Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption und Durchführung einer vollständigen experimentellen Studie zur Evaluierung verschiedener Intelligenzstufen in einem pneumatischen Schulter-Exoskelett. Der Student soll Experimente mit verschiedenen Benutzern und unterschiedlichen Bewegungsaufgaben im Labor durchführen, Systemdaten, Daten der oberen Gliedmaßen und Benutzerfeedback speichern und analysieren, die Leistung der Intelligenzstufen miteinander vergleichen und schließlich konkrete Vorschläge zur Optimierung der Steuerungsparameter, des Aufbaus der Intelligenzstufen und des Unterstützungsverhaltens des Exoskeletts liefern.

• Untersuchung und Analyse des technischen Aufbaus des pneumatischen Schulterexoskeletts und der vorhandenen Intelligenzebenen
• Entwurf eines wissenschaftlichen Versuchsprotokolls zur Evaluierung des Systems im Labor
• Definition geeigneter Bewegungsaufgaben für den Vergleich der Intelligenzstufen, einschließlich Aufgaben im Zusammenhang mit Werkzeugen oder Werkstücken
• Definition von Bewertungskriterien für die Systemleistung, einschließlich der Reduzierung der Muskelaktivität, des Benutzerkomforts, des wahrgenommenen Unterstützungsgrads, der Natürlichkeit der Bewegung, des Sicherheitsgefühls, der Systemverzögerung, Druckstabilität und Benutzerpräferenz
• Untersuchung der Unterschiede in der Systemleistung zwischen verschiedenen Benutzern und Bewertung der Notwendigkeit benutzerabhängiger oder bewegungsaufgabenabhängiger Einstellungen

• Bewertung des Stands der Technik in Bezug auf Gesäßinsuffizienz und medizinische/therapeutische Exoskelette
• Muskuloskelettale Simulation zur Ermittlung einer möglichen Anwendung eines Exoskeletts für Patienten mit Gesäßmuskelschwäche
• Konzeption eines Exoskelett-Prototyps für die Therapie von Patienten mit Glutealinsuffizienz

• Ermittlung des Stands der Technik hinsichtlich der mit Exoskeletten zu unterstützenden industriellen Tätigkeiten und Simulation des Menschen
• Definition geeigneter Anwendungsfälle für biomechanische Entlastung durch Exoskelette
• Konzeption eines Simulationsverfahrens unter Verwendung muskuloskelettaler Menschmodelle zur Ermittlung der erforderlichen Unterstützungskurve von Exoskeletten für unterschiedliche industrielle Tätigkeiten in Abhängigkeit vom angestrebten Optimierungskriterium

• Ermittlung des Standes der Technik
• Konzeption und Aufbau eines Arbeitsplatzes zur Kopplung von Exoskelett, intelligenten Handwerkzeugen und digitalem Assistenzsystem
• Ermöglichung einer Umgebung für die Sammlung, Verarbeitung und Nutzung von Daten der Unterpartner

• Analyse des aktuellen Stands der Technik bei Methoden zur Abschätzung von Bodenreaktionskräften ohne Verwendung von Kraftmessplatten
• Entwicklung eines Ansatzes zur Bestimmung von Bodenreaktionskräften und Druckmittelpunkten mit Hilfe von Simulationen des Bewegungsapparats
• Überprüfung der geschätzten Werte anhand experimenteller Daten
• Evaluierung der Anwendbarkeit für statische und dynamische Aufgaben im Labor- und Industriekontext

Zurzeit, eine innovative Kleinproduktionsanlage zur Verarbeitung hochreiner kritischer Rohstoffe
im Dauerbetrieb (24/7-Betrieb) ohne nennenswerte Anlagensteuerung. Diese muss jedoch manuell
überwacht werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Aufgrund der unterschiedlichen Rohstoffeigenschaften und Ausgangszustände der zur Aufbereitung verwendeten Metalloxide muss dies aus qualitativen und wirtschaftlichen
Gründen automatisiert werden. Ein Grundkonzept für die praktische Umsetzung und Integration in den
Gesamtprozess und Anlagenbetrieb liegt bereits vor.
Aufgaben:

• Evaluierung des Mess-, Steuerungs- & Automatisierungskonzeptes für die praktische Integration in die
  Produktionsanlage
• Auswahl geeigneter Mess- & Automatisierungswerkzeuge und ggfs, Visualisierungsmöglichkeiten
• Einbindung und Programmierung in die bestehende System- und Prozesslandschaft
• Erstellung einer zukünftigen Schnittstelle zur späteren Roboterautomation und, ggf. weitere
  folgende Schritte

• Literaturübersicht für Spinnenkinematik, Antriebskonzepte der künstlichen Spinne, Ideenfindung (z.z. B.. Inspiration von BionicWheelBot)
• Ableitung der inversen Kinematik
• Modellierung/Simulation von Bewegungen mit einfachen Hindernissen
• Gleichgewichtsproblem, Verteilung der Kräfte

• Literaturrecherche zu Open-Source-Roboterarm/Cobot
• Modellvergleich hinsichtlich Möglichkeiten, Aufwand, Weiterentwicklung, ...
• Komponentenauswahl, 3D-Druck, evtl. Geometrieanpassung (Entwurf in CAD)
• Steuerungsprogrammierung
• Montage, Tests, Optimierung auf Benutzerfreundlichkeit
• Dokumentation der Ergebnisse

• Literaturrecherche zu Alternativen auf dem Markt
• Concept develpoment of extruder
• CAD-Design, Component selection, 3D printing
• Control programming
• Assembly, Tests
• Dokumentation der Ergebnisse

Humanoide Industrieroboter sollen in dynamischen Umgebungen operieren, in denen eine vollständige Autonomie
oft nicht ausreicht und eine vollständige manuelle Steuerung ineffizient ist. In solchen Umgebungen bietet die geteilte Autonomie einen vielversprechenden Ansatz, indem sie autonome Roboterfähigkeiten mit menschlicher Überwachung und
Eingriff kombiniert. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, zu entscheiden, wann der Roboter autonom handeln soll, wann er
die Unterstützung des Bedieners anfordern soll und wann er in einen sichereren oder kontrollierteren Modus wechseln soll. Dies ist
besonders relevant für humanoide Roboter wie den Unitree G1, die komplexe Aufgaben
ausführen können, aber in industriellen Szenarien zuverlässig, interpretierbar und sicher bleiben müssen.
Die Arbeit wird sich auf den
Entwurf, die Implementierung und die Evaluierung eines Switching-Frameworks unter Verwendung von ROS 2 und der Unitree G1
Plattform oder eines ähnlichen Versuchsaufbaus konzentrieren. Die Arbeit soll beinhalten:

• Definition von Autonomiestufen für den industriellen humanoiden Betrieb
• Identifikation relevanter Schaltbedingungen wie Unsicherheit, Aufgabenstatus, und Fehlerfälle
• Entwurf einer Entscheidungslogik für Autonomieübergänge
• Implementierung des Schaltframeworks in ROS 2
• Integration mit dem Unitree G1 Software Stack
• Erprobung in repräsentativen industriellen Aufgabenszenarien
• Auswertung anhand von leistungs- und eingriffsbezogenen Metriken