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Diese Arbeit untersucht ARM und DSP Multiprozessor Ein-Chip-Systeme von Analog Devices hinsichtlich deren Programmierung, Fähigkeiten und Limitierungen. Durch die Integrierung von unterschiedlichen Hardware-Beschleunigern und Prozessoren in Ein-Chip-Systeme wird echte Nebenläufigkeit ermöglicht. Allerdings wird durch die Integrierung mehrerer Prozessoren die Komplexität der Programmierung von Ein-Chip-Systemen erhöht. Im Zuge dieser Arbeit wird untersucht, was bei der Programmierung von ARM und DSP Ein-Chip-Systemen hinsichtlich der heterogenen Prozessoren und Peripheriebausteinen beachtet werden muss. Dabei werden zuerst die Gründe für heterogenes Rechnen und die Trendwende zu Multiprozessorsystemen erläutert. Anschließend wird der aktuelle Stand der Technik erarbeitet und Programmiermodelle beschrieben, die das Programmieren von heterogenen Multiprozessorsystemen vereinfachen. Überdies werden zwei Fallbeispiele gewählt, mit denen bedeutsame Eigenheiten der Programmierung eines Ein-Chip-Systems erarbeitet werden. Im ersten Fallbeispiel werden anhand der UART-Peripherie Erkenntnisse des Ein-ChipSystems dargelegt, die praktische Auswirkungen auf die Verwendung des Systems haben. Im zweiten Fallbeispiel wird bei der Berechnung der schnellen Fourier Transformation das heterogene System auf dessen Rechenleistung untersucht. Dabei wird die Performanz des Hardware-Beschleunigers gegenüber unterschiedlichen Software-Bibliotheken verglichen und die verschiedenartigen Implementierungen analysiert. Zudem werden durch die Performanzanalyse die Einflüsse der Speicherhierachie des Ein-Chip-Systems ermittelt. Weiterhin wird gezeigt, dass sich die Bibliotheken von Analog Devices in deren Anwendung und Performanz voneinander unterscheiden. Außerdem wird veranschaulicht, dass je nach Anwendungsfall eine nicht für DSPs ausgelegte quelloffene Implementierung konkurrenzfähig zu den optimierten Bibliotheken von Analog Devices und dem Hardware-Beschleuniger ist. Zudem wird durch die Analyse der Mehraufwand ermittelt, der für die Konfiguration des Hardware-Beschleunigers aufgebracht werden muss. Dabei wird gezeigt, dass die Verwendung des Hardware-Beschleunigers erst ab einer bestimmten Anzahl an Abtastwerten rentabel ist. Abschließend werden die zwei Fallbeispiele für einen Konzeptnachweis verknüpft, der die Möglichkeiten des heterogenen Rechnens veranschaulicht.
Background: The development of mobile interventions for noncommunicable diseases has increased in recent years. However, there is a dearth of apps for patients with peripheral arterial disease (PAD), who frequently have an impaired ability to walk.
Objective: Using a patient-centered approach for the development of mobile interventions, we aim to describe the needs and requirements of patients with PAD regarding the overall care situation and the use of mobile interventions to perform supervised exercise therapy (SET).
Methods: A questionnaire survey was conducted in addition to a clinical examination at the vascular outpatient clinic of the West-German Heart and Vascular Center of the University Clinic Essen in Germany. Patients with diagnosed PAD were asked to answer questions on sociodemographic characteristics, PAD-related need for support, satisfaction with their health care situation, smartphone and app use, and requirements for the design of mobile interventions to support SET.
Results: Overall, a need for better support of patients with diagnosed PAD was identified. In total, 59.2% (n=180) expressed their desire for more support for their disease. Patients (n=304) had a mean age of 67 years and half of them (n=157, 51.6%) were smartphone users. We noted an interest in smartphone-supported SET, even for people who did not currently use a smartphone. “Information,” “feedback,” “choosing goals,” and “interaction with physicians and therapists” were rated the most relevant components of a potential app.
Conclusions: A need for the support of patients with PAD was determined. This was particularly evident with regard to disease literacy and the performance of SET. Based on a detailed description of patient characteristics, proposals for the design of mobile interventions adapted to the needs and requirements of patients can be derived.
In den Justizanstalten Österreichs arbeiten Menschen unterschiedlicher Berufsgruppen zusammen. Sie haben jeweils eigene Ausbildungen durchlaufen und gehören unterschiedlichen Berufen und Professionen an. Ihre gemeinsame Aufgabe besteht in der Resozialisierung der InsassInnen. Aufgrund ihres unterschiedlichen professionellen Werdegangs bestehen unterschiedliche Zugänge zur Arbeit mit den InsassInnen. Deshalb ist es von Bedeutung, welche Einstellungen die Vollzugsbediensteten zum Sinn der staatlichen Strafe vorweisen und welchen Theorien darüber, weshalb Menschen straffällig werden, sie anhängen. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist ihre Haltung gegenüber GewalttäterInnen inklusive der Sexualstraftäter, da diese Personen durch ihre Delikte andere Menschen in ihrer körperlichen Integrität verletzt haben und somit in besonders verletzender Weise zu Opfern gemacht haben.
Das Forschungsziel dieser Masterarbeit besteht in der Erfassung der Theorien und Einstellungen von Vollzugsbediensteten bezüglich der oben genannten Thematik. Dabei soll herausgestellt werden, welche Auswirkungen die Ergebnisse auf die Soziale Arbeit im Justizvollzug haben und welche Konsequenzen die Soziale Arbeit hieraus ziehen könnte. Außerdem sollen die Ansichten zur Qualität der berufsübergreifenden Zusammenarbeit erfragt werden.
Im Rahmen der Arbeit wurden insgesamt 16 leitfadengestützte Experteninterviews mit Vollzugsbediensteten aus den folgenden Berufsgruppen durchgeführt: Anstaltsleitung, Justizwache, Sozialer Dienst, Psychologischer Dienst und Psychiatrischer Dienst. Allen Berufsgruppen ist gemeinsam, dass der Kontakt zu den InsassInnen in der Tätigkeitsbeschreibung beinhaltet ist.
Die Ergebnisse der Befragungen zeigen, dass die Einstellungen der verschiedenen Vollzugsbediensteten in vielen Aspekten harmonieren, dass es aber auch relevante Unterschiede gibt. Inwieweit diese Unterschiede für die Soziale Arbeit relevant sind und welche Schlüsse bzw. Handlungsempfehlungen daraus abzuleiten sind, soll diese Arbeit zeigen.
Dass die Zusammenarbeit der Vollzugsbediensteten noch überwiegend als gut bzw. harmonisch empfunden wird, haben die Befragungen erwiesen. Außerdem soll diese Arbeit aufzeigen, welche Anregungen anderer Berufsgruppen die Soziale Arbeit aufnehmen kann, um den Strafvollzug auch aus der Perspektive dieser Berufsgruppen besser nachvollziehen zu können.
The classification of waste with neural networks is already a topic in some scientific papers. An application in the embedded systems area with current AI processors to accelerate the inference has not yet been discussed. In this master work a prototype is created which classifies waste objects and automatically opens the appropriate container for the object. The area of application is in the public space.
For the classification a dataset with 25,681 images and 11 classes is created to re-train the Convolution Neuronal Networks EfficientNet-B0, MobileNet-v2 and NASNet-mobile. These Convolution Neuronal Networks run on the current Edge \acrshort{ai} processors from Google, Intel and Nvidia and are compared for performance, consumption and accuracy.
The master thesis evaluates the result of these comparisons and shows the advantages and disadvantages of the respective processors and the CNNs. For the prototype, the most suitable combination of hardware and AI architecture is used and exhibited at the university fair KasetFair2020. An opinion survey on the application of the machine is conducted.
Integration of an industrial robot manipulator in ROS to enhance its spatial perception capabilities
(2020)
Robots without any external sensors are not capable of sensing their environment, often leading to damaging collisions. These collisions could potentially be avoided if the robot had a way to sense its environment in the first place. This thesis attempts to tackle this problem by equipping such a robot with extra sensor hardware for perceiving environmental objects. The robot used within this thesis is a KUKA LBR iiwa 7 R800. The goal is a robot capable of moving in an unseen environment without colliding with obstacles nearby.
The research covers different sensor options, robots in cramped areas as well as algorithms and simulation topics. Software platforms and libraries used for the implementation are briefly introduced.
Multiple infrared sensors are directly installed onto the robot manipulator. The extra sensors and the robot are integrated into the ROS middleware to create an application capable of sensing the robots’ environment and plan collision-free paths accordingly.
The experiments show, that the low amount of available sensor data can not map the robots’ environment with enough detail. Additional problems, such as sensor noise corrupting parts of the generated map or the robot recognizing itself as an obstacle, lead to a negative result in total. In future work, the choice of sensors shall be reconsidered and tested upfront via simulation software.
Heutzutage gewinnen visuelle und akustische Eingabemethoden für die Interaktion mit Anwendungen oder Komponenten zunehmend an Bedeutung und sollen die klassische Maus oder Tastatur gegebenenfalls ersetzen. Abgesehen von der Sprachsteuerung benötigen jedoch auch die neuen Methoden für das Absetzen eines Befehls größtenteils die Hände. Es bleibt jedoch die Frage bestehen was passiert, wenn keine freie Hand zur Verfügung steht und ein Sprachbefehl aufgrund des Lärmpegels nicht erkannt wird. Diese Arbeit beschreibt das Konzept einer alternativen Anwendungssteuerung mit Fußgesten und verwendet dafür die Einlegesohlen ‚stapp one‘, die mit Druck- und Beschleunigungssensoren ausgestattet sind. Aufgrund der Durchführung einer Umfrage mit Mehrheitsvotum lassen sich verschiedene Fußgesten für entsprechende Aktionen der gesteuerten Komponenten definieren. Diese wirken auf die Anwender und Anwenderinnen intuitiv und weisen folglich eine hohe Akzeptanz bei der Benutzung auf. Mit einer Verbindungskombination aus Bluetooth und ‚User-Datagram-Protocol‘ (UDP) werden die Sensordaten von der Sohle, über ein Smartphone, zu einem Computer weitergeleitet, um eine Gestenerkennung mit Machine-Learning umzusetzen. Über ein Datenfluss-System werden die empfangenen Werte der Sensoren aufbereitet und eine Feature-Extraktion durchgeführt, sodass diese für eine Klassifizierung von Fußgesten dienen. Basierend auf ‚Deeplearning4j‘ wird ein Algorithmus mit ‚Long Short-Term Memory‘ implementiert und zusammen mit dem Datenfluss-System als ‚Java‘-Bibliothek zur Verfügung gestellt. Zusätzlich werden Datensätze von Fußgesten einer Person erstellt und zum Training sowie zur Evaluierung der Gestenerkennung verwendet. In einer letzten Umfrage wird die implementierte Bibliothek in zwei Applikationen integriert. Zudem wird die Funktion des definierten ‚Gesten-Aktionen-Mapping‘ in drei Anwendungsszenarien analysiert. Die Forschungsergebnisse zeigen eine zuverlässige Klassifizierung der Fußgesten mit einer Genauigkeit von 82 %, wobei unter realen Bedingungen auch Werte zwischen 85 % und 100 % erreicht werden.
An implementation approach of the gap navigation tree using the TurtleBot 3 Burger and ROS Kinetic
(2020)
The creation of a spatial model of the environment is an important task to allow the planning of routes through the environment. Depending on the number of sensor inputs different ways of creating a spatial environment model are possible. This thesis introduces an implementation approach of the Gap Navigation Tree which is aimed for usage with robots that have a limited amount of sensors. The Gap Navigation Tree is a tree structure based on depth discontinuities constructed from the data of a laser scanner. Using the simulated TurtleBot 3 Burger and ROS kinetic a framework is created that implements the theory of the Gap Navigation Tree. The framework is structured in a way that allows using different robots with different sensor types by separating the detection of depth discontinuities from the building and updating of the Gap Navigation Tree.
In dieser Arbeit werden verschiedene Augmented Reality Tools analysiert und getestet, um eine Brandmeldezentrale zu erkennen und auf dieser virtuelle Inhalte darzustellen. Die Erkennung der Zentrale wird mittels Bilderkennung und Objekterkennung von Vuforia, Wikitude und AR Foundation durchgeführt. Zusätzlich wird in dieser Arbeit eine AR Applikation implementiert, welche sowohl mit iOS und Android Geräten als auch für die Microsoft HoloLens 2 kompatibel ist. Die Anwendung soll zeigen, an welcher Stelle in der Brandmeldezentrale ein Fehler vorliegt und wie dieser behoben werden kann. Für die Fehlerbehandlung kommt eine “Schritt für Schritt Anleitung“ zum Einsatz, bei welcher Teile der Zentrale augmentiert hervorgehoben werden, wenn diese für die Behebung des Problems relevant sind. Es werden diverse Geräte bezüglich Interaktion und deren Stärken bzw. Schwächen evaluiert. Für die Analyse haben Testpersonen die Anwendung sowohl auf der HoloLens 2 als auch auf einem iPad Pro getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass einige Personen Schwierigkeiten mit der Gestensteuerung auf der HoloLens 2 haben. Die Ausführung der Pinch Geste, welche durch das zusammendrücken von Daumen und Zeigefinger ausgeführt wird, wurde oft zu ungenau durchgeführt. Der Vergleich der beiden Geräte hat ergeben, dass Interaktionen auf dem iPad schneller ausgeführt werden können als auf der HoloLens. Außerdem wurde überprüft, wie sich unterschiedliche Lichtverhältnisse auf die Anwendung auswirken. Dabei stellte sich heraus, dass die Hologramme bei der HoloLens bei einer stark beleuchteten Umgebung nicht gut sichtbar sind. Die Objekterkennung der Brandmeldezentrale weist einige Fehler bei der Erkennung der Brandmeldezentrale auf. Diese sind darauf zurückzuführen, dass die Brandmeldezentrale für die verwendeten Augmented Reality Tools zu wenig Merkmale aufweist.
Musik im Alltag
(2020)
Musikschülerinnen und Musikschüler finden besonders im Alter von 9 bis 15 Jahren in ihrem Alltag oft keine Zeit, um sich mit ihrem Musikinstrument zu beschäftigen. Dadurch bleibt ihr Spielniveau auf der Stelle und sie verspüren keinen Lernfortschritt, wodurch ihnen langfristig auch die Freude am Musizieren vergeht. Durch den fehlenden Lernfortschritt wiederholt sich auch der wöchentliche Musikunterricht und wirkt auf Dauer eintönig und langweilig. Statistisch gesehen kommt es am häufigsten im Alter von entweder 11 oder 14 Jahren zu einer Abmeldung vom Musikschulunterricht aus Mangel an Zeit und Interesse.
Um den Kindern die Freude am Musizieren zurückzugeben, wurde eine Herangehensweise entwickelt, in der die Kinder ein eigenes Ziel definieren und dieses mithilfe eines Coachinggesprächs in kleinere Aufgaben unterteilen. Ein auditives Benachrichtigungssystem unterstützt die Kinder dabei, im Alltag den passenden Zeitpunkt für diese musikalischen Aufgaben zu finden, damit sie sowohl einen Lernerfolg verspüren als auch Spaß mit dem eigenen Instrument haben.
In dieser Arbeit werden die Anforderungen an ein auditives Benachrichtigungssystem analysiert und der unterschiedliche Einfluss von zeit und kontextbasierten Benachrichtigungen durch Nutzertests eruiert.
The humidification dehumidification (HDH) cycle is a process for thermal water treatment. Many studies were carried out investigating operation of an HDH cycle with water and seawater as working liquid. Currently research into other areas of application is limited. Exchanging the working liquid in the humidifier from seawater to a water oil emulsion and investigating its behavioural changes is the basis for the expansion into applications such as bilge water treatment. This master’s thesis covers analysis of the behaviour of an HDH cycle operated with a water oil emulsion. The main elements are (1) proof of concept for operation of the HDH cycle with a water oil emulsion, (2) comparison of measurements and thermodynamic calculations, (3) investigation of the impact of operating parameters and (4) optical analysis of the bubbly flow in water and oil.
Operation of the HDH cycle using water oil emulsion was shown to be feasible with a small change to the setup previously used for investigations with seawater as working liquid. To keep the emulsion from separating into its individual parts, constant movement of the working liquid needs to be ensured. For this a magnetic stirrer was introduced into the bubble column humidifier (BCH) used. In a batch process an oil concentration of >97 % was reached without visible traces of oil in the produced condensate.
Comparison of the measured and thermodynamically evaluated productivity shows that measured productivity is higher. The proposed explanation for this is supersaturation of air at the BCH exit. Further investigation into this phenomenon is needed to confirm this hypothesis.
Influential parameters investigated are (1) liquid temperature, (2) superficial air velocity and (3) sieve plate orifice diameter. Increase of liquid temperature results in an exponential increase in productivity. At superficial air velocities up to 3 cm/s productivity increases with superficial air velocity. For superficial air velocities higher than 3 cm/s productivity plateaus. At low superficial air velocity, an increase of sieve plate orifice diameter results in increasing productivity. Further increase of the sieve plate orifice diameter inverses this phenomenon.
Bubbly flow in water and oil is influenced by the different viscosities of the liquids. Water creates small bubbles of similar size at low superficial air velocities. At superficial air velocities >2 cm/s turbulences start to increase and finely dispersed bubbles are present in the water. Bubbly flow in oil creates larger bubbles at all superficial air velocities. The airflow transitions to plug flow at velocities of 3 cm/s and above.
Result from this master’s thesis can be used for as a basis to broaden the understanding of the HDH cycle and find new areas of applications.