Studien- und Abschlussarbeiten

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Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi

Bearbeitungszeit ab 01.03.2019 bis 31.07.2019


Im Labor zur Vorlesung „Aktorik“ sollen die Studierenden in Zukunft die Betriebskennlinien von Gleichstrommotoren vermessen und die Motorparameter identifizieren. Die Gleichstrommotoren werden hierzu bei verschiedenen Spannungen und Lastmomenten betrieben, die Drehzahlen und Motorströme werden erfasst.

Im Rahmen von vorangehenden Studienarbeiten einen Prüfstand für elektrische Kleinmotoren realisiert. Er umfasst einen Wechseladapter für Motoren, eine Hysteresebremse, einen Halleffekt-Drehzahlsensor mit Anzeige und einen eigenentwickelten DMS-Drehmoment-Messflansch. Bei ersten Probemessungen konnte die prinzipielle Funktionstauglichkeit des Prüfstands nachgewiesen werden. Allerdings wurde auch deutlich, dass speziell die Drehmomentmessung noch nicht robust gegenüber Umgebungseinflüssen (z.B. Temperatur des Raums bzw. des Versuchsaufbaus) ist.

In der ausgeschriebenen mechatronischen Projektarbeit soll die Messfähigkeit des vorhandenen Prüfstands gezielt untersucht und verbessert werden. In diesem Zusammenhang sind folgende Arbeitsschritte erforderlich:

  • Kalibration des existierenden Drehmoment-Messflanschs und Durchführung von Probemessungen

    Systematische Analyse der Auswirkung von Störeinflüssen auf die Messdaten (speziell Temperatur)

    Systematische Definition und Bewertung von Abhilfemaßnahmen

    Auswahl und Umsetzung der Abhilfemaßnahme(n)

    Quantitative Beurteilung der erreichten Verbesserung im Rahmen von erneuten Probemessungen

Bei einer erfolgreichen Bearbeitung der Themenstellung besteht ggf. die Möglichkeit, die Arbeiten als Forschungsmaster-Thema im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts "miniSMArt" weiterzuführen.
Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi


Shape memory alloys (SMA) are metallic Ni-Ti alloys that are easily deformed at low temperatures, but will recover a predetermined shape when heated. The shape memory effect is due to a crystallographic reversible phase transformation between a low-temperature martensitic and a high-temperature austenitic phase of the alloy. SMA wire actuators are attractive for a wide range of mechatronic applications because of their high energy density, light weight, noise-less operation and ease of miniaturization. SMA wires also change their electrical resistance with their shape, so they can act as actuators and sensors at the same time.

Promising new application fields for SMA actuators are underwater robotics and subsea devices. Conventional electromagnetic motors require encapsulation when used under water, which significantly increases both complexity and costs. For SMA actuators, working under water is even beneficial, as cooling rates are increased and the dynamic response is improved. Shape memory alloys from Ni-Ti are also highly corrosion resistant and will not degrade when operating in salt water. One potential drawback, however, is the energy consumption due to the heating power lost to the surrounding water.

The goal of this bachelor thesis is to identify possible trade-offs between the dynamic behavior and the required heating power of SMA actuators working under water. The heat transfer from the SMA wire to the surrounding water shall be tailored by coatings of appropriate material and thickness. The coating, however, needs to be compliant so that the contraction of the SMA is not impaired. The bachelor thesis will comprise the following steps:

  • Literature review of publications dealing with SMA actuators under water
  • Analysis of applicable coating materials and related manufacturing techniques
  • Development of an analytical model predicting the heat transfer of coated SMA wires working under water
  • Realization of an experimental setup for operation of an SMA wire under water.
  • Comparison of experimental results to model prediction

For more information, please contact

Prof. Dr.-Ing. Arif Kazi

Faculty of Optics and Mechatronics

Aalen University of Applied Sciences

Phone: +49-7361-576-3341

Email: Arif.Kazi@hs-aalen.de

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Markus Glaser


Konzeptionierung und Durchführung von Zuverlässigkeitsuntersuchungen.

Entwicklung von Testaufbauten.

Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. Stefan Hörmann


Das für den Carolo Cup entwickelte autonome Modellfahrzeug soll mit neuer Sensorik und einer flexibleren Beleuchtung ausgestattet werden. Im Rahmen des mechatronischen Projektes sollen für die Anwendung geeignete Sensoren und LEDs ausgewählt und auf Ihre Funktion geprüft werden. Der Funktionstest soll mit Hilfe eines prototypischen Aufbaus durchgeführt werden. Zur Ansteuerung der Sensoren und LEDs sind geeignete Treiber auf der Zielplattform zu adaptieren/entwickeln. Die Integration in das Fahrzeug soll mit einer seriellen Schnittstelle erfolgen. Die dafür erforderliche Software ist sowohl auf der Seite des Steuer-PCs als auch auf Seite des µControllers zu implementieren.

Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. Stefan Hörmann


Für die elektrische Versorgung von mobilen Roboterplattformen soll ein Batteriemanagementsystem entwickelt werden. Das System soll es ermöglichen mobile Roboterplattformen wahlweise mit bis zu zwei Akkus oder einem Netzteil zu betreiben. Bei der Speisung des Roboters mit zwei Akkus soll zunächst nur ein Akku entladen werden. Ist dieser leer, soll automatisch auf den zweiten Akku gewechselt werden. Akkus, die nicht entladen werden, sollen im laufenden Betrieb ausgewechselt werden können. Folgende Informationen sollen an den Steuer-Computer des Robotersystems übertragen werden: Aktive Quelle, momentaner Stromverbrauch, noch im Akku enthaltene Ladung, Zellenspannungen, Akku ID. Damit insbesondere die in den Akkus enthaltene Ladung überwacht werden kann, müssen die Akkus mit einem Speichermodul ausgestattet werden. Mit einem Ladeadapter soll der Ladevorgang überwacht werden und im Speichermodul protokolliert werden.

Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. Stefan Hörmann


Der Carolo Cup ist ein Hochschulwettbewerb im Rahmen dessen studentische Teams autonome Modellfahrzeuge entwickeln. Grundvoraussetzung für die Qualifizierung beim Carolo Cup ist eine robuste Erkennung der Fahrspur, der es zu folgen gilt. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die bereits in diesem Bereich durchgeführten Arbeiten fortgeführt werden, um die Spurerkennung zu verbessern und robuster gegen Störeinflüsse zu gestalten.

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Markus Glaser

Schlagworte: Li-Ionen Zuverlässigkeit Big data


Der Einzug von Big Data in die Mechatronik erfordert neue Datenablage Modelle.

Speziell für die Anwendung von Machine Learning ist es wichtig gesammelte Daten sinnvoll abzulegen.

Dies ermöglicht einen einfachen Zugriff auf die Daten zur Verwendung als Testdaten und Verifikationsdaten für die Modell Generierung.


Die Ziel der Bachelorarbeit sind

  • die Analyse der generierten Daten

  • die Entwicklung eines Ablagemodells der Daten

  • die Speicherung der Daten in einer Datenbank

  • die Generierung der Datenbank in einer Cloud

Bei einer erfolgreichen Bearbeitung der Themenstellung besteht ggf. die Möglichkeit, die Arbeiten als Forschungsmaster-Thema im Rahmen des BMBF-Forschungsprojekts "miniSMArt" weiterzuführen.
Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi


Von allen bekannten Aktuator-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Elemente nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden. Mit ihrer einfachen Bauform eigenen sich die Elemente hervorragend für die Miniatu­risierung. So sind SMA-Aktuatoren beispielsweise als miniaturisierte Antriebe für aktive Optiken im Smartphone (AutoFokus, optische Bildstabilisierung, optisches Zoom) auf breiter Front auf dem Vormarsch.

Der verbesserte Prototyp eines miniaturisierten SMA-Aktuators für die optische Bildstabilisierung im Labor für Aktorik und Sensorik misst nur 8 x 8 x 5 mm³. Der Prototyp ist für eine „sensorlose“ Regelung auf der Basis des elektrischen Drahtwiderstands ausgelegt. Der Prototyp soll zunächst eingehend charakterisiert werden, wobei der optimale „Betriebspunkt“ des SMA-Drahts zu ermitteln ist. Für begleitende Prinzipversuche steht dabei ein zweiter größerer Teststand zur Verfügung, der mit zusätzlicher Sensorik ausgestattet ist. Basierend auf einem Modell des Aktuators ist eine Regelung zu entwerfen und am realen SMA-Aktuator in zu erproben.

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi

Bearbeitungszeit ab 01.03.2019 bis 31.07.2019


Ein Schwerpunkt der Vorlesung "Antriebstechnik" sind "bürstenlose" elektrische Antriebe, deren Drehfeld elektronisch gesteuert wird. In einem zukünftigen Laborversuch sollen die Studierenden die Steuerungslogik zunächst an einem Simulationsmodell entwickeln und anschließend an einem realen Elektromotor praktisch umsetzen.

Ziel des Projektes ist es, die Grundlagen für den geplanten Laborversuch zu erarbeiten. Die Hardware-Grundlage sollen dabei kostengünstige handelsübliche Elektronik-Komponenten (z.B. Arduino mit Motor-Shield) bilden, damit der Versuchsaufbau einfach vervielfältigt werden kann. Das Projekt soll eine Umgebung bereitstellen, in der die zukünftigen Studierenden die Logik einer Block- bzw. Sinuskommutierung implementieren können, ohne dabei zu viel Zeit auf eine Einarbeitung in die Programmierung zu investieren. Die Programmierung des Arduino aus Matlab heraus wäre hier ein vielversprechender Ansatz.

Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Baur

Bearbeitungszeit ab 11.03.2019 bis 28.06.2019

Schlagworte: Einrichtung Modellbasierte Systementwicklung Übersicht Deutsch


Das Projekt ist auch als Teamprojekt mit bis zu 3 Personen möglich.

In diesem Projekt soll ein vorhandenes Lernmodul zur Vorlesung Regelungstechnik von PID- auf Kaskadenregelung umgestellt und die Sensorik erweitert werden. Im Lernmodul wird Simulink Desktop Real-Time auf dem HOST-PC eingesetzt und dort auch der PID2DOF-Drehzahlregler mit einer elastisch angebundenen Lastmasse implementiert. Über die USB-Schnittstelle kommuniziert der HOST-PC mit einem Arduino-Due Board, welches als Sensor-Aktor-Interface dient. Mit diesem Aufbau ist eine Reglerabtastrate der Drehzahlregelung von ca. 300 Hz möglich.

Zunächst soll jedoch eine zeitdiskrete PI-Stromregelung mihilfe des Arduino-Hardware-Support-Package auf dem Arduino-Due Board implementiert werden. Dazu ist die Strommessung noch etwas zu optimieren (u.a. Offsetkorrektur und Filterung). Eine Neukonstruktion der Klauenkupplung mit einem weicheren Polymer und Herstellung im 3D-Druck ergänzt das Projekt. Als mögliches weiteres Arbeitspaket soll die Sensorik um einen Inkrementalgeber auf Lastseite erweitert werden und anschliessend eine Parameterschätzung des gesamten Antriebsstranges (mit Simulink Toolbox) zur Modellbildung erfolgen.

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