Engineering for a Changing World: 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : programme

In 2017, the Ilmenau Scientific Colloquium is again organised by the Department of Mechanical Engineering. The title of this year’s conference “Engineering for a Changing World” refers to limited natural resources of our planet, to massive changes in cooperation between continents, countries, institutions and people – enabled by the increased implementation of information technology as the probably most dominant driver in many fields. The Colloquium, complemented by workshops, is characterised by the following topics, but not limited to them: – Precision Engineering and Metrology – Industry 4.0 and Digitalisation in Mechanical Engineering – Mechatronics, Biomechatronics and Mechanism Technology – Systems Technology – Innovative Metallic Materials The topics are oriented on key strategic aspects of research and teaching in Mechanical Engineering at our university

Industrial Applications: New Solutions for the New Era

This book reprints articles from the Special Issue "Industrial Applications: New Solutions for the New Age" published online in the open-access journal Machines (ISSN 2075-1702). This book consists of twelve published articles. This special edition belongs to the "Mechatronic and Intelligent Machines" section

Arrayed LiDAR signal analysis for automotive applications

Light detection and ranging (LiDAR) is one of the enabling technologies for advanced driver assistance and autonomy. Advances in solid-state photon detector arrays offer the potential of high-performance LiDAR systems but require novel signal processing approaches to fully exploit the dramatic increase in data volume an arrayed detector can provide. This thesis presents two approaches applicable to arrayed solid-state LiDAR. First, a novel block independent sparse depth reconstruction framework is developed, which utilises a random and very sparse illumination scheme to reduce illumination density while improving sampling times, which further remain constant for any array size. Compressive sensing (CS) principles are used to reconstruct depth information from small measurement subsets. The smaller problem size of blocks reduces the reconstruction complexity, improves compressive depth reconstruction performance and enables fast concurrent processing. A feasibility study of a system proposal for this approach demonstrates that the required logic could be practically implemented within detector size constraints. Second, a novel deep learning architecture called LiDARNet is presented to localise surface returns from LiDAR waveforms with high throughput. This single data driven processing approach can unify a wide range of scenarios, making use of a training-by-simulation methodology. This augments real datasets with challenging simulated conditions such as multiple returns and high noise variance, while enabling rapid prototyping of fast data driven processing approaches for arrayed LiDAR systems. Both approaches are fast and practical processing methodologies for arrayed LiDAR systems. These retrieve depth information with excellent depth resolution for wide operating ranges, and are demonstrated on real and simulated data. LiDARNet is a rapid approach to determine surface locations from LiDAR waveforms for efficient point cloud generation, while block sparse depth reconstruction is an efficient method to facilitate high-resolution depth maps at high frame rates with reduced power and memory requirements.Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC

Kodizajn arhitekture i algoritama za lokalizacijumobilnih robota i detekciju prepreka baziranih namodelu

This thesis proposes SoPC (System on a Programmable Chip) architectures for efficient embedding of vison-based localization and obstacle detection tasks in a navigational pipeline on autonomous mobile robots. The obtained results are equivalent or better in comparison to state-ofthe- art. For localization, an efficient hardware architecture that supports EKF-SLAM's local map management with seven-dimensional landmarks in real time is developed. For obstacle detection a novel method of object recognition is proposed - detection by identification framework based on single detection window scale. This framework allows adequate algorithmic precision and execution speeds on embedded hardware platforms.Ova teza bavi se dizajnom SoPC (engl. System on a Programmable Chip) arhitektura i algoritama za efikasnu implementaciju zadataka lokalizacije i detekcije prepreka baziranih na viziji u kontekstu autonomne robotske navigacije. Za lokalizaciju, razvijena je efikasna računarska arhitektura za EKF-SLAM algoritam, koja podržava skladištenje i obradu sedmodimenzionalnih orijentira lokalne mape u realnom vremenu. Za detekciju prepreka je predložena nova metoda prepoznavanja objekata u slici putem prozora detekcije fiksne dimenzije, koja omogućava veću brzinu izvršavanja algoritma detekcije na namenskim računarskim platformama

Desarrollo de arquitecturas para procesamiento de control de la mirada en sistemas de visión activa con resolución espacial variable

En esta tesis se aborda la implementación de un sistema completo de visión activa, en el que se capturan y generan imágenes de resolución espacial variable. Todo el sistema se integra en un sólo dispositivo del tipo AP SoC (All Programmable System on Chip), lo que nos permite llevar a cabo el codiseño hardware-software del mismo, implementando en la parte lógica los bloques de preprocesado intensivo, y en la parte software los algoritmos de procesado de control más complejo. El objetivo es que, trabajando con un campo visual del orden de Megapíxeles, se pueda procesar una tasa moderada de imágenes por segundo. Las imágenes multiresolución se generan a partir de sensores de resolución uniforme con una latencia nula, lo que permite tener preparada la imagen de resolución variable en el mismo instante en que se ha terminado de capturar la imagen original. Como innovación con respecto a las primeras contribuciones relacionadas con esta Tesis, se procesan imágenes con toda la información de color. Esto implica la necesidad de diseñar conversores entre espacios de color distintos, para adecuar la información al tipo de procesado que se va a realizar con ella. Estos bloques se integran sin alterar la latencia de entrega de los sucesivos fotogramas. El procesamiento de estas imágenes multirresolución genera un mapa de saliencia que permite mover la fóvea hacía la región considerada como más relevante en la escena. El contenido de la imagen se estructura en una jerarquía de niveles de abstracción. A diferencia de otras arquitecturas de este tipo, como son la pirámide regular y el polígono foveal, en las que se trabaja con imágenes de resolución uniforme en los distintos niveles de la jerarquía, la pirámide irregular foveal que se propone en esta tesis combina las ideas de trabajar con una imagen realmente multirresolución, que incluya el campo de visión completo que abarcan sensor y óptica, con el procesamiento jerárquico propio de las pirámides irregulares. Para ello en esta tesis se propone la implementación de un algoritmo de diezmado irregular que, tomando como base la imagen multirresolución, dará como resultado una estructura piramidal donde los distintos niveles no son imágenes sino grafos orientados a la resolución del problema de segmentación y estimación de saliencia. Todo el sistema se integra en torno a la arquitectura de bus AXI, que permite conectar entre si todos los cores desarrollados en la parte lógica, así como el acceso a la memoria compartida con los algoritmos implementados en la parte software. Esto es posible gracias a los bloques de acceso directo a memoria AXI-VDMA, en una propuesta de configuración que permite tanto la integración perfectamente coordinada de la transferencia de la imagen multirresolución generada a la zona de trabajo del algoritmo de segmentación como su recuperación para la posterior visualización del resultado del proceso, y todo ello con una tasa de trabajo que mejora los resultados de plataformas similares