Roboter- und Rechnertechnik

• J. Frochte, M. Lemmen, and M. Schmidt. Concerning the integration of machine learning content in mechatronics curricula. In Revolutionizing Education in the Age of AI and Machine Learning, pages 75–96. IGI Global, 2020.
• Schmidt, M. & Schilling, K. Ground station networks for distributed satellite systems; Kapitel 12 in dem Buch M. D’Errico (ed.) „Distributed Space Missions for Earth System Monitoring“, International Academy of Astronautics, Springer Verlag 2012
• Schilling, K. & Schmidt, M.; Communication in Distributed Satellite Systems; Kapitel 11 in dem Buch: M. D’Errico (ed.) „Distributed Space Missions for Earth System Monitoring“, International Academy of Astronautics, Springer Verlag 2012
• Schmidt, M.; Ground Station Networks for Efficient Operation of Distributed Small Satellite Systems; LNI Sammelband – Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2011; German Informatics Society, 2011, volume D-11

• C. Sauer, M. Schmidt, and M. Sliskovic. Advanced models for the simulation of agv communication in industrial environments. In In proceedings of 10th ACM International Symposium on Design and Analysis of Intelligent Vehicular Networks and Applications (DIVANet'20), 2020.
• B. Tousside, J. Mohr, M. Schmidt, and J. Frochte. A learning approach for optimizing robot behavior selection algorithm. In International Conference on Intelligent Robotics and Applications, Kuala Lumpur, Malaysia, Nov. 2020. Springer.
• J. Weber, S. Sandfuchs, and M. Schmidt. RMS: A Robot Management System. In J. Jäkel and R. Thiel, editors, AALE 2020 - 17. Fachkonferenz 'Automatisierung und Mensch-Technik-Interaktion', pages 8190, Leipzig, Germany, Mar. 2020. VDE
  Verlag.
• I. Volosyak and M. Schmidt. Asynchronous Control of a Spherical Robot by means of SSVEP-based Brain-Computer Interface. In The 7th IEEE International Conference
  on E-Health and Bioengineering (EHB), 2019.
• J. Weber, C. Kaufmann, and M. Schmidt. Control of Spherical Mobile Robots under Environmental Disturbances. In AALE 2019 - 16. Fachkonferenz ”Autonome und intelligente Systeme in der Automatisierungstechnik”, 2019.
• C. Sauer, M. Schmidt, and M. Sliskovic. Delay tolerant networks in industrial applications. In 2019 24th IEEE Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA), 2019.
• C. Sauer, M. Sliskovic, and M. Schmidt. Flooding-based network monitoring for mobile wireless networks. In 2019 2nd International Conference on Communication and Network Protocol (ICCNP), 2019.
• C. Sauer, M. Sliskovic, and M. Schmidt. Simulating mobile networks for industrial applications. In 2019 24th IEEE Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA), 2019.
• C. Kaufmann, H.-P. Huth, F. Zeiger, and M. Schmidt. IP Link Model for Industrial Satellite Communication. In 70th International Astronautical Congress,Washington, D.C., USA, Oct. 2019. International Astronautical Federation.
• C. Kaufmann, H.-P. Huth, F. Zeiger, and M. Schmidt. Performance Evaluation of Internet over Geostationary Satellite for Industrial Applications. In 70th International
  Astronautical Congress, Washington, D.C., USA, Oct. 2019. International Astronautical Federation.
• M. Schmidt, D. K. Babu, C. Kaufmann, H.-P. Huth, and F. Zeiger. Industrial communication over satellite links. In Proceedings of the 13th AIRTEC International Congress, Munich, Germany, Nov. 2018.
• J. Frochte, M. Lemmen, and M. Schmidt. Seamless integration of machine learning contents in mechatronics curricula. In 2018 19th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM), pages 75–80. IEEE, 2018.
• C. Kaufmann, D. K. Babu, M. Schmidt, and C. Conrad. Automated Cloud and Cloud Shadow Removal and Filling on Landsat, MODIS and Sentinel Data. In 69th International Astronautical Congress, Bremen, Germany, Oct. 2018.
• Schmidt, M. and Inamura, T. Simplified Human Robot Interaction (HRI) interface for intuitive control of a spherical robot, Angewandten Automatisierungstechnik in Lehre und Entwicklung (AALE 2018)
• Babu, D. K.; Kaufmann, C.; Schmidt, M.; Dahms, T. & Conrad, C. Autonomous Time Series Generation of High Spatial Resolution Images - A Feasibility Study International Astronautical Congress 2017, 2017
• Babu, D. K.; Kaufmann, C.; Schmidt, M.; Dhams, T. & Conrad, C. Semi-autonomous remote sensing time series generation tool Image and Signal Processing for Remote Sensing XXIII, 2017, 10427, 104270C
• Dahms, T.; K., B. D.; Borg, E.; Schmidt, M. & Conrad, C. Derivation of Biophysical PParameter from Fused Remote Sensing Data International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2017
• Schmidt, M.; Sauer, C. & Weber, J. High precision navigation with a mobile robot using iGPS Innosecure 2017, 2017
• Babu, D. K. and Schmidt, M. , Impact on quality and processing time due to change in pre-processing operation sequence onmoderate resolution satellite images, 66th International Astronautical Congress, 2016
• Freimann, A.; Tzschichholz, T.; Schmidt, M.; Kleinschrodt, A.; Schilling, K.; Applicability of delay tolerant networking to distributed satellite systems, CEAS Space Journal. 2016, pp: 1-10
• Weber, J.; Kaufmann, C.; Hache, C. & Schmidt, M. Solving the Box-Pushing Problem Using a Spherical Robot 16th International Conference on Research and Education in Mechatronics, 2015
• Freimann, A.; Tzschichholz, T.; Schmidt, M.; Kleinschrodt, A. & Schilling, K. Feasibility of Delay Tolerant Networks for Use in Distributed Small Satellite Systems Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, 2015
• Kleinschrodt, A.; Freimann, A.; Schmidt, M. & Schilling, K. Lessons learned from in orbit operations of the UWE-3 pico-satellite 65th International Astronautical Congress, 2015
• Schmidt, M.; Zoz, A.; Valentin, M. & Conrad, C. Efficient data analysis of MODIS satellite images 65th International Astronautical Congress, 2015
• Freimann, A.; Rummelhagen, M.; Reichel, F.; Marszalek, M.; Schmidt, M; Schilling, K.; Analysis Of Wireless Networks for Satellite Swarm Missions; Proceedings of the 3rd IFAC Symposium on Telematics Applications. 2013
• Schmidt, M. and Schilling, K.; Orbit determination approach for educational satellites using ground station networks; 64th International Astronautical Congress 2013, Beijing (China), IAC-13,E2,4,6,x18850
• Kleinschrodt, A.; Bangert, P.; Schmidt, M.; Boie, E.; Frank, S.; Mohnhaupt, D.; Haunschild, M.; Minet, C.; Eineder, M.; Space based automatic identification and monitoring system for largescale; railway transportation -- GP-AIMS; 19th IFAC Symposium on Automation and Control, Würzburg, 2013
• Freimann, A,; Kleinschrodt, A.; Schmidt, M.; Schilling, K.; Advanced Autonomy for Low Cost Ground Stations; 19th IFAC Symposium on Automation and Control, Würzburg, 2013;
• Freimann, A.; Schmidt, M,; Schilling, K.; Graciano, J.; Fellinger, G.; Kayal, H.; Spies,P.; Zessin, H.; Henkel, P.; Reichel, F.; Rummelhagen, M.; Marszalek, M.; Bollert, R.; The BayKoSM Project: Technologies for Swarm Missions; 5th International Conference on Spacecraft Formation, Munich, 2013
• Gensleiter, K.; Haunschild, M.; Eineder, M. Schilling, K.; Frank, S.; Kleinschrodt, A.; Minet, C.; Schmidt, M; GMES- und Picosatelliten-basiertes Automatisches Echtzeit-Identifikations- und -Monitoringsystem für den großräumigen Schienentransport; 61. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, Berlin. 2012

• Schmidt, M. Ground Station Networks for Efficient Operation of Distributed Small Satellite Systems; Dissertation, eISBN: 978-3-923959-77-8

• Grundlagen der Informatik
• Grundlagen der Rechnertechnik
• Grundlagen Robotik
• Vertiefung Robotik

• Robotics
• Wissenschaftliches Schreiben

Das SpheRobs (Spherical Robotics) Projekt erforscht neuartige Ansätze aus der Informatik im Themenfeld verteilte Robotersysteme. Eingesetzt werden vor allem Verfahren aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz, Regelungstechnik und Bilddatenverarbeitung. Ziel ist hierbei von der reinen Simulation zu einer Demonstration auf realer Roboterhardware zu gelangen und auch diese auch in der unstrukturierten menschlichen Umgebung umzusetzen. Zu diesem Zweck werden sogenannte Kugelroboter im Roboter- und Rechnertechnik Labor für die Implementierung verwendet. Kugelroboter sind kugelförmige Roboter, die durch die Verschiebung ihres Schwerpunktes in der Lage sind, in eine beliebige Richtung zu rollen.

Videos:

• Box pushing problem solved by spherical robot
• Collaborative box-pushing
• Position control with three spherical robots - Keeping a simple formation
• Control of spherical mobile robots under environmental disturbances

Veröffentlichungen

• Solving the box-pushing problem using a spherical robot
• Control of spherical mobile robots under environmental disturbances

Im Rahmen verschiedener Studentenprojekte wurde einem PhantomX Reactor Roboterarm von Trossen Robotics das Spiel Tic Tac Toe beigebracht. Da Tic Tac Toe ein Spiel mit vollständiger Information ist, spielt der Roboter stets ein perfektes Spiel. Der menschliche Gegenspieler kann nie gewinnen, sondern maximal ein Unentschieden erreichen. Videos zur aktuellen Version finden sich hier: https://youtu.be/ciLn0i36-t0

Für die Umsetzung der Software haben die Studenten an folgenden Hauptthemen gearbeitet:

• Kinematik: Modellierung des Roboters mit dem Denavit-Hartenberg Verfahren
• Bilddatenverarbeitung: Erkennung der Spielsituation mit Hile einer Webcam
• Künstliche Intelligenz: Berechnung des nächsten Zuges mit dem MinMax Verfahren

Alle Informationen zu laufenden Veranstaltungen werden auf der Plattform moodle bekanntgegeben.

moodle HS Bochum

Im Forschungsschwerpunkt Robotik beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit mobilen Robotern und Manipulatoren und deren Interaktion.

Es folgen einige Beispielprojekte:

Das Projekt TIMALIE beschäftigt sich mit gestuften Lernverfahren, die das Einsetzen von KI auf autonomen Systemen ermöglicht. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte mit tiefen neuronalen Netzen gemacht, die erfolgreich komplexe Probleme lösen konnten. Diese setzen allerdings große Rechenleistung voraus, was ein Nachteil für autonome Systeme darstellt, da diese oft mit begrenzten Ressourcen ausgestattet sind. Die Beschränkung der zur Verfügung stehenden Rechenleistung wird oft mit externen Ressourcen kompensiert (z.B. eine Cloud-Infrastruktur). Aus Datenschutzgründen oder um die Privatsphäre zu schützen kann aber unter Umständen der Datensatz nicht in die Cloud transferiert werden. Im Projekt TIMALIE wird anhand hierarchischer Lernverfahren versucht die oben genannten Einschränkungen (begrenzte Ressourcen & Datensicherheit) zu überwinden. Dafür entwickeln wir ``Hierarchische Künstliche Intelligente Strukturen'' (HKIS), die in autonome Systemen neue Anwendungen ermöglichen. Ein Putzroboter kann sich zum Beispiel lokal neues Wissen aneignen ohne die Daten an ein cloudbasiertes Backend zu übermitteln. Dies hat den Vorteil, dass das Lernen lokal auf dem Roboter passiert und die Daten nicht über das Netzwerk übertragen werden, um in ein separates (fremdes) System zu landen, was Fragen der Sicherheit, des Datenschutzes und des Vertrauens aufwerfen würde.

Das Projekt ist Teil der Bergischen Innovationsplattorm für künstliche Intelligenz (BIT - www.bit-ki.de/). Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung [EFRE] gefördert.

In vielen Robotikanwendungen ist eine Interaktion mit einem menschlichen Bediener erwünscht oder evtl. sogar notwendig um eine Aufgabe zu erfüllen. Speziell im Bereich der mobilen Robotik, wenn der Roboter nicht seine exakte Position nicht kennt, ist eine Unterstützung durch den Bediener essentiell.

Dieses Projekt befasst sich mit einem neu entwickelten Konzept zur Steuerung von mobilen Robotern. Der Fokus liegt auf einer intuitiven Steuerung mit Hilfe von einfachen Gesten und Bewegungen um einen Kugelroboter zu steuern. Der implementierte Demonstrator nutzt einen Time of Flight Sensor in Kombination mit einem innovativen Steuerungskonzept. Der Demonstrator wurde auf Basis des Robot Operating System (ROS) umgesetzt.

Unter dem Begriff Service Robotik werden Roboteranwendungen zusammengefasst, die dem Menschen bei der Bewältigung von alltäglichen Aufgaben unterstützen sollen. Hierbei muss sich der Roboter in der dynamischen und unstrukturierten Umgebung seines Bedieners zurechtfinden und Aufgaben erledigen. Ein hoher Grad an Autonomie und Robustheit ist Grundvoraussetzung für die zuverlässige Erledigung der Aufgaben. Das ISR Projekt beschäftigt sich mit innovativen Ansätzen um intelligentes und autonomes Verhalten zu erzeugen. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Arbeitsgruppe Angewandte Informatik und Mathematik (Prof. Dr. Jörg Frochte) und der Arbeitsgruppe Roboter- und Rechnertechnik (Prof. Dr. Marco Schmidt).

Aktuell befasst sich das ISR Projekt mit folgenden Schwerpunkten:

• Hochgenaue Navigation für mobile Roboter in Automatisierungsszenarien
•  Übertragung von maschinellen Lernalgorithmen von der Simulation in freale Anwendungen

Ein Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe ist das interdisziplinäre Feld der Raumfahrttechnik. Die Projekte am Campus Velbert/Heiligenhaus haben einen starken Bezug zur technischen Informatik und demonstrieren innovative Ansätze in modernen Raumfahrtanwendungen.

Es folgen einige Beispielprojekte:

Entwicklung innovativer Vorverarbeitungs- und Analysetechniken zur verbesserten Auswertung von Zeitseriendaten der Sentinel-Suite

Das Projekt Techs4TimesS befasst sich mit der Entwicklung generischer Vorverarbeitungs- und Analyseverfahren, die gezielt die Sentinel-Massendatenbestände (aber auch nationaler Missionen wie Rapid Eye) zur Erzeugung von Zeitreihen in bislang unerreichter zeitlicher und räumlicher Detaillierung ermöglichen. Speziell werden unterschiedliche Datenfusionsverfahren implementiert und auf Performanz verglichen. Die entstandenen Zeitreihen werden für die Erntemodellierung und das Grünlandmonitoring verwendet.

Aktuelle Masterarbeiten:

• Implementierung und Validierung eines Rekonstruktions-Basierten Algorithmus zur Fusion von Satelliten-Daten

Aktuelle Publikationen:

• Dinesh Kumar Babu, Marco Schmidt, Thosten Dahms, Christopher Conrad (2016): Impact on quality and processing time due to change in pre-processing operation sequence on moderate resolution satellite images.  67th International Astronautical Congress (IAC), Guadalajara, Mexico.

Im Rahmen des Projekts wird unter anderem eine Bibliothek zur effizienten Generierung von Zeitreihen entwickelt. Die Prototyp-Implementierung wurde fertiggestellt, die folgenden Bilder zeigen Heiligenhaus rekonstruiert mit Hilfe das STARFM Algorithmus.

Bei SatCom wurde eine Satelliteninternetverbindung untersucht. Zunächst wurde Software geschrieben um die Verbindung über mehrere Monate detailliert zu vermessen. Dabei wurden nicht nur die Down- und Upload-Raten erfasst, sondern auch Latenzen und deren Varianzen sowie Ausfallzeiten. Neben der direkten Verbindung wurden die Messungen auch über eine Wireguard-VPN-Verbindung getätigt. Zusätzlich zu den Verbindungsdaten wurden auch Wetterdaten und die Funkeigenschaften des Modems erfasst. Die Mess-Software kann leicht an andere Satellitenverbindungen angepasst werden um diese zu vermessen.

Die gesammelten Daten wurden anschließend benutzt um einen Emulator zu erstellen, der eine reale Netzwerkverbindung so verlangsamt, wie es bei der Satellitenverbindung bei gleicher Uhrzeit und gleichem Wetter typisch wäre. Dazu wurden techniken aus dem maschinellen Lernen verwendet. Der Emulator kann auch als kleine Box (wie ein Router) zwischen die Netzwerkleitung gehangen werden um diese entsprechend zu verlangsamen. So kann getestet werden, ob ein Programm auch über Satelliteninternet funktionieren würde, ohne, dass eine solche Verbindung extra eingerichtet werden muss.

An der Hochschule Bochum wird eine autonome Bodenstationsantenne für Kleinsatelliten entwickelt. Kleinsatelliten zeichnen sich durch eine geringe Masse (typischerweise weniger als 10 kg) aus und werden in niedrigen Erdorbits betrieben. Für die Kommunikation werden niedrige Frequenzbänder (VHF/UHF) verwendet. Ziel des Projekts ist die Automatisierung der Anlage für den Betrieb in Bodenstationsnetzen