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CCASS Competence Center For Applied Sensor Systes der Hochschule Darmstadt

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Langzeitstabilität von Indoor-Navigationssystemen

Mit der Gründung des CCASS an der Hochschule Darmstadt im Jahr 2009 durch Haid beschäftigen sich die Wissenschaftler mit der Applizierbarkeit dieser Sensortechnologie für bestimmte Anwendungen, Produkte und Systeme. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht dabei die Vergrößerung der Langzeitstabilität solcher Indoor-Navigationssysteme durch intelligente Algorithmen aus der Estimationstheorie. Durch Anwendung solcher Algorithmen versuchen die Forscher in Darmstadt der stochastischen Sensordrift der zu verwendenden Miniatursensoren zu begegnen.

Im Rahmen eines Hardware-Entwicklungsprozesses entstanden seit der Gründung des CCASS mehrere inertiale Sensorplattformen, darunter die IMU 500. Basierend auf einem leistungsstarken ARM-Prozessor mit 32 Bit und redundant ausgelegten Beschleunigungs- und Drehratensensoren, die zudem von Magnetfeld-, Temperatur- und Luftdrucksensoren unterstützt werden, kann die Miniaturplattform in einer Reihe von Anwendungen in Industrie, Sport, Medizin und Wissenschaft eingesetzt werden.

Speziell dort, wo aufgrund dynamischer Bewegungsabläufe oder schlechter Zugänglichkeit herkömmliche Systeme an ihre Grenzen stoßen oder nicht eingesetzt werden können, können mit Estimationsalgorithmen zur Minimierung der Sensordrift Bewegungen von Werkzeugen, Objekten und Menschen detektiert werden.

Zur Aufnahme der Messdaten auf eine Speicherkarte oder einen Messcomputer besitzt die IMU 500 einen Speicherkarten-Slot, einen USB 2.0-Anschluss sowie eine Erweiterungsmöglichkeit zur drahtlosen Kommunikation über Bluetooth, Wireless-LAN oder Zigbee, wobei in diesem Fall die Plattform über einen Akku versorgt wird. Als Software-Schnittstelle dienen universell integrierbare Kommunikationsprogramme in C/C++, LabVIEW und MATLAB.

Das Forschungsumfeld Industrie 4.0

Somit sind für diese Technologie der inertialen Objektverfolgung zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie, der Medizin, Logistik, im Trainings- oder im Konsumerbereich denkbar. Die inertiale Objektverfolgung kann in vielen industriellen Problemstellungen Abhilfe schaffen oder zur Optimierung von Prozessen beitragen. So könnten mit dieser Technologie Werkzeuge, Fahrzeuge, Personen und Fertigungsgüter in einer Produktionshalle getrackt und überwacht werden. Im neuartigen Forschungsumfeld Industrie 4.0 könnte beispielsweise ein Fertigungsgut im Fertigungsprozess detektiert werden.

Bei Industrie 4.0. handelt es sich um eine mögliche bevorstehende vierte industrielle Revolution nach Dampfmaschine, Fließbandfertigung und IT in der Fertigung, mit der sich namhafte deutsche Forschungseinrichtungen beschäftigen. Die Idee ist dabei, dass sich ein Fertigungsgut in der Fabrik zukünftig wie eine E-Mail im Internet verhält und einem Bearbeitungsprozess mitteilt, wie es bearbeitet wird und nicht, wie es heute geschieht, umgekehrt. Dabei wäre natürlich eine Objektverfolgung des Fertigungsgutes wichtiger denn je und es ergeben sich enorme Möglichkeiten der Validierung von Produktionsabläufen sowie zur drahtlosen Kommunikation zwischen Anlagen und zu bearbeitenden Gegenständen.

Auch wären Einsatzmöglichkeiten im medizinischen Umfeld denkbar. So lassen sich kleine, kaum wahrnehmbare Sensoren in einen Brustgurt einbauen oder am Armgelenk als Uhr ausgelegt werden, um Atembewegungen oder Stürze pflegebedürftiger Menschen zu erkennen. Im Falle einer Notsituation können sie einen entsprechenden Hilferuf auszulösen. Das gleiche Prinzip lässt sich für den Einsatz von Rettungskräften einsetzen, sodass beispielsweise ein Feuerwehrmann in einem brennenden Gebäude zielgerichtet geortet werden und im Falle eines Unfalls selbst geborgen werden könnte.

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