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KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE (KIT)
www.kit.edu
Schwerpunkt Advanced Mechatronics (SP 1)Koordinator: Markus Reischl
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)2
Warum Advanced Mechatronics?
1. Schlüsseltechnologie für die Entwicklung innovativer Produkte (leichter, billiger, neue Funktionen, usw.)
2. Lernen des Zusammenspiels von Mechanik, Elektronik, Messtechnik, Regelungstechnik und Informatik
3. Insbesondere Kenntnis moderner Datenverarbeitung und Modellierung zur Steuerung von Maschinen
4. Schaffung von Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Einflussnahme
5. Wichtige Kenntnisse für branchen-übergreifende Berufschancen
CI FUZZY_A2 | R. Mikut | IAI
0 200 400 600 800 1000 1200-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)3
Informationsverarbeitung durch Computational Intelligence…
g1
g2
gw
⊗ Aktivierungs-
funktion
Gewichte
Ver- knüpfung
e1
e2
ew
künstliches Neuron
a
g0
zn
Eingabe- schicht
Ausgabe- schicht
Zwischen- schichten
Ein-gänge
g1
g2
gw
⊗
g0
x1
x2
xs
µ(y=1)
Aus-gang
µ(y=K)
α=1 α=αmax 1
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)4
… oder Deep Learning (YOLO9000)
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)5
Beispiel: Charakterisierung der Fahrbahnbeschaffenheit
Straßenbauamt: Mangelhafte StraßenzuständeZiel:
gezielte und kostenoptimierte WartungAnpassung der Fahrzeugparameter und Warnmeldungen
Idee: Klassifikation der Beläge und Unebenheiten mitBeschleunigungsmesserGyroskopGPS
entsprechend z.B. Anpassung von Fahrwerkseigenschaften
Asphalt Beton Kopfsteinpflaster
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)6
Beispiel: alternative Steuerung von Rollstühlen
TELMYOS:Telemetrische Mensch-Maschine-Schnittstelle durch Ohr-MuskulaturElektrische Muskelaktivität am Ohr wird zur Steuerung eines Rollstuhls bei gelähmten Personen benutztSignalfluss:
Auch hier Zusammenspiel von Sensorik, Aktorik, Informationsverarbeitendem System und dem Grundsystem
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)7
Beispiel: Handprothesensteuerung
Fluidische künstliche Hand:15 flexible FluidaktorenBeugung jedes Fingers bis zu 180 GradFlexibles Handgelenk mit bis zu 30 Grad BeugungInformationsverarbeitung durch MikrocontrollerSignalaufnahme durch:
Bioelektrische Sensoren am MenschKraftsensoren in der künstlichen Hand
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)8
Optische Inspektion und Bildverarbeitung:
Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop mit geführter Augenbewegung
Spurenzählsystem zur automatischen Auswertung
Bestimmung der Kernspuren mit Bildverarbeitung in einem Mosaikbild
Verfahren zur großflächigen Abbildung der Nerven in der Augenhornhaut
Auswertung von Radondetektoren
Optische Inspektion für funktionelles Drucken
CAD-gestützte Prüfung der Leiterbahnen Prüfung der Planarität der Folien mit Stereo-Deflektometrie
Prüfzelle für Stereo-DeflektometrieBerechnete Tiefenkarte
Leiterbahnunterbrechung, erkannt durch Bildverarbeitung
Analyse der Leiterbahnbreite mit Bildverarbeitung
Mosaikbild, erstellt aus 2600 Einzelaufnahmen
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)9
Mechatronische Prozessmodule für die Photonikproduktion:
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Module zur hochpräzisen Positionierung von photonischen Komponenten (Identifikation, Manipulation)Hochpräzise selektive Dosierung von optisch funktionalen Fluiden unter visueller Überwachung
Aufbau von photonischen Multi-Chip-Modulen auf Basis neuartiger Prozesse: Kombination sensorischer (optisch und taktil) Information mit Ansteuerung hochpräziser Aktoren unter Einbeziehung von unterschiedlichen physikalischen Effekten
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)10
Lernziele (im Detail)
Der Schwerpunkt Advanced Mechatronics bietet eine breite interdisziplinäre Ausbildung der Studierenden und befähigt sie zur ganzheitlichen Lösung von Aufgabenstellungen der Mechatronik, die im Wesentlichen folgende Fachgebiete miteinander in Verbindung bringt:
RegelungstechnikMesstechnik und Signalverarbeitungmathematische Verfahren
Studierende des Schwerpunkts kennen die zukunftsorientierten Verfahren des modernen Ingenieurs. Sie haben die Fähigkeit zur individuellen, kreativen Lösung komplexer Probleme mit interdisziplinär anwendbaren Mitteln insbesondere unter Berücksichtigung moderner, rechnergestützter mathematischer Methoden.
CI FUZZY_A10 | R. Mikut | IAI Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)11
Wahlmöglichkeiten:
Im Bachelor:Nicht wählbar
Im Master:Als Teil folgender Vertiefungsrichtungen wählbar:
Allgemeiner Maschinenbau (MB), Schwerpunkt 1 oder 2Energie- und Umwelttechnik (E+U), Schwerpunkt 2Fahrzeugtechnik (FzgT), Schwerpunkt 2Mechatronik und Mikrosystemtechnik (M+M), Schwerpunkt 1 oder 2Produktentwicklung und Konstruktion (PEK), Schwerpunkt 2Produktionstechnik (PT), Schwerpunkt 2Theoretischer Maschinenbau (ThM), Schwerpunkt 2
Nicht wählbar in folgenden Vertiefungsrichtungen:Werkstoffe und Strukturen für Hochleistungssysteme (W+S)
Zusätzliche Informationen finden Sie im elektronischen Schwerpunktplaner (http://www.mach.kit.edu/1555.php) und in den entsprechenden Modulhandbüchern (http://www.mach.kit.edu/1572.php)
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
http://www.mach.kit.edu/1555.phphttp://www.mach.kit.edu/1572.php
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)12
Voraussetzungen und Hinweise
Empfohlene Wahlpflichtfächer:2105011 Einführung in die Mechatronik2106014 Datenanalyse für Ingenieure2137308 Machine Vision2105014 Mechatronik-Praktikum24152 Robotik I210xxxx Moderne Regelungskonzepte I-III
Eignet sich besonders gut zur Vertiefung vorher erworbener Kenntnisse (z.B. aus dem Bachelor!)
CI FUZZY_A12 | R. Mikut | IAI Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)13
Lehrveranstaltungen im Schwerpunkt Advanced Mechatronics:
Auszug aus dem Modulhandbuch (für eventuelle Ergänzungen oder Änderungen bitte das aktuelle Modulhandbuch http://www.mach.kit.edu/1572.php aufrufen)
K: Kernfach, E: Ergänzungsfach, P: Praktikum
Markus Reischl, SP1, Advanced Mechatronics
http://www.mach.kit.edu/1572.php
Foliennummer 1Warum Advanced Mechatronics?Informationsverarbeitung durch Computational Intelligence…… oder Deep Learning �(YOLO9000)Beispiel: Charakterisierung der FahrbahnbeschaffenheitBeispiel: alternative Steuerung von RollstühlenBeispiel: HandprothesensteuerungOptische Inspektion und Bildverarbeitung:Mechatronische Prozessmodule für die Photonikproduktion:Lernziele (im Detail)Wahlmöglichkeiten:Voraussetzungen und HinweiseLehrveranstaltungen im Schwerpunkt �Advanced Mechatronics: