten, um die Plattform zu steuern und ihre Aufgaben auszuführen. Beispielsweise kann ein teilautonomer Roboter in einem Labor eingesetzt werden, um Materialien von einem Ort zum anderen zu transportieren. Menschliche Überwachung ist unverzichtbar um sicherzustellen, dass er seine Aufgaben korrekt ausführt und keine Sicherheitsprobleme auftreten.

Projektziele und Umsetzung
Das Ziel des Roverprojektes war es eine teilautonome Roboterplattform zu entwickeln. Im Vordergrund stand hierbei die Auslegung, Entwicklung und Abstimmung der mechanischen Komponenten, die als Basis für einen sechsfach bereiften Rover dienen. Hierbei besitzt jeder Antriebsstrang einen eigenen Elektromotor, wodurch jedes Rad individuell angesteuert werden kann. Derzeit erfolgt die Steuerung über eine Fernbedienung. Zukünftig soll unser Fahrzeugkonzept mit LiDAR Sensoren ausgerüstet werden. Diese dienen der optischen Geschwindigkeits – und Abstandsmessung. So soll es dem Rover möglich sein, einem menschlichen Ziel zu folgen und dabei erkannten Hindernissen selbstständig auszuweichen. Durch die Integration von Cobots und anderen Aufbauten soll so der Alltag auf dem Campus und im Labor erleichtert werden.

Projektverantwortliche
Sebastian King, Lars Bohländer

Ausgangssituation
Das sogenannte Furuta-Doppelpendel ist ein spannendes Projekt im Automatisierungstechnik-Labor des Fachbereichs Elektrotechnik und Informationstechnik und stellt ein rotatorisches, inverses Doppelpendel dar. Es setzt sich aus einem in der horizontalen Ebene frei rotierbaren Arm und einem an diesem Arm befestigten Doppelpendel zusammen. Das nichtlineare und chaotische System kann mit fortgeschrittenen Methoden der Regelungstechnik, so beeinflusst werden, dass es in einem Ruhezustand balanciert werden kann. Die Systematik der Modellbildung des Systems und der korrespondierende Regelungsentwurf lassen sich in ähnlicher Art und Weise auf praktisch relevante Regelungsaufgaben, wie zum Beispiel der Startstabilisierung einer mehrstufigen Rakete oder der Stabilisierung eines „Segways“, übertragen.

Projektziele und Umsetzung
Das Ziel des Projektes ist es, das Furuta-Doppelpendel mit verschiedenen Methoden der Regelungstechnik und Künstlichen Intelligenz so zu regeln, dass sich das Doppelpendel in einem aufgerichteten Ruhezustand befindet. Zudem wird untersucht, inwieweit eine vorgegebene Armbewegung in der horizontalen Ebene bei gleichzeitiger Stabilisierung des Doppelpendels möglich ist. Der Regelungsentwurf erfolgt durch Anwendung der „Rapid Control Prototyping“-Methodik mit dem Softwarewerkzeug MATLAB/Simulink und Hardware der Firma Quanser.

Projektverantwortliche
Marcel Zehner, Alessio Cavaterra und Steven Lambeck

Ausgangssituation
Fulda liegt in einer sehr ländlich geprägten Gegend, weshalb täglich viele Leute pendeln müssen. Dies geschieht meist durch individuelle Nutzung eines PKW. Durch ihre Größe ist auch die Hochschule Fulda für ein großes (automobiles) Verkehrsaufkommen verantwortlich. Geht man davon aus, dass ca. 50% der Studierenden pendeln (~8900 Studierende * 0.5 = 4450 ~ 4000), davon durchschnittlich eine Strecke von ~ 17 km zurücklegen (laut bbsr.bund.de) und das im Durchschnitt 3-4 mal die Woche (14 Wochen durchschnittlich im Semester), so ergeben sich auf das ganze Jahr gerechnet 13.328.000 gefahrene km. Pro km werden durchschnittlich ~ 150 g CO2 ausgestoßen (Statista Wert für neu zugelassene PKWs im Jahr 2010). Zusammengefasst kann man also sagen, dass die Hochschule Fulda jährlich fast für 2000 Tonnen CO2 Ausstoß, allein durch Pendeln der Studierenden, verantwortlich ist. Und das nur in den Vorlesungszeiten. Würde man die vorlesungsfreie Zeit noch mit einrechnen und die Mitarbeitenden der Hochschule Fulda, so würde der Wert noch höher ausfallen.

Projektziele und Umsetzung
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Einführung einer kostenfreien Mobilitäts-App zur sicheren Organisation von Fahrgemeinschaften. Diese soll ausschließlich für die Mitglieder der Hochschule nutzbar sein und dabei helfen, den CO2-Ausstoß der Hochschule Fulda zu reduzieren und die problematische Parkplatzsituation für Studierende zu verbessern. Unter anderem soll die App auch als Tool fungieren, um Studierende über Themen der nachhaltigen Mobilität zu informieren und gegebenenfalls auch Feedback zu erhalten. Die anonym gesammelten Daten der App könnten dann auch zukünftig dazu beitragen, das Mobilitätskonzept der Hochschule nachhaltiger, klimaschonender und auch nutzer:innenfreundlicher auszurichten.

Projektverantwortliche
Sophia Burkart und Jan-Torsten Milde

Ausgangssituation
Bei MIDI (Musical Instrument Digital Interface) handelt es sich um ein Protokoll aus dem 80er Jahren zum Austausch von Steuersequenzen zwischen elektronischen Musikinstrumenten. Die einzelnen Noten sind dabei über Ihren Start- und Endpunkt definiert. Es können mehrere Töne zeitgleich, auf unterschiedlichen Kanälen, abgespielt werden. Zudem ist eine leichte Editierbarkeit am Pc gegeben. Für ein solches paralleles abspielen von Tönen eignet sich ein digitaler Signalprozessor (DSP).

Projektziele und Umsetzung
Das Ziel des Projekts ist es einen Einblick zu vermitteln, wie aus Noten, Frequenzen und zum Schluss hörbare Töne werden. Über einen Computer wird eine Midi-Datei ausgewählt und der Inhalt über den Lautsprecher am DSP-Board auszugeben. Hierzu wurde eine grafische Benutzeroberfläche entwickelt, die für die Steuerung und Auswahl der Dateien verwendet werden kann. Zudem wird eine Vorschau über den Inhalt angezeigt. Die Datenübertragung zum DSP-Board erfolgt über eine USB-Schnittstelle. Bei der Tonerzeugung werden Töne nicht bloß ein- und ausgeschaltet, sondern langsam ein- bzw. ausgeblendet. Dies verhindert ein Klacken beim Schalten und ist zudem für ein besseres Klangerlebnis bei polyphonen Tönen essenziell.

Projektverantwortliche
Leon Farchau, Damian Goldbach

Ausgangssituation
Ist ein Gebäude so weit beschädigt, dass es einsturzgefährdet ist, ist es gefährlich dieses zu betreten. Befinden sich jedoch noch Personen in einem solchen Gebäude, müssen diese gefunden und gerettet werden. Insbesondere zur Suche dieser Personen muss das Bergungsteam einen großen Teil des Gebäudes ablaufen und bringt sich somit selbst in die Gefahr verschüttet zu werden.

Projektziele und Umsetzung
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer autonomen Plattform, die bei der Suche nach Personen in dem Gebäude unterstützt. Nachdem eine Person gefunden wurde, kehrt das System zum Ausgangspunkt zurück und zeigt dem Bergungsteam den kürzesten Weg zu der gefundenen Person an. Dadurch wird das Risiko für das Bergungsteam verringert. Zudem gewinnt das Bergungsteam somit Zeit, um etwa Vorbereitungen außerhalb des Gebäudes zu treffen. Damit das System autonom in einem beschädigten Gebäude agieren kann, muss es das Gebäude kartieren und sich anhand der erstellten Karte orientieren können. Ein Schwerpunkt ist hierbei der Einsatz von Visueller Odometrie (VO) und Simultaneous Localization and Mapping (SLAM). Weiterhin muss das System auf einer Plattform untergebracht werden, die sich frei in dem Gebäude bewegen kann. Damit diese mögichst wenig von auf dem Boden liegenden Trümmerteilen behindert wird, haben wir uns entschieden die Plattform auf einem Quadrokopter unterzubringen. Dabei muss dieser kompakt genug für einen Flug in Innenräumen konstruiert werden. Gleichzeitig benötigt der Computer auf dem Quadrokopter genügend Leistung, um die komplexen Algorithmen zur Lokalisierung und Kartierung auszuführen.

Projektverantwortliche
Leon Farchau, Damian Goldbach