Smart Sensors and Applied Robotics - Fachhochschule Graubünden

Forschungsschwerpunkt

Smart Sensors and Applied Robotics

Der Forschungsschwerpunkt Smart Sensors and Applied Robotics ist am Institut für Photonics und Robotics angesiedelt und beschäftigt sich mit der Anwendung von Photonics-Technologien für die Informationsbeschaffung und -auswertung ‒ vorwiegend in den Anwendungsgebieten Industrie und Medizintechnik ‒ sowie der Entwicklung von intelligenten Robotern.

Die Projektzyklen folgen typischerweise der rot dargestellten Kette in nachstehender Abbildung. Mit optoelektronischen Sensoren generieren wir Daten. Beinhalten diese Bildsensoren, so werden die aufgenommenen Daten mittels Bildverarbeitungsalgorithmen weiterverarbeitet. Kombiniert man diese Messgrössenerfassung mit intelligenten Algorithmen, so können sogenannte «Smart Sensors» realisiert werden. Diese Sensoren können wiederum mit Aktorik, Antriebstechnik, Kommunikation, Navigation und Energietechnik kombiniert werden, um intelligente, autonome und/oder mobile Roboter zu realisieren.

Wie in der Abbildung durch die goldenen Ellipsen dargestellt, lässt sich die Projektkette in die drei Forschungsfelder Optoelektronik, Bildverarbeitung und Angewandte Robotik zerlegen.

Time-of-Flight Kamera ohne Gehäuse

Advanced and Smart Sensor

Time-of-Flight Kamera ohne Gehäuse

Photonics Switzerland

Photonische und optische Technologien sind die Schlüsseltechnologien der kommenden Jahrzehnte. Sie werden dieselbe Bedeutung erlangen wie die Elektronik. Vertreterinnen und Vertreter aus Wissenschaft und Industrie haben das White Paper Photonics Switzerland erarbeitet. Es bietet Informationen zu den relevanten Technologien und zur vielversprechenden Ausgangslage in der Schweiz.

Forschungsfelder

Angewandte Robotik

Wir verstehen uns in erster Linie als Systemintegrator und vereinen verschiedene Komponenten, wie z.B: Sensorik oder Aktorik, auf unbemenschten robotischen Systemen.

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Bildverarbeitung

Ziel des Forschungsfelds Bilderverarbeitung ist es, Algorithmen ‒ sowohl für klassische 2D-Kamerasysteme als auch für neuartige 3D-Ansätze wie TOF-Technologie ‒ zu entwickeln und den Stand der Technik voranzutreiben.

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Optoelektronik

Das Forschungsfeld Optoelektronik zielt auf die Entwicklung neuartiger optoelektronischer Sensoren ab. TOF-Kameras ermöglichen es, neben der Aufnahme von zweidimensionalen Bildern auch die Distanz eines Objekts zur Kamera zu bestimmen.

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Nachstehend finden Sie eine Auswahl unserer aktuellen Projekte.

Projekt Roboterapplikation mit 3D-Lageerkennung

In der Automatisierung ist das Thema «Griff in die Kiste» (Robot Bin Picking) seit Jahren ein Trend. Statt dem Roboter alle Teile aufwändig in einer Halterung zuführen zu müssen, werden die Teile unstrukturiert in einer Kiste bereitgestellt. Mittels Sensorik wird die Lage der Objekte erkannt, ein zu greifendes Objekt ausgewählt und vom Roboter gegriffen.

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Projekt Benutzerpositionsabhängige Werkstückausrichtung

Benutzerpositionsabängige adaptive Darstellung von 3D-Daten (z.B. CAD-Werkstück) ohne zusätzliche stereoskopische Hardware.

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Projekt Objekterkennung an Strassenlaternen

Das Projekt hat das Ziel existierende smarte Strassenlaternen mit zusätzlicher Sensorik auszustatten. Diese Sensorik soll nicht nur Objekte detektieren können, sondern auch den Objekttyp, sowie die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit liefern.

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Projekt Rettungs-Assistenzsysteme für die alpine Rettung

Im Projekt werden innovative Ansätze aus den Bereichen Robotik, Sensorik, Regelungstechnik, Datenübertragung und Bilderkennung evaluiert, um den Stand der Technik in der alpinen Luftrettung durch innovative technologische Ansätze zu erweitern.

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Projekt boarAI

boarAI ist ein Unbemanntes Bodenfahrzeug (UGV), das ferngesteuert navigiert. Zwei Nutzlasten wurden im Zuge des Projektes realisiert und integriert: Tridirektionaler Gammadetektor der Firma Arktis, der radioaktiv strahlende Hotspots in ihrer Intensität und Dimension misst. Andere Gefahrstoffsensoren sind denkbar. Und ein Rettungshaken mit ferngesteuertem Anbringemechanismus zur Rettung von bewusstlosen Personen.

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Projekt birdAI

birdAI ist ein Unbemanntes Luftfahrzeug (UAV), das ferngesteuert oder über automatische GPS-Wegpunktfolge navigiert. Als Nutzlast trägt es zum Beispiel einen unidirektionalen Gammadetektor der Firma Arktis, der radioaktiv strahlende Hotspots in ihrer Intensität misst. Andere Gefahrstoffsensoren sind denkbar. Das Projekt wird gefördert durch das Schweizer Drohnen- und Robotikzentrum (SDRZ) der Armasuisse Wissenschaft und Technologie.

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Projekt Autonomer Segelflug

Das Projekt beschäftigt sich mit Möglichkeiten autarke Segelflüge durchzuführen. Der Fokus liegt dabei auf der Einsparung von Energie im Flug, was längere Flugzeiten und damit grössere Einzugsbereiche für Operationen erlaubt. Zusätzlich haben Segelflugdrohne generell eine viel geringere Lärmemission als Standard-Drohnen mit Tragflächen oder Helikopterdrohnen.

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Projekt Multispektrales TOF

Im Projekt «Multispektrales TOF» wurde eine Kamera entwickelt, mit der sowohl drei räumliche Dimensionen aufgelöst als auch eine begrenzte Anzahl spektraler Datenpunkte aufgenommen werden können. Da die spektrale Achse nur als halbe Dimension gewertet wird, ergibt sich die Bezeichnung des Systems als 3.5D-Kamera. Die Umsetzung konnte mittels zweier unterschiedlicher experimenteller Ansätze erfolgreich demonstriert werden.

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Projekt Unterwasser Time-of-Flight Kamera

Durch die Verwendung von Leuchtdioden im sichtbaren Bereich wurden 3D-Time-of-Flight- Kameras für den Einsatz in Unterwasserumgebungen optimiert. Dies ermöglicht es, Bewegungsabläufe mit Gegenstandsweiten im Meterbereich zeitlich und in drei räumlichen Dimensionen aufzulösen.

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Projekt Online-Buchungstool für Gruppenreisen

Die FH Graubünden hat in einem interdisziplinären Forschungsprojekt ein Online-Buchungstool für (Vereins-)Gruppenreisen entwickelt. Das Ziel war, die Auslastung von Hotels, Restaurants und weiteren Betrieben in Graubünden zu erhöhen. Das Projekt finanziert haben Innosuisse und Graubünden Ferien.

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Projekt Unsichtbare Sicherheit mittels Laserscanner

Für seine neu gestalteten Räumlichkeiten suchte das Museum für Gestaltung Zürich ein Objektsicherungssystem, das sowohl den funktionalen als auch den optischen Anforderungen eines Design-Museums gerecht wird. Dabei sollten offene Exponate vor Berührungen geschützt werden, ohne dass sie dafür durch eine Glasscheibe getrennt sind.

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3D-Oberflächenmessung

Mittels optischer Streifenlichtprojektion kann die Oberfläche von beliebigen Bauteilen kontaktlos und hochpräzise in drei Dimensionen aufgenommen werden.

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Labor Augensicherheit

Die Sicherheit der Augen und der Haut ist ein entscheidender Aspekt, wenn neue Produkte für die Endverbraucherinnen und Endverbraucher entwickelt werden. Im Labor Augensicherheit an der FH Graubünden prüfen wir die Sicherheit Ihrer mit lichtbasierter Technologie ausgestatteten Produkte.

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Beleuchtungslabor

Beratung und Durchführung von lichttechnischen Messaufträgen in den Bereichen Lichtstrom, Helligkeit, Lichtstärke, Beleuchtungsstärke, Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex, Energieeffizienz und Flickerwerte.

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EMV-Prüfzentrum

Beratung und flexible Durchführung von Messaufträgen in den Bereichen EMV-Störfestigkeit (Immunität) und EMV-Störaussendung (Emission) von Geräten.

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Geräteeffizienzlabor

Beratung und Durchführung von Messaufträgen zur Energieeffizienz von elektrischen Geräten. Weitere Parameter können je nach Wunsch der Kund:innen adressiert werden.

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Photonics- und Optoelektronik-Labor

Beratung und Durchführung von Messaufträgen zur Charakterisierung optoelektronischer Komponenten und Systeme sowie zur Augensicherheit und Störfestigkeit gegenüber Fremdlichtquellen.

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Prototypenentwicklung (PROLAB)

Prototypenherstellung für Produktentwicklung und Forschungsprojekte. Modernste CNC-Hochgeschwindigkeitsfräse, Lasermarkieranlage, 3D-Drucker, Reflow-Lötofen und Pastendrucker werden für die praxisorientierte Ausbildung zukünftiger Ingenieurinnen und Ingenieure eingesetzt.

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Robotics Lab

Unser Forschungslabor für angewandte Robotik ist der Ort für Entwicklung, Inbetriebnahme, Test und Evaluation von robotischen Systemen.

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Mitarbeitende

Sie suchen eine Ansprechperson? In unserer Mitarbeitenden-Datenbank können Sie Mitarbeitende suchen oder nach verschiedenen Kriterien herausfiltern. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme.

Team des Institut für Photonics und Robotics (IPR)

Unser Team des Institut für Photonics und Robotics (IPR) arbeitet in den Bereichen Optoelektronik, Bildverarbeitung und Angewandte Robotik.

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Publikationen

Das Institut für Photonics und Robotics (IPR) ist in den Medien präsent, hält Referate und veröffentlicht Publikationen. Stöbern Sie durch unsere Publikationsdatenbank!

Studienangebote

Bachelorstudienrichtung Mobile Robotics

Studieren Sie Mobile Robotics an der FH Graubünden: Lernen Sie Robotik, künstliche Intelligenz und Sensorik für mobile Robotersysteme. Praxisorientiert und innovativ!

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Bachelorstudium Photonics

Im praxisintegrierten Bachelorstudium Photonics an der Fachhochschule Graubünden lernen Sie Physik, Mathematik, Optik, Lasertechnik und Computer Vision.

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Masterstudium Engineering

Der Master of Science in Engineering (MSE) an der FH Graubünden bietet Spezialisierungen in Photonics und der Entwicklung anwenderorientierter Informationssysteme.

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Fachkurse Technik

Entwickeln Sie Ihre Karriere mit einer Weiterbildung in technischen Bereichen! Die Kurse in Optoelektronik und Bildverarbeitung bieten vielseitige Möglichkeiten.

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Institutsleiter

Prof. Dr. habil. Udo Birk

Telefon: +41 81 286 37 97