Experimente mit dem Remote Atomic Force Microscope (RAFM)

In dieser Arbeit wird ein fernsteuer- und programmierbares Raster-Kraft Mikroskop (RAFM) vorgestellt. Das Ger¨at ist mit einer hochpr¨azisen Robotik ausger¨ustet, die es erlaubt, Proben automatisch und ferngesteuert mit einer Toleranz von weniger als 1.5 μm zu positionieren. Eine einfache Programmiersprache erlaubt es, das Instrument zu programmieren, um komplexe Messabl¨aufe automatisch ablaufen zu lassen. Neben der Beschreibung der entwickelten Hard- und Software, werden in der Arbeit Resultate aus programmierten Langzeitexperimenten auf AlO2 Sinterkeramik vorgestellt. In unterschiedlichen Reibungsexperimenten wurden Ver¨anderungen der Spitzengeometrie von bis zu sechsWinkelgrad gemessen. Dieser Verschleiss der Messspitze wird unter dem Aspekt der maximal m¨oglichen Abbildungsleistung diskutiert. In einer analytischen Betrachtung der Kontaktgeometrie von Spitze und Oberfl¨achen, wird ein Frequenzverhalten belegt, dass einem Tiefpass ¨ahnlich ist. Der Einsatz der Robotik als L¨angenaktuator im Mikrometerbereich erlaubt das automatische Akquirieren von sehr grossen Oberfl¨achenbereichen von bis zu 14 mm2 mit Aufl¨osungen bis 25 nm. Das Instrument verf¨ugt ¨uber eine kollaborativ ausgelegte Steuer- und Messsoftware, die eine dezentrale Bedienung des Ger¨ats ¨uber das Internet erlaubt. In Kombination mit einem aus der Luftfahrt stammenden Ausbildungskonzept stellt das RAFM eine optimale Plattform f¨ur die Ausbildung im Bereich der Nanotechnologie dar. In einer Usability Study mit unterschiedlichen Benutzern aus dem universit¨aren und gymnasialen Umfeld wird die hohe Qualit¨at des Ger¨ats als Lehrmittel best¨atigt

Ein neues Konzept für die Trajektoriengenerierung und -stabilisierung in zeitkritischen Verkehrsszenarien

Durch den Einsatz autonomer Fahrzeuge kann der Straßenverkehr effizienter, komfortabler und vor allem sicherer gestaltet werden. Neben der hierfür erforderlichen Umfeldwahrnehmung stellen besonders die Bewegungsplanung und -ausführung zeitkritischer Fahrmanöver zur Beherrschung von dynamischen Verkehrsszenarien eine große Herausforderung dar. Herkömmliche Verfahren, die trotz trickreicher Modifikationen dieser nicht gewachsen sind, werden konsequent durch trajektorienbasierte Konzepte ersetzt

Ein neues Konzept für die Trajektoriengenerierung und -stabilisierung in zeitkritischen Verkehrsszenarien

Durch den Einsatz autonomer Fahrzeuge kann der Straßenverkehr effizienter, komfortabler und vor allem sicherer gestaltet werden. Neben der hierfür erforderlichen Umfeldwahrnehmung stellen besonders die Bewegungsplanung und -ausführung zeitkritischer Fahrmanöver zur Beherrschung von dynamischen Verkehrsszenarien eine große Herausforderung dar. Herkömmliche Verfahren, die trotz trickreicher Modifikationen dieser nicht gewachsen sind, werden konsequent durch trajektorienbasierte Konzepte ersetzt

Erhöhung des Wohlergehens von Bewohnenden in Alters- und Pflegeheimen durch Flexibilisierung der Verpflegungsleistungen mithilfe von Technologie : Schlussbericht der Vorstudie als Basis für weitere Forschungstätigkeiten

Aus vorherigen Projekten war bekannt, dass Verpflegungsleistungen in Alters- und Pflegeheimen aktuell stark auf Arbeitszeiten und die Präsenz von Mitarbeitenden ausgerichtet sind. Mit der zunehmenden Individualisierung der Gesellschaft ist davon auszugehen, dass von zukünftigen Bewohnenden flexiblere Verpflegungsmöglichkeiten eingefordert werden. Zudem ist davon auszugehen, dass sich aktuelle Food Trends auch auf Heime auswirken, was diese dazu zwingt, neue Dienstleistungsangebote zu schaffen. Das Ziel der vorliegenden Vorstudie war es deshalb, den Kontext Verpflegung und Technologie in Schweizer Alters- und Pflegeheimen besser kennenzulernen und in Bezug auf weitere Forschungs- und Entwicklungsprojekte besser einschätzen zu können. Folgende drei Fragen standen im Zentrum: Wie könnte eine ideale, unabhängige und flexible Verpflegung in Alters- und Pflegeheimen der Zukunft aussehen? Wie könnten technologische Mittel die Umsetzung dieser Vision unterstützen? Was könnten potenzielle Hindernisse sein, die die Erreichung der Vision verhindern könnten? Für die Beantwortung der Fragen wurde eine Kombination von Expert:inneninterviews und einer Umfrage durchgeführt und systematisch ausgewertet. Das Ziel wurde erreicht: Die Datenerhebungen haben einen umfassenden Einblick gewährt und ein grosses Bedürfnis und Interesse offenbart. Dabei wurden diverse allgemeine Aspekte in Bezug auf weitere Forschungs- und Entwicklungsbedarfe offensichtlich. Insgesamt wurde das Bedürfnis nach einer Professionalisierung der Verpflegung in Alters- und Pflegeheimen deutlich. Die Resultate zeigen, dass Technologie als Mittel zur Ermöglichung einer flexibleren Verpflegung als Lösungsansatz gesehen wird, wobei allerdings verschiedene Aspekte berücksichtigt werden müssen. Dabei sollten insbesondere auch für kleinere Heime spezifische Unterstützungsangebote entwickelt und durch Praxispartner angeboten werden. Die vorliegende Vorstudie, welche verdankenswerterweise auf Initiative des Teams des ZHAW Kompetenzzentrums für Technologien in der Gesundheitsversorgung GEKONT in Zusammenarbeit mit drei ZHAW-Departementen durchgeführt werden konnte, hat also ein grosses Interesse am Thema ausgelöst und gleichzeitig einen umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsbedarf aufgedeckt. Fortsetzung folgt

Erfolgsfaktoren für einen internationalen Markteintritt eines Schweizer Robotik Start-ups

Schweizer Hightech Start-ups werden häufig in die internationale Expansion aufgrund eines zu kleinen lokalen Marktes getrieben. Der internationale Markteintritt ist jedoch kein einfacher Prozess für ein Start-up und hat viele Hürden, die zu überwinden sind. Von dem Entschluss bis zur Durchführung eines internationalen Markteintrittes müssen wichtige Entscheidungen getroffen werden, die wegweisend für die Zukunft eines jungen Unternehmens sein können. Mit diesem Problem befasst sich die vorliegende Arbeit. Sie sucht nach den Erfolgsfaktoren für den internationalen Markteintritt für Schweizer Robotik Start-ups. Die typischen Marktselektion, wie sie in der Fachliteratur für Start-ups erwähnt wurde, konnte bei den interviewten Robotik Start-ups nur teilweise festgestellt werden. Insbesondere bei jungen Start-ups ist die Marktselektion stark von opportunistischen Chancen getrieben. Meist wird erst in einer späteren Phase, wenn eine genügend grosse Nachfrage vorhanden ist, eine selektivere Marktauswahl vorgenommen. Bei der Wahl der Eintrittsform hat sich bei den analysierten Robotik Start-ups gezeigt, dass ein naher Kundenkontakt bei der Einführung eines neuen Produktes essenziell ist. Deshalb wählten alle Start-ups einen direkten Export als Eintrittsform. Nachdem die Unternehmen erste Erfahrungen gesammelt und den Markt kennengelernt hatten, haben sie dann auf einen indirekten Export gewechselt. Dies gibt den Start-ups den Vorteil, dass sie von dem lokalen Netzwerk der Partner profitieren können, um einen grösseren Markt zu erreichen. Aus der Arbeit hat sich herausgestellt, dass Start-ups, die international Tätig sein wollen, einen besonderen Fokus auf Mitarbeiter mit interkulturellen Erfahrungen setzen sollten. Eine weitere Schlussfolgerung ist, dass die Einschätzung der Bereitschaft der Firma und des Produktes eine wesentliche Rolle bei der Wahl des Marktes und der Eintrittsform spielen sollte. Abschliessend gibt diese Arbeit Handlungsempfehlungen für Schweizer Robotik Start-ups bezüglich einem erfolgreichen internationalen Markteintritt ab und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsbereiche

Time-of-Flight Laserkamera mit großer Empfangsapertur

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Verbesserung von 3D-Scannern, die ihre räumliche Umgebung nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung erfassen. Dabei steht die Problematik der Erreichung einer großen Empfangsapertur bei gleichzeitig schnellem Scanvorgang und ingenieurwissenschaftlich sinnvoller Systemkomplexität im Mittelpunkt der Untersuchungen. Hintergrund dieser Zielsetzung ist die Erhöhung der Empfangsleistung und damit der Reichweite aktueller Systeme

Ansätze zur entkoppelten Regelung von mechanisch gekoppelten Doppelgelenken eines DLR-Medizinroboters

In dieser Arbeit werden die Methoden zur Modellierung, Identifikation, Regelung und Reibungskompensation von DLR-Medizinrobotern mit elastischen und differentiell getriebenen Gelenken vorgestellt. In der Praxis zeigt sich, dass bei den DLR-Medizinrobotern sowohl die Gelenkelastizität als auch die Gelenkverkopplung innerhalb des Doppelgelenks in der Modellierung und Regelung berücksichtigt werden muss. Daher ist es das Hauptziel dieser Arbeit, eine Regelungsstruktur zu entwickeln, die das gewünschte Folge- und Einschwingverhalten erreicht. Zur Regelung wird mit Hilfe der modalen Entkopplung ein MIMO – Zustandsregler für die Doppelgelenkstruktur eingeführt, der auf der Rückführung der antriebsseitigen Positionen und abtriebsseitigen Drehmomente sowie deren Ableitungen basiert. Für die medizinischen Anwendungen spielt die Positionsgenauigkeit, die durch die hohe Reibung stark beeinflusst wird, eine entscheidende Rolle. Um die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern, wird ein Reibungsbeobachter entwickelt, der eine passive Reibungskompensation ermöglicht. Da der Reibungsbeobachter nur den Momentenfehler, nicht aber den Positionsfehler integriert, wird diese Kompensation außer zur Positionsregelung auch zur Verbesserung der Qualität der Drehmoment- und Impedanzregelung eingesetzt. Für die gesamte Regelungsstruktur aus Zustandsregler und Reibungsbeobachter wird global asymptotische Stabilität des gesamten nichtlinearen Roboters nachgewiesen. Diese Regelungsstruktur wird derzeit in zahlreichen Anwendungen mit den DLR-Medizinrobotern benutzt und validiert