Studien- und Abschlussarbeiten

Bearbeitungszeit ab 01.03.2019 bis 31.07.2019

Im Labor zur Vorlesung „Aktorik“ sollen die Studierenden in Zukunft die Betriebskennlinien von Gleichstrommotoren vermessen und die Motorparameter identifizieren. Die Gleichstrommotoren werden hierzu bei verschiedenen Spannungen und Lastmomenten betrieben, die Drehzahlen und Motorströme werden erfasst.

Im Rahmen von vorangehenden Studienarbeiten einen Prüfstand für elektrische Kleinmotoren realisiert. Er umfasst einen Wechseladapter für Motoren, eine Hysteresebremse, einen Halleffekt-Drehzahlsensor mit Anzeige und einen eigenentwickelten DMS-Drehmoment-Messflansch. Bei ersten Probemessungen konnte die prinzipielle Funktionstauglichkeit des Prüfstands nachgewiesen werden. Allerdings wurde auch deutlich, dass speziell die Drehmomentmessung noch nicht robust gegenüber Umgebungseinflüssen (z.B. Temperatur des Raums bzw. des Versuchsaufbaus) ist.

In der ausgeschriebenen mechatronischen Projektarbeit soll die Messfähigkeit des vorhandenen Prüfstands gezielt untersucht und verbessert werden. In diesem Zusammenhang sind folgende Arbeitsschritte erforderlich:

• Kalibration des existierenden Drehmoment-Messflanschs und Durchführung von Probemessungen

  Systematische Analyse der Auswirkung von Störeinflüssen auf die Messdaten (speziell Temperatur)

  Systematische Definition und Bewertung von Abhilfemaßnahmen

  Auswahl und Umsetzung der Abhilfemaßnahme(n)

  Quantitative Beurteilung der erreichten Verbesserung im Rahmen von erneuten Probemessungen

bei Frutika SRL, Paraguay

Schlagworte: Digitalisierung Prozesse Agrar Lebensmittel

Digital Farming - Innovative Ansätze in der Lebensmittelproduktion (mit Auslandsaufenthalt)

Ausgeschrieben werden mehrere Themen im Bereich "Digital Farming" in Kooperation mit der Firma Frutika SRL in Paraguay (Südamerika).

Frutika ist ein deutschstämmiges Unternehmen mit schwäbischen Wurzeln in Paraguay. Das Familienunternehmen im Bereich Landwirtschaft und Agrarindustrie bewirtschaftet ca. 12.000 Ha Fläche und produziert u.a. Fruchtsäfte im Wert von 150 Mio. US$/Jahr. Die Unternehmensleitung ist deutschsprachig, die gewerblichen Mitarbeiter sind vorwiegend spanischsprachig. Das Unternehmen hat eine Vorreiterrolle in der paraguayischen Wirtschaft. Zurzeit besteht ein intensiver Austausch mit Frutika im Arbeitsbereich von Prof. Dr. Karsten Wendland (Technische Redaktion/Mechatronik).

Das Unternehmen bietet verschiedene Themen für Abschlussarbeiten (Bachelor, Master) an, die von Studierenden unterschiedlicher Studienangebote mit technischen, wirtschaftlichen und pädagogischen Schwerpunkten bearbeitet werden können.

Hierzu zählen u.a.:

• Farming 4.0 - Digitalisierte Überwachung großflächiger Anbaugebiete
• Verteiltes Kommunikationskonzept zur Unterstützung der digitalen Mitarbeiterkommunikation und der Betriebsabläufe in der Fläche
• Prozessoptimierung / Logistik in einem Betrieb der Lebensmittelindustrie
• Internationale Vertriebskonzepte für besondere Bio-Produkte
• Unterstützung beim Aufbau eines Robotik- und eines Mechatronik-Labors im neu entstehenden Gymnasium für Kinder der Firmenmitarbeiter vor Ort
• weitere Themen nach Absprache

Die Projekte sind typischerweise mit einem Aufenthalt vor Ort verbunden. Die Zentrale von Frutika liegt im Distrito Carlos A. López im Osten Paraguays im Dreiländereck Paraguay / Brasilien / Argentinien. In der Colonia Kressburgo leben knapp 5.000 Einwohner. Der nächste internationale Flughafen ist ca. 1,5h entfernt.

Voraussetzungen für die Bearbeitung dieser Themen sind:

• überdurchschnittliche bisherige Studienleistungen
• eigene erste Vorüberlegungen zu einem der oben aufgeführten Themen
• Interesse an einem Auslandsaufenthalt in einem sich stark entwickelnden lateinamerikanischen Land
• Spanischkenntnisse bzw. die Bereitschaft diese im Vorfeld aufzubauen (Level B1/B2, siehe hierzu auch das Kursangebot des Sprachenzentrums)
• Bei Studierenden anderer Fakultäten: Erstbetreuer der Arbeit aus der eigenen Fakultät, Zweitbetreuung kann durch Prof. Dr. Karsten Wendland (Technische Redaktion/Mechatronik) erfolgen

Interessenten können sich zum direkt bei Prof. Wendland melden:

karsten.wendland@hs-aalen.de

Schlagworte: Li-Ionen Zuverlässigkeit Big data

Der Einzug von Big Data in die Mechatronik erfordert neue Datenablage Modelle.

Speziell für die Anwendung von Machine Learning ist es wichtig gesammelte Daten sinnvoll abzulegen.

Dies ermöglicht einen einfachen Zugriff auf die Daten zur Verwendung als Testdaten und Verifikationsdaten für die Modell Generierung.

Die Ziel der Bachelorarbeit sind

• die Analyse der generierten Daten

• die Entwicklung eines Ablagemodells der Daten

• die Speicherung der Daten in einer Datenbank

• die Generierung der Datenbank in einer Cloud

Bearbeitungszeit ab 16.03.2020 bis 28.07.2020

Schlagworte: media:Antriebstechnik Robotik

Für einen Pedelec-Prüfstand soll ein humanoider Roboter entwickelt werden. Die Antriebssteuerung und Regelung soll mit Raspberry Pi4 Plattformen und Matlab-Simulink deployment realisiert werden.

Das Projekt eignet sich für 3-4 Personen im Projektteam. Für dieses Projekt steht die Antriebstechnik sowie mechanische Konstruktion und Steuerungstechnik mit Matlab Stateflow im Mittelpunkt.

Bearbeitungszeit ab 16.03.2020 bis 28.07.2020

Schlagworte: Regelungstechnik

Für den Hauptantrieb einer Drehmaschine soll modellbasiert mit Matlab-Simulink R2019b eine 2-stufige Kaskadenregelung auf einer Raspberry Pi3 und

ArduinoDue Plattform implementiert werden. Beide HW-Aufbauten sind bereits vorhanden und betriebsbereit. 

Im ersten Teil des Projekts soll für die ArduinoDue Plattform eine Smith-Prädiktorregelung zur Kompensation der USB-Totzeit von ca. 5ms entwickelt werden.

Dazu muss zunächst eine Parameteridentifikation der Elektromechanik mit der Matlab Toolbox erfolgen.

Im zweiten Teil des Projekt soll dann die Implementierung beider Regelungen über das Matlab Hardware-Support-Package bzw. Simulink Desktop Realtime erfolgen und 

anschliessend die Ergebnisse beider Lösungen qualifiziert und verglichen werden (Regelgütenbestimmung).

Das Projekt eignet sich auch als Teamprojekt bis max. 3 Personen.

Bearbeitungszeit ab 16.03.2020 bis 28.07.2020

Schlagworte: Regelungstechnik

Mit einem vorhandenem Aufbau zur Drehzahlregelung eines DC-Getriebemotors mit Schwungmasse soll eine modellbasierte

Regelung mit Smith-Prädiktor mit Matlab-Simulink implementiert werden. Hierzu steht ein Arduino Mega2560 Board zur Verfügung

welches als Sensor-Aktor-Interface fungiert. Der Regelalgorithmus läuft mit Matlab Simulink Desktop Realtime auf dem Notebook.

Das Projekt kann auch als 2-er Team bearbeitet werden.

Von allen derzeit bekannten Aktor-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Drähte nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden.

Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von SMA-Aktoren liegt allerdings in der Charakterisierung und Modellierung des komplexen Materialverhaltens. In diesem Projekt soll ein spezieller Teststand konstruiert und aufgebaut werden, mit dem SMA-Aktoren in einem Ölbad eine gewünschte Temperatur aufgeprägt werden kann. Bei der Zieltemperatur können dann die relevanten Kraft-Weg-Kennlinien des Materials aufgenommen werden. Die Steuerung der Messabläufe und die Temperaturregelung im Teststand erfolgt über ein vorhandenes dSPACE Rapid Control Prototyping System.

Das Projekt umfasst folgende Schritte:

• Konstruktion des Teststands
• Risikobewertung, ggf. Anpassung des Entwurfs
• Aufbau und Inbetriebnahme
• Erweiterung dSPACE-Software (Matlab) zur Ansteuerung des Teststands
• Durchführung von Probemessungen an einem SMA-Draht

Das Projekt ist für eine Gruppe von 2-3 Studierenden (F, MEKA, G) und einen Umfang von 10 CP ausgelegt. Alternativ ist das Projekt aber auch als Themenstellung für eine Bachelorarbeit geeignet.

Von allen derzeit bekannten Aktor-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Drähte nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden.

In Aktuatoren werden die SMA-Drähte über Crimps elektrisch und mechanisch angebunden. Dabei muss der SMA-Draht eine exakt definierte Länge aufweisen. Die Crimps müssen mit einer definierten Kraft bzw. Verformung verpresst werden, damit sie die hohen Drahtkräfte zuverlässig aufnehmen, ohne dass der SMA-Draht rutscht. Die geometrische Gestaltung der Crimps hat ebenfalls wesentlichen Einfluss auf die Haltekraft der Crimps.

Im Rahmen dieses Projekts soll eine Crimp-Station entwickelt und aufgebaut werden, mit der sich SMA-Drähte zuverlässig und reproduzierbar verpressen lassen. Die Tauglichkeit ist durch Versuche nachzuweisen. Der Umfang des Projekts kann optional auf die Untersuchung der Eignung verschiedener Crimp-Geometrien erweitert werden.