Předběžná zadání závěrečných prací studentů bakalářského oboru
�Strojírenství – Základy strojního inženýrství
Ústav automatizace a informatiky
Fakulta strojního inženýrství
Vysoké učení technické v Brně
Časově efektivní optimalizace parametrů systémů strojového vidění
Systémy strojového vidění umožňují například automatizované třídění výrobků či navádění průmyslových robotů. Podmínkou jejich správné funkčnosti je, mimo jiné, i správné nastavení jejich parametrů. Se vzrůstajícím počtem parametrů rychle narůstá časová náročnost této optimalizační úlohy.
Cíle:
Zvýšení fotorealističnosti výstupů generátoru syntetických dat
Syntetická data hrají důležitou roli při vývoji řady systémů počítačového vidění. Je žádoucí, aby syntetická data co nejvíce odpovídala datům reálným. To je i případ syntetických dat generovaných za účelem vývoje algoritmů určených ke kompenzaci zkreslení vznikajících pohybem objektů snímaných řádkovou kamerou.
Cíle:
Návrh a testování chytrých součástí s integrovanou senzorikou
Aditivní technologie umožňují multimateriálový tisk, který lze z hlediska funkčnosti využít nejen pro optimalizaci mechanické konstrukce, ale lze i integrovat senzorické prvky pro monitorování správné funkce součásti v rámci celku.
V rámci vývoje na pracovišti byla ve spolupráci s TaipeiTech vyvinuta tiskárna, která umožňuje integrovat senzoriku a elektroniku během tisku a vhodně využít mechanickou konstrukci i jako senzorickou část.
Cílem práce je návrh konstrukce strojních součástí s integrovanou elektroniku a testování její funkčnosti.
Vývoj vláknového piezoelektrického senzoru
Práce je zaměřena na rešerši aplikací piezoelektrických senzorů založených na piezoelektrických vláknech, tzv. Active fibre composites (AFC) a dále na vlastní vývoj cenově dostupného elektromechanického senzoru. V práci bude vytvořen jednoduchý model senzoru a na základě sestavení a experimentálního ověření bude analyzována a verifikována jeho elektromechanická odezva. Dle vlastního návrhu konstrukce senzoru je důležité najít vhodné metody kontaktování senzoru pro potřeby polarizace a snímání odezvy.
Analýza technologií pro „chytrá ložiska“ z pohledu monitorování zátěže
V kritických aplikacích, především energetice a letectví, je současný vývoj zaměřen na metody prediktivní údržby založené na monitorování stavu zařízení. U rotačních strojů to znamená monitorovat i stav a zatížení ložisek. Zde se nabízí elegantní řešení v podobě integrace „chytrých ložisek“ a zapojení do řetězce metod Průmyslu 4.0.
Možností přístupu k vývoji a aplikací chytrých ložisek je velké množství. Práce bude analyzovat jednotlivé směry vývoje a zaměří se především na ložiska s integrovanou piezoelektrickou vrstvou.
Aplikace Z-transformace
Využití Z-transformace při řešení diferenčních rovnic a v teorii diskrétního řízení
Cíle:
▪Motivační uvedení Z-transformace včetně jejich základních vlastností
▪Diferenční rovnice a jejich řešení s využitím Z-transformace
▪Použití Z-transformace v regulačním obvodu
▪Praktická úloha řešena pomocí diferenční rovnice s využitím Z-transformace a následným ověřením v Matlabu Simulink
Konstrukce specializované váhy pro přípravu kávy
Pro správnou přípravu výběrové filtrované či espresso kávy je užitečné použít baristickou váhu. Mezi hlavní požadavky kladené na takovouto váhu patří vysoká přesnost, citlivost a rychlá reakce na změny hmotnosti a další řada vlastností.
Návrh senzorického systému pro měření zatížení vozovky při průjezdu vozidla
Měření zatížení vozovek při průjezdu vozidel je klíčovým prvkem pro správu a údržbu dopravní infrastruktury. Zatížení vozovky má významný vliv na její stav, přičemž vozidla různých velikostí a hmotností vyvíjejí různé úrovně stresu na povrch komunikace. Nedodržení maximálních přípustných hmotností vozidel může vést k předčasnému poškození povrchu či podloží vozovky a omezit její provozuschopnost. Aktuálně lze hmotnost vozidel změřit pouze na speciálních váhách, které jsou zpravidla umístěny ve vymezených oblastech, např. v průmyslových areálech, nikoli však v běžné síti komunikací. Není tedy možné říci, kolik vozidel a o jaké hmotnosti projíždí daným úsekem. Integrace senzorických systémů do povrchu komunikace by umožnila dlouhodobé průběžné měření při běžném provozu a zhodnocení počtu průjezdů a zatížení během celé živostnosti komunikace, což by výrazně přispělo k prevenci předčasného poškození a zvýšení životnosti silnic proaktivním přístupem k jejich údržbě. Tato práce se bude zabývat návrhem takového senzorického systému, a to ve spolupráci s Centrem dopravního výzkumu.
Cíle:
• Rešerše aktuálních přístupů k monitorování zatížení vozovek při provozu a zhodnocení následků při přetížení.
• Návrh senzorického systému pro měření zatížení vozovek integrovatelného do stávajících a nových vozovek.
• Návrh a případná realizace experimentu v laboratorních podmínkách pro ověření funkcionality navrženého systému.
Analýza vibrací při provozu FDM 3D tiskárny
V posledních několika letech zažil 3D tisk velký rozvoj, přičemž především právě FDM tiskárny pronikly nejen do průmyslu, ale nachází využití i v našem každodenním životě. Díky tomu se dříve nákladná a široké veřejnosti nepřístupná zařízení stala cenově dostupnými a nyní lze na trhu vidět zařízení začínající od velmi levných hobby zařízení až po velmi nákladné zařízení pro průmyslové aplikace. Právě oblast hobby skýtá velmi široké spektrum výrobců a typů zařízení, u kterých jsou často zásadní konstrukční kompromisy ovlivňující kvalitu tisku a komfort při provozu. Cílem této práce je analyzovat vznik a šíření vibrací při běžném provozu FDM tiskárny a navrhnout možné úpravy či opatření pro jejich snížení.
Cíle:
• Rešerše dostupných metod pro měření a vyhodnocení mechanických vibrací a tvorbu dynamických výpočtových modelů konstrukce 3D tiskárny.
• Sestavení výpočtového modelu zvolené 3D tiskárny pro potřeby určení její dynamické odezvy a jeho využití pro vhodné rozmístění senzorů pro měření vibrací na reálném zařízení.
• Realizace experimentu pro měření vibrací během provozu tiskárny.
• Konfrontace výsledků, srovnání měřené a simulované odezvy a formulace možných opatření pro snížení vibrací během provozu tiskárny.
Výroba a testování senzorů vyrobených 3D tiskem
Technologie 3D tisku se v posledních letech prosadila v řadě průmyslových odvětví a s rozvojem pokročilých materiálů, jako například elektricky vodivých kompozitů, umožňuje efektivní výrobu nákladově dostupných senzorů pro specifické aplikace. Díky vysoké rychlosti výroby a nízkým pořizovacím nákladům lze navrhnout alternativy k současným komerčně využívaným senzorům, včetně kapacitních senzorů či tenzometrů. Mezi hlavní výhody patří možnost snadné integrace těchto senzorů přímo do struktur vytvořených aditivní technologií již během výrobního procesu. Cílem této práce je analyzovat potenciál těchto senzorů, navrhnout jejich konstrukci, realizovat výrobu a provést testování za účelem porovnání jejich odezvy s konvenčními senzorovými systémy.
Cíle:
• Rešerše aktuálních možností 3D tisku senzorů založených na různých fyzikálních principech.
• Provést návrh a výrobu senzorů vyrobitelných pomocí 3D tisku a zhodnocení možností implementace do 3D tištěných struktur.
• Otestovat základní parametry těchto senzorů a provést srovnání s aktuálně dostupnými konvenčními senzory.
Moderní přístupy k údržbě v technické praxi
Údržba technických systémů je soubor činností, které mají zajistit jejich provozuschopný stav a v případě poruch musí být tento stav
rychle obnoven. Údržba má bohatou historii, během níž prodělala značný vývoj. Od řešení technologie údržby jednotlivých zařízení
se v současné době údržba posunula do rozvoje nových moderních přístupů, které mají za cíl přinášet firmám zisk a prosperitu.
Cíle, kterých má být dosaženo:
doc.Ing. Miloš Hammer, CSc.
hammer@fme.vutbr.cz
On-line systémy pro monitorování a hodnocení vibrací
Důležitou součástí průmyslové praxe je technická diagnostika, která slouží k posouzení stavu strojů a zařízení. K tomuto existuje značné množství diagnostických systémů a metod. Bakalářská práce si klade za cíl zpracovat rešerši používaných moderních diagnostických systémů se zaměřením na systémy on-line, které jsou určené k monitorování a hodnocení vibrací.
Cíle práce:
Šum v technických soustavách
Šum je nedílnou součástí všech měřených signálu a v mnoha aplikacích zásadně komplikuje práci s daty. Předmětem práce je představit zdroje šumu v technických soustavách a popsat metody a postupy pro předcházení šumu a redukci šumu. Dále pak zpracovat měřená data analyzovat míru šumu a navrhnout jeho redukci.
Ing. Petr Hadraba, Ph.D.
Mechanické struktury jako filtry
Ing. Petr Hadraba, Ph.D.
Aplikace zajišťující evidenci a trvanlivost mražených potravin
Zmrazování potravin, je jedním ze základních jednoduchých metod omezující množení mikroorganismů v potravinách. Doba použitelnosti takto skladovaných potravin je tedy nejen velmi důležitým faktorem pro spotřebitele, ale také velmi obtížně hlídatelným. Vytvoření aplikace, která s tímto problémem dokáže uživateli pomoci je výsledným produktem tohoto tématu bakalářské práce. Současně je třeba vyřešit i systém označování potravin v mrazícím prostoru, aby byla možná interakce spolu s vytvářenou aplikací, identifikující potravinu s upozorněním na dobu použitelnosti.
Cíle:
Dílčí cíle:
Monitorování obytného prostředí
Potřeba zajištění kvalitního obytného prostředí je velmi žádoucí. Řešením může být dlouhodobé monitorování a vyhodnocovaní naměřených fyzikální veličin. Obyvatel pak podle těchto údajů může sám rozhodovat o svém obytném prostředí. Naměřená data ukládat a podrobně graficky vyhodnocovat. Jednotlivé snímací body by měli komunikovat bezdrátově s lokálním napájením. Data bezpečně ukládat na datové úložiště. Podstatou práce je navrhnout a fyzicky vybudovat tento vícebodový měřící a vyhodnocovací systém.
Cíle:
Analýza HW a SW řešení pro práci s AI z pohledu výkonu a řešení úloh
Použít kvalitní HW a SW nástroje pro potřeby práci s neuronovými sítěmi je v dnešní době velmi důležité. Tyto prostředí jsou vysoce náročné jak na výkon i stabilitu. Proto je vhodné vybrat správné HW/SW řešení případně použít čistě sdílené SW řešení. Podstatou této práce je zjištění a ověření potřebných parametrů pro tyto výpočty s AI včetně patřičných nastavení HW i SW s instalací, využitím a ukázkami. Cílem je vytvoření, popis a instalace takových prostředí pro konkrétní úlohy určené pro práci s AI a provedení srovnání těchto realizací z hlediska výkonu, použití, poměru cena výkon a dostupnost.
Cíle:
Realizace šifrované síťové komunikace MCU
Jakákoliv komunikace přes internet nebo veřejně přístupné sítě musí být dostatečně zajištěna. Pokud MCU posílá data přes veřejné sítě je potřeba i tuto komunikaci mít zajištěnou. Podstatou práce je zajištění šifrované komunikace přes veřejné sítě mezi dvěma MCU v režimu P2P a v režimu klient/server. Návrh, fyzická realizace zařízení a demonstrování na příkladu v praxi je podstatou této práce.
Cíle:
Vizuální simulace logických obvodů a funkcí s jejich optimalizací
Stále pokročilejší integrace logických členů umožňuje sestavovat čím dál složitější integrované obvody, a přesto jsou složeny z těch nejzákladnějších prvků, které je potřeba pochopit. S těmito logickými obvody se student setkává nejen v rámci výuky informatiky. Hlavním tématem práce je vytvoření vizuálního prostředí, které přehledně dokáže interaktivně vizualizovat funkce logických obvodů. Součástí práce je shrnutí a vizuální dynamické zobrazení minimalizace logických funkcí pomocí Karnaughovy mapy a metody Quine-McCluskey. Výsledný produkt tak může významně pomoci nejen při výuce informatiky, ale i při domácí přípravě, pochopení a testování logických funkcí.
Cíle:
Kontrola průběhu 3D tisku využitím neuronové sítě
Technologie FDM 3D tisku je principiálně jednoduchá avšak v průběhu tisku může dojít k řadě technických problémů, které způsobí nepoužitelnost výsledného výtisku případně i poškození vlastní tiskárny. Zastavením tisku a informováním obsluhy v okamžiku vzniku těchto problémů je možné ušetřit finanční prostředky i čas, který by tiskárna strávila zbytečným tiskem. Běžné 3D tiskárny nemají vlastní diagnostický systém, který by monitoroval jejich stav ani systém, který by kontroloval tisknutý objekt v průběhu tisku. Instalací kamery sledující průběh tisku a následné zpracování obrazu neuronovou sítí je možné rozpoznat problém v počátku jeho vzniku a zajistit případnou včasnou reakci obsluhy nebo eventuálně automaticky nouzově zastavit tisk. Cílem práce je analýza možných problémů v průběhu 3D tisku, jejich detekce jednou nebo více kamerami, zpracováním obrazu těchto kamer neuronovou sítí a vytvoření funkčního prototypu kontroly průběhu 3D tisku.
Cíle:
Bezdrátové měření spotřeby elektrické energie spotřebičů
Měření spotřeby elektrické energie je vzhledem k současným cenám elektřiny velmi zajímavé téma. V domácnosti lze sice běžně sledovat průběžně celkovou spotřebu, avšak není známo jak jsou náklady rozloženy mezi jednotlivé spotřebiče. Dlouhodobým sledováním spotřeby jednotlivých spotřebičů (pračka, počítač, televize, ...) lze vytipovat spotřebiče s vysokými náklady na provoz, u kterých by nákupem nového spotřebiče s nižší deklarovanou spotřebou došlo k úspoře financí. Cílem práce je vytvořit modulární řešení sledování spotřeby elektrické energie. Jednotlivé moduly budou měřit spotřebu el. energie a bezdrátově, datově nenáročným protokolem, posílat data do centrální jednotky, kde budou data dlouhodobě uchovávána. Nad daty bude vytvořená webová aplikace s grafickými nebo tabulkovými reporty na základě kterých bude možno vyhodnotit dlouhodobé náklady na provoz jednotlivých spotřebičů a vytipovat spotřebiče k případné výměně. Pro daný úkol je vhodné použít libovolné platformy mikropočítačů a jejich modulů nebo platformu IoT.
Cíle:
Realizace pohonu setrvačníku pro inverzní kyvadlo typu Cubli
Základním akčním prvkem inverzního kyvadla typu Cubli je setrvačník poháněný elektrickým motorem.
Výběr vhodného motoru a kontroléru je zásadní krok pro úspěšnou realizaci řízení inverzního kyvadla typu Cubli.
Úkolem práce je výběr vhodného motoru a kontroléru, návrh parametrů setrvačníku a realizace řízení motoru s připojeným setrvačníkem v celém rozsahu otáček včetně velmi rychlé změny směru otáčení potřebné pro stabilizaci inverzního kyvadla.
Cíle:
Zařízení pro simulaci síťového provozu
Simulace síťového provozu (ICMP, TCP, UDP) pomocí specializovaného zařízení je efektivní metoda sloužící k diagnostice řízení síťového provozu v praxi. Využití tohoto zařízení je možné například při ověřování konfigurace síťových prvků nebo při hledání příčiny nedostupnosti síťových služeb. Cílem práce je realizace modulárního simulátoru síťového provozu pomocí mikrokontroléru. Zařízení bude mít rozšiřitelný počet LAN portů, dotykovým displejem, zdroj reálného času a lokální úložiště pro uložení aktuální konfigurace a logů. Konfiguraci a ovládání zařízení bude možné provádět využitím dotykového displeje, pomocí webové aplikace v zařízení nebo mobilní aplikací přes USB nebo Bluetooth připojení.
Cíle:
Realizace digitálního signálového filtru pomocí mikrokontroléru
Digitální signálové filtry jsou moderní alternativou analogových filtrů realizovaných pomocí aktivních nebo pasivních prvků. Ceny a výkon současných mikrokontrolérů umožňují konstruovat cenově dostupné univerzální filtry, které v mnoha parametrech výrazně předčí filtry analogové. Univerzálnost je docilována pouhou změnou parametrů programového vybavení bez nutnosti modifikace HW konstrukce. Cílem práce je návrh a konstrukce digitálního filtru využitím běžně dostupného mikrokontroléru a jeho srovnání s analogovými filtry.
Cíle:
Návrh a konstrukce všesměrového robota
Tato bakalářská práce se zabývá 3D návrhem holonomního všesměrového robota. Hlavním cílem tohoto výzkumu je návrh a konstrukce všesměrového mobilního robota, který má sloužit jako univerzální platforma k transportu předmětů. Tento robotický systém, poháněný třemi stejnosměrnými motory, vyžaduje vývoj sofistikovaných řídicích algoritmů a kinematických modelů, které zajistí přesné řízení motorů, usnadní všesměrový pohyb a zároveň zachovají stabilitu a přesnost.
Ing. Mohammed Ali Shehadeh
214203@vutbr.cz
Cíle:
Automatizované otevírání sklepního okna
Vhodné mikroklima pro uchovávání potravin ve sklepě lze ovlivnit vhodným větráním sklepních prostor. Toto větrání je závislé na venkovních podmínkách a nabízí se zde tedy typická úloha pro domácí automatizaci.
Cíle:
Rešeršní studie oblasti telemedicíny
Tato bakalářská práce se zaměřuje na problematiku telemedicíny, která se v posledních letech stává stále důležitější součástí moderní zdravotní péče. V rámci této práce bude provedena podrobná rešerše současného stavu telemedicíny, včetně přehledu používaných technologií a aplikací, analýzy vývoje a aktuálních trendů, jakož i hodnocení přínosů a výzev spojených s jejím využitím. Cílem práce je poskytnout komplexní pohled na telemedicínu, její vliv na zdravotní péči a identifikovat oblasti vyžadující další výzkum a rozvoj.
Cíle:
Jindřich Šafran
216865@vutbr.cz
Analýza využití tištěných tenzometrů pro měření vibrací
Díky rozvoji 3D tisku se objevují i nové materiály, ze kterých lze tisknout. Jedním z nich je elektrický vodivý kompozit. Jedno ze zajímavých využití tohoto materiálu je výroba levných tenzometrů. Cílem bakalářské práce je prověřit možnosti využití těchto jednoduchých tenzometrů vytištěných z elektricky vodivého kompozitu pro měření vibrací. Tyto tenzometry budou nalepeny na struktury, které budou buzeny známým buzením (harmonické buzení, frekvenční sweep, výkonová spektrální hustota, ráz). Frekvence bude snímána jednak těmito tenzometry a jednak vybraným komerčním snímačem. Získané odezvy budou vzájemně porovnány. Z výsledků bude vypočítaná přesnost.
Cíle:
Návrh mikrorobotů
Návrh a konstrukce mikrorobotů, které jsou inspirovány přírodou je poměrně nový přístup v robotice. Probíhá aktuální vývoj robotických komponentů, jako jsou umělé svaly, čidla, křídla, apod. Tyto komponenty jsou použity na vývoj prototypů subsystému, jako jsou robotické nohy, robotická křídla, apod. a potom jsou integrovány do komplexních robotických zařízení.
Cíle:
Klastrovací algoritmy v technické diagnostice
V diagnostice technických soustav jsou tzv. klastrovací algortimy velkou částí používaných přístupů ke zjišťování aktuálního stavu na základě měřených či modelovaných dat. Cílem práce je rešeršní studie těchto specifických metod ve vztahu k technické diagnostice.
Ing. Jiří Kovář, Ph.D.
Operace údržby ve virtuální realitě v úloze údržby
Cílem práce je definovat a ověřit typické scénáře v problematice údržby strojů a následně vytvořené konceptu kooperace více uživatelů virtuální reality v nich.
Ing. Jiří Kovář, Ph.D.
Metody komprese dat pro low-power mikrokontroléry�
Využití neuronových sítí v low-power aplikacích�
Úsporná bezdrátová komunikace pomocí UWB modulu�