Laufroboter gewinnen in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen zunehmend an Relevanz. Dabei hängt ihre Einsatzfähigkeit maßgeblich von der Stabilität und Anpassungsfähigkeit ihrer Gangarten ab. Herkömmliche Regelungsstrategien sind jedoch nur begrenzt anpassungsfähig und stoßen in realen Umgebungen rasch an ihre Grenzen. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Simulationsmodells für einen Laufroboter. Dieses Modell soll die Bewegungsabläufe, Kraftwirkungen und Dynamik des Roboters realitätsnah abbilden. Mithilfe dieses Modells soll ein selbstlernender Regler trainiert werden, der die Beinbewegung des Roboters steuert. Dazu wird zunächst ein Teilmodell eines einzelnen Beins erstellt, um ein Gangmuster zu generieren. Daraufhin wird die Gangart des Modells mit einer klassisch berechneten Bewegungsbahn verglichen. Die Bewertung anhand der Bewegungsbahnen des Fußes zeigt, dass der Regler ohne vorgegebenes Gangschema realitätsnahe Bewegungen erzeugen, und auf veränderte Bedingungen eingehen kann. Dies bildet die Grundlage für die Übertragung und Erweiterung des Modells auf echte Laufroboter, die sowohl kommerziell als auch für Bildungs- und Forschungszwecke genutzt werden können.

Die vorliegende Masterarbeit widmet sich der Modellierung und Optimierung eines intelligenten Energiesystems. Das Energiesystem besteht aus einem Einfamilienhaus, einer Photovoltaikanlage, einem Batteriespeicher und einem Elektrofahrzeug. Die Analyse dieser Komponenten führt zu einer Vielzahl von Daten aus unterschiedlichen Quellen. Ziel ist es, diese umfassende Datenbasis mithilfe eines KI-basierten Regelungssystems zu verarbeiten und so die Energieflüsse optimal an die jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen. Im theoretischen Teil werden dazu zunächst die Ausgangslage, die technologischen Rahmenbedingungen und die Herausforderungen der Energieversorgung untersucht. Im weiteren Verlauf werden die wesentlichen Systemkomponenten, darunter Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher detailliert betrachtet und auch Lastprofile sowie Konzepte des Energiemanagements vorgestellt, um deren Funktionsweise und Abhängigkeiten zu analysieren. Danach werden die Modellierung des Energiebedarfs, die Anforderungen an ein Simulationsmodell sowie verschiedene Optimierungsansätze, von klassischen Regelungstechniken bis hin zu KI-basierten Verfahren behandelt. Auf diese Weise werden jeweils praktikable Vorgehensweisen und Lösungen für die Umsetzung ermittelt. Im praktischen Teil liegt der Fokus auf der Entwicklung eines Simulationsmodells, das die einzelnen Komponenten´realitätsgetreu abbildet und zu einem Gesamtsystem zusammenführt. Ein ebenso wichtiger Bestandteil ist die Umsetzung einer Regelung auf Basis von Reinforcement Learning. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das auf künstlicher Intelligenz basierende System flexibel auf wechselnde Bedingungen reagieren und den Energiefluss im Haushalt effizient koordinieren kann.

Zur Steuerung von Industrieanlagen werden häufig speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eingesetzt. Die Firma ERST Elektro- und Regeltechnik Steiner GmbH entwickelt Programme für diese Systeme. Da derzeit die gesamte Programmierung per Hand erfolgt, ist dieser Vorgang zeitaufwändig und fehleranfällig. Ziel dieser Masterarbeit ist es, ein Programm zu entwickeln, welches das SPS-Grundprogramm automatisch generiert. Der theoretische Teil dieser Arbeit befasst sich mit den Anforderungen an den Codegenerator und den Möglichkeiten der Realisierung. Hierfür wurden der aktuelle Arbeitsprozess ohne Codegenerator und die Schnittstelle zwischen dem Codegenerator und der SPS-Entwicklungsumgebung Siemens TIA Portal analysiert. Zusätzlich wurden der Softwareentwicklungsprozess und Möglichkeiten, den Codegenerator zu programmieren, genauer erforscht. Basierend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurde das Codegenerator-Programm entwickelt und in einem Pilotprojekt erfolgreich eingesetzt. Der Codegenerator generiert das SPS-Grundprogramm einschließlich aller Betriebsmittel des Systems sowie eine Liste aller möglichen Fehlermeldungen. Tests des Codegenerators haben gezeigt, dass der Einsatz dieses Programms zu einer Verringerung von Programmierfehlern und zu einer Einsparung von Arbeitszeit und somit zu einer Kostenersparnis führt. Bei der Analyse des Projektablaufs mit Codegenerator wurden zusätzliches Automatisierungs- und Optimierungspotenzial von anderen Arbeitsschritten gefunden. Der Codegenerator ist einsatzbereit und wird zukünftig in allen Projekten eingesetzt. Ergänzend kann mit den Ergebnissen der Masterarbeit der Programmierprozess noch weiter optimiert werden als ursprünglich angenommen.

Die Indizierung von Verbrennungskraftmotoren ist eine der wesentlichen Methoden, um die Weiterentwicklung dieser Maschinen voranzutreiben. Dabei werden die im Verbrennungsraum eines Motors herrschenden Drücke gemessen und vorwiegend auf Basis des Kurbelwellenwinkels ausgewertet. Diese Drücke werden mittels piezoelektrischen Sensoren aufgenommen. Piezoelektrische Sensoren geben sehr geringe elektrische Ladungen bei Druckänderung ab. Diese kleinen elektrischen Ladungsmengen können nicht direkt digitalisiert werden, sondern werden zuvor in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt und verstärkt, um anschließend digitalisiert und ausgewertet zu werden. Diese Aufgabe übernehmen sogenannte Ladungsverstärker. Ein besonderes Anwendungsgebiet in der Indiziertechnik stellt der Einsatz der Messtechnik bei Großmotoren dar, wofür der zu entwickelnde Ladungsverstärker eingesetzt werden soll. Damit sind Motoren gemeint, welche in großen Schiffen oder Gaskraftwerken zur Elektrizitätserzeugung eingesetzt werden. Besondere Bedingungen wie beispielsweise hohe Umgebungstemperaturen und eine sehr kleine Bauform werden über den gesamten Verlauf der Entwicklung eine Rolle spielen. Ein Prinzip bedingtes Problem eines solchen Messsytems von Piezokristall und dazugehörigem Ladungs-verstärker ist die kontinuierliche Offsetdrift des generierten Spannungsausgangssignals, die durch elektrische Ladungsbewegungen über die Isolation des Signalpfades zwischen Piezokristall und Ladungs-Spannungs-Wandler verursacht wird. Um dieses Problem zu beheben, wird ein Kompensationsstrom in den Ladungspfad eingespeist, dessen Stärke von einem Mikrocontroller berechnet wird. Ein weiterer Bestandteil der elektronischen Platine ist die analoge Signaltransformation, die das Ladungssignal in ein Strom- sowie in ein Spannungssignal umwandelt. Ergebnis dieser Arbeit ist ein Schaltplan inklusive Definition der zu verwendenden Komponenten und das Konzept der Firmware, das als Kernelemente die Signalminimumdetektion, den Regelalgorithmus und auch eine Fehlerkorrekturwertberechnung beinhaltet. Damit kann der erste Prototyp gefertigt werden.

Die bedeutenden Erfolge des Rapid Manufacturings und die fortschreitende Automatisierung mithilfe der Robotik in der industriellen Fertigung sind gemeinsam zum Sinnbild für Industrie 4.0 geworden. Für nähere Untersuchungen zur Anwendbarkeit von Additiver Fertigung und Robotik benötigt der Fachbereich Maschinenbau des Studiengangs Automatisierungstechnik an der Fachhochschule CAMPUS 02 eine 3D Druck Roboterzelle. Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Umsetzung einer 3D Druck Roboterzelle nach dem Fused Filament Fabrication (FFF) 3D Druckverfahren. Die Anforderungen für die Realisierung eines 3D Drucks sind die Verwendung von (für FFF) prozessüblichen G-Codes und die starre Aufnahme des Extruders. Folglich bewegt der Roboter das Druckbett. Basierend auf Untersuchungen und den gegebenen Anforderungen wird ein Konzept entwickelt und im Roboterlabor umgesetzt. Die Untersuchung wird unter Berücksichtigung des Standes der Technik ähnlicher Roboterzellen, der theoretischen Grundlagen des FFF 3D Druckverfahrens und des Knickarmroboters mit dem Technologiepaket "KUKA.CNC" durchgeführt. Die direkte Verarbeitung von CNC-Datensätzen auf dem Roboter ist abhängig von "KUKA.CNC". Die Durchführung eines Test 3D Drucks schließt die Implementierung der 3D Druck Roboterzelle ab. Abschließend wird die Roboterzelle evaluiert und Optimierungspotenziale identifiziert. Diese Potenziale umfassen u.a. die Synchronisation des Extrudervorschubs mit der Druckbettbewegung und die Verbesserung der Druckbettgenauigkeit. Diese Ergebnisse einschließlich der Roboterzelle können für weitere Untersuchungen zum 6-achsigen 3D Druck genutzt werden.