Projecten

Abstract

In dit project richten we ons op het verkennen en ontwikkelen van innovatieve infrastructuur ter ondersteuning van zowel simulatie als real-world implementatie van intra-logistieke systemen. Ons werk omvat verschillende aspecten van intra-logistiek, waaronder de inzet en het gebruik van autonome mobiele robots (AMR's) voor efficiënte materiaalverwerking en transport binnen industriële omgevingen. Daarnaast richten we ons op de creatie van grootschalige simulatieruimtes waarmee geavanceerde, op leren gebaseerde benaderingen grondig kunnen worden getest en geëvalueerd. Deze simulaties stellen ons in staat om de prestaties, schaalbaarheid en robuustheid van voorgestelde oplossingen te beoordelen voordat ze in de praktijk worden toegepast. Door de kloof tussen simulatie en fysieke implementatie te overbruggen, streeft dit project ernaar om de stand van de techniek in intra-logistiek te verbeteren en schaalbare, aanpasbare en efficiënte oplossingen te bieden die voldoen aan de dynamische eisen van moderne industrieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project richten we ons op het verkennen en ontwikkelen van innovatieve infrastructuur ter ondersteuning van zowel simulatie als real-world implementatie van intra-logistieke systemen. Ons werk omvat verschillende aspecten van intra-logistiek, waaronder de inzet en het gebruik van autonome mobiele robots (AMR's) voor efficiënte materiaalverwerking en transport binnen industriële omgevingen. Daarnaast richten we ons op de creatie van grootschalige simulatieruimtes waarmee geavanceerde, op leren gebaseerde benaderingen grondig kunnen worden getest en geëvalueerd. Deze simulaties stellen ons in staat om de prestaties, schaalbaarheid en robuustheid van voorgestelde oplossingen te beoordelen voordat ze in de praktijk worden toegepast. Door de kloof tussen simulatie en fysieke implementatie te overbruggen, streeft dit project ernaar om de stand van de techniek in intra-logistiek te verbeteren en schaalbare, aanpasbare en efficiënte oplossingen te bieden die voldoen aan de dynamische eisen van moderne industrieën.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Energieverbruik van industriële machines verminderen is cruciaal voor het klimaat. Energiebesparing bij positiegestuurde systemen kan door de positiefunctie te optimaliseren tussen vaste, door de gebruiker gedefinieerde start- en eindpunten, waarbij alleen aangepaste drive instellingen nodig zijn voor een eenvoudige en goedkope implementatie. State-of-the-art optimalisatoren gebruiken complexe, machinespecifieke modellen, wat machinebouwers afschrikt. Bovendien maken modelleerfouten, en veranderingen in machinegedrag over tijd, geoptimaliseerde bewegingsprofielen in de praktijk suboptimaal. Dit project stelt een nieuwe oplossing voor door het bewegingsprofiel tijdens de machinewerking te optimaliseren, waardoor complexe modellen overbodig worden. Bovendien lopen bestaande algoritmen vaak vast in een lokaal optimum, waarbij tot 11,3% van het energiebesparingspotentieel gemist wordt. Dit project stelt twee stappen voor om een globaal optimum te bekomen. Ten eerste, het gebruik van een globaal optimalisatiealgoritme. Ten tweede kan de formulering van het bewegingsprofiel, vaak beperkt tot specifieke basissen (bijv. polynomen, splines), het onthullen van het globale optimum beperken. Dit project gebruikt Gaussische Processen om bewegingsprofielen te beschrijven, waardoor het optimalisatiepotentieel niet langer beperkt is. Alleen een online bewegingsprofiel optimalisatie zonder vooraf gedefinieerde profielbasissen kan resulteren in een globaal minimale energiebehoefte.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn
• Co-promotor: Cuyt Annie
• Mandaathouder: De Laet Robbe

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Draadloze energieoverdracht biedt als belangrijkste voordeel een betere gebruikerservaring, vooral voor mobiele apparaten, vermits het niet nodig is om een fysieke kabel aan te sluiten om het apparaat op te laden. Een nieuwe methode, hybride draadloze energieoverdracht genaamd, combineert zowel magnetische (inductieve) als elektrische velden (capacitieve koppeling). In dit project wordt een theoretisch raamwerk ontwikkeld dat de relatie modelleert tussen de koppelfactor van hybride draadloze vermogensoverdracht en de elektrische elementen van de equivalente circuitrepresentatie. Het effect van het combineren van zowel het magnetische als het elektrische veld op de eigenschappen van energieoverdracht en de tolerantie voor verkeerde uitlijning wordt gekwantificeerd. De resultaten worden gevalideerd door simulatie en experiment, wat resulteert in de essentiële koppelingsmodellen die nodig zijn om het potentieel van hybride draadloze energieoverdracht te ontsluiten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Minnaert Ben
• Mandaathouder: Elst Baptist

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Draadloze energieoverdracht (DEO) verhoogt de gebruikerservaring van toestellen die elektrisch gevoed worden, aangezien het niet nodig is om een fysieke kabel aan te sluiten. Het resulteert in een hogere duurzaamheid en robuustheid, vergemakkelijkt de automatisering en verhoogt de veiligheid in gevaarlijke industriële omgevingen. Bij veel lokale bedrijven zijn er echter te weinig resources om de nodige kennis te vergaren om DEO toe te passen, ondanks de sterke wereldwijde groei van deze toepassing bij multinationals, en de maturiteit van de technologie. De beperkte kennis over de principes, een onoverzichtelijk marktaanbod en de beperkte toepassingsmogelijkheden van de de facto marktstandaard verhindert een brede toepassing omdat er een sterke nood is aan DEO voor atypische configuraties. Het globale doel is dan ook om laagdrempelige en praktijkgerichte tools en kennis voor de implementatie van draadloze energieoverdracht te verspreiden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Minnaert Ben

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Nauwkeurige kalibratie en monitoring van sensorposities zijn cruciaal voor een veilige werking en de gewenste prestaties van autonome voertuigen. Huidige methoden, die handmatige herkalibratie met behulp van kunstmatige doelen vereisen, verhogen de kosten en verminderen de beschikbaarheid van voertuigen. Hoewel er geavanceerde oplossingen bestaan, moeten deze specifiek voor elke toepassing opnieuw worden ontworpen, wat complex wiskundig werk vereist. ASORE biedt een geautomatiseerde aanpak die gebruikers bevrijdt van de noodzaak om wiskundige details van kalibratie te beheren. Het genereert verwachte sensorwaarnemingen op basis van een beschrijving van een hoogstaand gebruiksscenario en koppelt deze aan geschikte algoritmen voor sensorverwerking en kalibratie, beschikbaar in de ASORE-toolbox. Sjabloonmodellen voor voertuigen, sensoren en herkenningspunten vereenvoudigen het samenstellen van gebruiksscenario's. ASORE wordt geleverd als een gebruiksvriendelijke softwaretoolbox met een GUI, inclusief documentatie en tutorials om de geautomatiseerde sensorcalibratie te stroomlijnen. Deze oplossing verlaagt de ontwikkelings- en onderhoudskosten, verhoogt de automatisering en biedt meer flexibiliteit voor diverse toepassingen, wat bedrijven ten goede komt door de robuustheid van sensoren in autonome voertuigen te verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Huebel Nico

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In het verleden maakte de industriële automatisering voornamelijk gebruik van Programmeerbare Logische Controllers (PLCs) omwille van hun grote betrouwbaarheid bij het regelen van een breed scala aan productieprocessen. De vraag naar verhoogde efficiëntie, aanpasbaarheid en intelligente controle heeft geleid tot de opkomst van geavanceerde algoritmes in industriële automatiseringsprojecten. Hoewel deze software-intensieve automatisering veelbelovend is, brengt deze verschuiving enkele uitdagingen met zich mee. Ten eerste bereikt de integratie van geavanceerde algoritmen, zoals kunstmatige intelligentie (AI) modellen, met reeds geïnstalleerde automatiseringsinfrastructuur zijn limieten wanneer deze geïmplementeerd moeten worden in gesloten software-hardware ecosystemen. Technologieleveranciers dwingen hun klanten binnen de grenzen van hun eigen tools en hardware, waardoor de hardwaresoftwareflexibiliteit beperkt wordt. Ten tweede ondersteunen oplossingen van specifieke leveranciers geen hergebruik van code bij andere software-hardware leveranciers, ook wel bekend als vendor lock-in. Dit resulteert in kostbare herontwerpen wanneer gewisseld wordt tussen verschillende hardwareplatforms. Het primaire doel van het FlexIA Proof-of-Concept (PoC) project is om echte hardware-softwareflexibiliteit te bieden voor de ontwikkeling van software-intensieve automatiseringssystemen door de strategie "eenmaal ontwikkelen, overal uitrollen" te introduceren. Dit wordt mogelijk gemaakt door de ontwikkeling en commercialisering van het FlexIA-platform, een leveranciersonafhankelijke toolkit voor het ontwikkelen en implementeren van software-intensieve automatiseringssystemen. Het platform maakt de creatie en het beheer van complexe automatiseringstoepassingen mogelijk, onafhankelijk van het feit of de hardware op PLC of op microcontroller word gerealiseerd. Dit draagt bij aan het secundaire doel van het project, namelijk het verminderen van de vendor lock-in. Het primaire valorisatiedoel van dit FlexIA PoC project is het uitvoeren van een grondige marktstudie om de huidige en toekomstige behoeften van de relevante industriële belanghebbenden te bepalen. Deze marktstudie zal helpen bij het bepalen van een optimale vermarktingstrategie om het FlexIA-platform succesvol te kunnen commercialiseren. Tegelijk laat deze studie toe om de FlexIA technologie af te stemmen op de noden van de verschillende belanghebbenden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul
• Co-promotor: Denil Joachim
• Co-promotor: Vangheluwe Hans

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

SITANAV richt zich op het verhogen van de betrouwbaarheid en robuustheid van autonome voertuigen (AV) die in logistieke, industriële en landbouwfaciliteiten opereren, door zich te richten op de volgende problemen die door bedrijven in het consortium naar voren zijn gebracht: 1) de beperkte flexibiliteit van AV's in complexe omgevingen, 2) de hoge kosten wanneer voor lokalisatie extra infrastructuur nodig is, 3) de hoge kosten voor implementatie en herconfiguratie van de lay-out, en 4) de hoge geheugenvoetafdruk van discrete metrische kaarten die toepassingen in grote omgevingen belemmert. Het belangrijkste idee van SITANAV om deze problemen op te lossen is het vergroten van het situationeel bewustzijn in de navigatie- en kaartcapaciteiten van autonome voertuigen. Dit zal AV's hogere niveaus van zelfaanpassing geven op basis van de huidige situatie door verklaarbare besluitvorming via semantische kaarten en semantische redeneringen. Er zijn drie belangrijke technologische barrières die SITANAV moet overwinnen: 1) gebrek aan modellen om situaties te beschrijven, 2) gebrek aan mogelijkheden om te redeneren over objecten en kaarten, en 3) gebrek aan situationeel bewustzijn in de besluitvorming van AV's voor navigatie. De aanpak om deze barrières weg te nemen is een raamwerk dat een metrisch-semantische kaart combineert met situatiemodellen, die een set relaties beschrijven die de bewegings- en waarnemingsmogelijkheden van een AV verbinden met een bepaalde situatie. Als de AV bijvoorbeeld de juiste informatie kan vinden om de huidige situatie af te leiden uit de waargenomen omgeving, kan hij zijn waarnemings- en besturingsgedrag selecteren en configureren (situatiebewuste besluitvorming) om de gewenste robuustheid en prestaties voor de betreffende toepassing te bereiken (bv. de situatie van een gedeeltelijk geblokkeerde route detecteren en overschakelen op navigatie in een beperkte ruimte). De voorgestelde methode zal bestaande grafiekgebaseerde modellen en hulpmiddelen uitbreiden met nieuwe functies, redeneer- en vraagbeantwoordingsmechanismen om de mogelijkheden van AV's voor situatiebeoordeling geleidelijk te vergroten. De verbeteringen zullen in kleinschalige iteraties worden doorgevoerd, volgens een continue integratieaanpak. Dit zal worden bereikt door twee lopende demo's (binnen en buiten) met toenemende complexiteit gedurende het project. De SITANAV-modellen en -software zijn ontworpen met het oog op toekomstige compatibiliteit, omdat we nu al veel toekomstige uitbreidingen kunnen voorzien, zoals nieuwe soorten semantische kenmerken, geheugen- en leercapaciteiten en de integratie van taakplanning.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Autonome mobiele systemen kunnen om vele redenen falen, maar één daarvan is wanneer de ruwheid van de de omgeving toeneemt. Het is moeilijk voor OEM's, integrators, leveranciers van sensoren en hardwarecomponenten om een robuust autonoom mobiel systeem te ontwerpen op basis van traditionele testmethoden. Vooral waarnemingssystemen worden op de proef gesteld in realistische en relevante zware omstandigheden (bijv. regen, mist, direct zonlicht). Op dit moment wordt het testen van waarnemingssystemen gedaan door te wachten tot deze omstandigheden zich in het echt voordoen - wat gemakkelijk weken wachten kan kosten. Wanneer er een update wordt uitgevoerd op de hardware van het waarnemingssysteem (er wordt bijvoorbeeld een coating op de lens aangebracht) is precies dezelfde test nodig om een verbetering te verifiëren. In het echte leven kan deze harde omstandigheid echter niet worden gereproduceerd. Er is dus behoefte aan een modulaire, gevalideerde testfaciliteit om herhaalbare en gecontroleerde barre omstandigheden mogelijk te maken. CAVE_INFRA wil een vaste perceptietestfaciliteit ontwikkelen die regen, sneeuw, mist, verlichting, stof en puin kan controleren en meten, inclusief een digitale tweeling en een real-life validatie. We willen de volgende diensten leveren: i) Prestatie-evaluatie van detectieapparatuur (inclusief coatings/reinigingssystemen) en software onder zware omstandigheden, inclusief benchmarking ter ondersteuning van sensorselectie ii) Afleiding van model en/of sensormodel voor barre omstandigheden iii) Trainen of valideren van AI-modellen voor object-/mensdetectie en posebepaling iv) Degradatietests in barre omstandigheden v) Testgegevens en scenario's genereren die kunnen worden gebruikt voor het aansturen van eigen onderzoek, maar ook voor certificeringsdoeleinden en discussies met certificeringsinstanties zoals TuV. Om de zware omstandigheden in realistische scenario's te produceren, zijn er verschillende actuatiesystemen voorzien om respectievelijk het geteste waarnemingssysteem, de te detecteren doelobjecten en sommige van de gegenereerde omstandigheden zoals diverse van de gegenereerde omstandigheden, zoals diverse verlichtingssystemen om dynamisch contrast te creëren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Sportblessures tellen voor 10-20% van alle acute verwondingen op spoed. De meest voorkomende zijn knie- en enkelblessures. Blessurepreventietechnieken steunen op inzicht in letselmechanismen. De focus in dit project ligt op ruptuur van de voorste kruisband (VKB) en hoge enkelverstuikingen (syndesmoseletsel), aangezien deze moeilijk te diagnosticeren zijn en vaak verkeerd worden gediagnosticeerd, wat kan leiden tot chronische instabiliteit. Om de diagnose te verbeteren, wordt een nieuwe beeldvormende techniek, staande CT, gebruikt, aangezien knie- en enkelgewrichten in staande omstandigheden in plaats van in ruglig onderzocht worden. Een nieuw medisch hulpmiddel wordt ontwikkeld om de staande CT uit te breiden van statische naar dynamische testen. Het prototype maakt rotatie in het enkelgewricht mogelijk om verschillende posities van de voet te simuleren. Kinematische metingen maken het mogelijk de gewrichtslaxiteit in de knie en enkel te meten, wat de focus was van eerder onderzoek van de promotor. ACL-deficiënte knieën zullen in-vitro worden getest om te bepalen wanneer ACL-ruptuur optreedt. Enkelsyndesmose-omstandigheden zullen worden gesimuleerd in een in-vitrotest die het nieuwe prototype valideert. De laatste stap in dit onderzoek is een first-in-human test in de staande CT om te evalueren of de positie van de voet ACLruptuur of hoge enkelverstuikingen veroorzaakt. Na dit project zal in een IOF-project het apparaat op de markt gebracht worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Chevalier Amélie
• Co-promotor: Van der Jeught Sam
• Mandaathouder: Degrande Axel

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Passieve energieopslag en -teruggave wordt al lang erkend als een centraal mechanisme om de energiekosten van wandelen te minimaliseren. Hoewel het heupkapsel de sterkste ligamenten in het lichaam bevat, is de potentiële rol ervan bij energiezuinig stappen nog onvoldoende onderzocht. Een beter begrip van het balanceren van zacht weefsel na een THP kan instabiliteit helpen voorkomen en de heupfunctie en klinische resultaten na heupvervanging op korte en lange termijn verbeteren. Momenteel is ons begrip van de werking, het belang van het heupkapsel en zijn rol in de menselijke mechanica nog grotendeels onvolledig. Dit onderzoeksvoorstel heeft als doel deze belangrijke leemte op te vullen door de actieve en passieve rol van het heupkapsel in het functioneren van het heupgewricht na een THP te onderzoeken. Hierbij wordt ook gekeken naar de impact van het implantaatontwerp, anatomische variaties en verschillen in chirurgische techniek op de eigenschappen van het heupkapsel. De uitkomsten van dit onderzoek zullen bijdragen aan de ontwikkeling van verbeterde chirurgische technieken en implantaatontwerpen die de patiëntresultaten kunnen optimaliseren en de prestaties op lange termijn na een heupartroplastiek kunnen verbeteren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Chevalier Amélie

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De robots van morgen zullen het vermogen hebben om zich aan te passen aan drastische en onvoorspelbare veranderingen in hun omgeving, inclusief de mens. Dergelijke aanpassingen kunnen echter niet grenzeloos zijn: de robot moet betrouwbaar blijven, d.w.z. de aanpassingen mogen niet slechts een herstel van een verminderde functionaliteit zijn. In plaats daarvan moet het een echte aanpassing zijn, wat betekent dat de robot zijn gedrag zal veranderen terwijl hij de verwachte prestaties behoudt of zelfs verbetert, en minstens zo veilig en robuust blijft als voorheen. RoboSAPIENS zal zich richten op autonome robotsoftware-aanpassingen en zal de basis leggen om ervoor te zorgen dat dergelijke software-aanpassingen op een intrinsiek veilige, betrouwbare en efficiënte manier worden uitgevoerd, waardoor zelfaanpassing met een open einde wordt verzoend met veiligheid door ontwerp. RoboSAPIENS zal deze fundamenten ook transformeren in 'first time right'-ontwerptools en robotplatforms, en deze valideren en demonstreren tot TRL4. Om dit algemene doel te bereiken, zal RoboSAPIENS de stand van de techniek uitbreiden in vier hoofddoelstellingen. 1. Het zal robotische zelfaanpassing met een open einde mogelijk maken als reactie op ongekende systeemstructurele en ecologische veranderingen. 2. Het zal veiligheidstechnieken bevorderen om de veiligheid van robots niet alleen vóór, tijdens en na de aanpassing te garanderen. 3. Het zal diepgaande leertechnieken bevorderen om de onzekerheid in de zelfaanpassing van robots actief te verminderen. 4. Het zal de betrouwbaarheid garanderen van systemen die zowel deep-learning als computationele architecturen gebruiken voor robotische zelfaanpassing. Om deze doelstellingen te realiseren zal RoboSAPIENS technieken zoals MAPE K (Monitor, Analyse, Plan, Execute, Knowledge) en Deep Learning uitbreiden om generieke aanpassingsprocedures op te zetten en ook een SSH-dimensie te gebruiken. RoboSAPIENS zal deze betrouwbare robotische zelfaanpassing demonstreren aan de hand van vier gebruiksscenario's op industriële schaal, gecentreerd rond een industriële demontagerobot, een robotzwerm in een magazijn, een verlengde romp van een autonoom vaartuig en mens-robotinteractie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzochten we gedurende de eerste fase (IOF-POC ABN HaFrees Haalbaarheid) of het mogelijk was een handsfree kit te ontwikkelen voor de fiets. De voornaamste doelen hierbij waren gebruiksgemak en gesprekswaliteit bij een snelheid van meer dan 10 tot 15 km/h. We brachten hierbij de markt in kaart, waaruit duidelijk werd dat de eerste focus moet liggen op de functionele gebruiker (d.w.z. de professional die zijn werkgerelateerd pendelen per fiets wil gebruiken om ook te kunnen bellen met collega9s, klanten, enz.). De eerste testen toonden aan dat een significante onderdrukking van de windruis mogelijk is m.b.v. meerdere technieken (selectie van goede microfoons, de keuze van een optimale opstelling van elke individuele microfoon gecombineerd in een optimale configuratie, gepaste afscherming i.c.m. de juiste signaalverwerkingsalgoritmes). De technieken apart leveren op zich staand onvoldoende verbetering op, maar de delta is voldoende opdat de combinatie moet toelaten een kwalitatief gesprek te voeren tegen 25km/h. In deze tweede fase van het project, willen we een minium viable product (MVP) prototype ontwikkelen, dat moet toelaten (1) het product op zijn belangrijkste kwaliteiten te karakteriseren (2) het product te benchmarken tegen de concurrerende producten, (3) testen met het oog op gebruikersfeedback op te zetten en (4) de verdere richting van de valorisatie uit te tekenen. Een essentiële horde daarbij is de intellectuele bescherming van de technologie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Laurijssen Dennis
• Co-promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Verlinden Jouke Casper

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit onderzoeksvoorstel richt zich op een draadloos energieoverdrachtssysteem met meerdere in- en uitgangen dat elektrische koppeling toepast om energie over te dragen van een of meer zenders naar een of meer ontvangers. De fundamentele onderzoeksvraag is hoe nieuwe optimalisatie-algoritmen de werkingparameters van dit capacitieve systeem met een onvoorspelbare elektrische koppeling geoptimaliseerd kunnen houden, afhankelijk van het gekozen optimalisatiedoel. Dit omvat het bepalen van de geschikte modellen en fundamentele relaties tussen de systeemeigenschappen (inclusief de onvoorspelbare koppeling) en de verschillende optimalisatiestrategieën. Een belangrijk aspect is de experimentele validatie van de modellen via een laagvermogenopstelling met een flexibele driver om frequentieaanpassingen mogelijk te maken. Meer specifiek zullen de bijdragen van dit project de volgende zijn: (i) Ontwikkeling van een model dat kwantitatief de fundamentele relaties beschrijft tussen variërende koppelingen en de (relatieve) variatie van de compensatienetwerken. (ii) Modelleren van het zogenaamde "frequentiebifurcatiefenomeen" voor systemen met meerdere poorten. (iii) Het bepalen en toepassen van optimalisatiealgoritmen voor verschillende scenario's door impedantie- en frequentieaanpassingen op basis van een feedbackprocedure om het capacitieve systeem in zijn (bijna) optimale bedrijfstoestand te houden, en tot slot (iv) validatie van de modellen en algoritmen door simulatie en experiment.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Minnaert Ben
• Mandaathouder: van Ieperen Aris

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Beenamputaties belemmeren patiënten dikwijls bij het uitvoeren van activiteiten van het dagelijkse leven, ook wanneer deze protheses gebruiken. Actieve beenprotheses zijn een veelbelovend alternatief voor de meer gebruikte passieve protheses, maar zelfs deze hebben nog steeds significante beperkingen en tekortkomingen. Dit project heeft als doel om een aantal van die beperkingen en tekortkomingen aan te pakken door het ontwikkelen van een nieuwe controlestrategie voor actieve beenprotheses. De nieuwe controlestrategie zal wijd inzetbaar zijn en zal bestaan uit een nieuwe classifier, een nieuwe variabele impedantie controle en nieuwe 'amputee in the loop' lerende algoritmes. De strategie zal getest worden op twee verschillende protheses en voor verscheidene bewegingspatronen en omgevingen. De prestatie van de strategie zal gemeten worden via goed ontworpen evaluatieprocessen met een focus op patiënt gerapporteerde uitkomsten (PROM's). De hypothese voor de uitkomsten in vergelijking met de state-of-the-art zijn: een groter aantal ondersteunde activiteiten, hoge accuraatheid van de classificatie, een natuurlijker wisselen van activiteiten, hoge ruisonderdrukking, minder nood aan parameter tuning, een simpeler en betrouwbaarder systeem. Dit zal significante verbeteringen brengen voor de levenskwaliteit van gebruikers van een actieve beenprothese evenals socio-economische voordelen in de prothesesector.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Chevalier Amélie

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het AnCoOpt project wil tools en methoden ontwikkelen voor de conversie van klantvragen naar optimale machineconcepten voor elektrische positioneerapplicaties. Dit gebeurt door het minimaliseren van componentkost, energieverbruik en materiaalgebruik en het maximaliseren van prestaties met behulp van courant gebruikte CAD-tools. Het project richt zich op Vlaamse machinebouwers, engineering consultants en aanbieders van aandrijfcomponenten en CAD-software.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Natuurlijke objecten (groenten, fruit, voedsel, enz.) zijn alomtegenwoordig in verschillende industriële toepassingen: sorteren van voedsel, sproeien van groenten, precisie en geautomatiseerde landbouw, enz. Het automatiseren van deze toepassingen om om te gaan met grote variabiliteit van natuurlijke objecten (objectdetectie, -herkenning, schatting van de positie, etc.) vereist innovatieve technologieën die mogelijk worden gemaakt door kunstmatige intelligentie (AI) die het vermogen heeft om te generaliseren naar variabiliteit. Het trainen van deze AI-modellen vereist echter duizenden afbeeldingen/video's met gedetailleerde annotaties van verschillende objecten. Volgens de huidige stand van de techniek heeft men >10k afbeeldingen nodig om een AI-model met een nauwkeurigheid van >90% te (her)trainen, terwijl er gemiddeld één minuut nodig is om één 'echte' afbeelding te annoteren. Hoe meer variabiliteit men wil dekken, hoe meer trainingsbeelden er nodig zijn. Deze bevindingen geven duidelijk aan dat er, om AI-modellen te kunnen inzetten in industriële toepassingen, een grote behoefte is aan innovatieve technieken om de last van gegevensannotaties weg te nemen2. Deze technieken moeten ook gemakkelijk bruikbaar zijn voor eindgebruikers om te voorkomen dat er veel handmatig werk moet worden verricht om de voorgestelde methodologie aan nieuwe toepassingen aan te passen. NORM.AI bouwt voort op de succesvolle resultaten van PILS SBO3,4, waar renderingtechnieken werden toegepast op industriële producten met CAD (Computer Aided Design) informatie, om AI (synthetische) trainingsgegevens te verkrijgen uit bijgewerkte CAD met radiantiemodellen. Terwijl CAD het genereren van synthetische gegevens in PILS SBO vergemakkelijkt door een referentiemodel te bieden waarmee de rendering kan worden gestart, is het doel van het NORM.AI-project om dit onderzoek uit te breiden naar natuurlijke objecten waarvoor geen CAD beschikbaar is. Daarom maakt het definiëren van een referentiemodel om te beginnen met renderen deel uit van het onderzoek in het project. Het creëren van variaties van het referentiemodel die rekening houden met zowel ruimtelijke als tijdsveranderingen van de natuurlijke objecten en de natuurlijke scènes, evenals het vinden van een 'sweet spot' tussen augmentatietechnieken voor echte gegevens en technieken voor het genereren van synthetische gegevens, vormen een andere onderzoeksuitdaging in het project. Dit onderzoek zal het mogelijk maken om economische scenario's voor het genereren van trainingsgegevens te identificeren, rekening houdend met hun effect op de nauwkeurigheid en robuustheid van het AI-model. Het project richt zich op drie onderzoekstoepassingen: 1- Voedselsorteringstoepassingen, waarbij 2D-beelden worden gebruikt om fruit en groenten te detecteren en sorteren wanneer ze bijvoorbeeld op een transportband worden aangevoerd. 2- Gewasbewakingstoepassingen, waarbij beelden van 2D-camera's, bijvoorbeeld geïnstalleerd in een oogstmachine, worden gebruikt om rijen wijnstokken, gewasverdeling, enz. te detecteren. 3- Onkruidbewakingstoepassingen, waarbij 2D-beelden een sproeisysteem leiden om plaatselijk zeer nauwkeurig onkruid te besproeien.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Huebel Nico

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bij het ontwerp en de engineering van elektrisch aangedreven machinemechanismen wordt steeds meer een beroep gedaan op optimalisatie. Dit maakt het mogelijk doelstellingen zoals de initiële kosten van de componenten of de elektrische energie die nodig is om deze machines aan te drijven, te minimaliseren zonder de prestaties in het gedrang te brengen. Heuristische optimalisatoren, populair in de mechatronica, resulteren vaak in lokale optima en laten dus een belangrijk onbenut optimalisatiepotentieel. Verschillende domeinen zoals traject, geometrie en controller moeten simultaan geoptimaliseerd worden in een co-design benadering om het globale minimum te vinden. Daarom is een expliciet model vereist van de invloed van de ontwerpvariabelen op de doelstelling. De gegevensverzameling die nodig is voor een dergelijk hoog-dimensionaal model, waarbij tegelijkertijd alle ontwerpparameters in aanmerking worden genomen, leidt echter tot een explosie van het benodigde aantal simulaties. De co-design doelstelling is dus alleen haalbaar als het model kan worden opgebouwd uit een minimaal aantal simulaties. Door recente ontwikkelingen in multidimensionele data interpolatie technieken, kan nu voor het eerst een praktisch haalbare methode voor co-design in een hoog-dimensionale setting ingezet worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn
• Co-promotor: Cuyt Annie

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Capacitieve draadloze energieoverdracht maakt gebruik van het elektrische veld om energie van een zender naar een ontvanger over te dragen zonder dat fysieke verbindingen nodig zijn. Afhankelijk van de afstand tussen zender en ontvanger en hun relatieve uitlijning, variëren de systeemprestaties. Een systeem dat zichzelf automatisch in het optimale werkpunt positioneert, ongeacht de waarde van de onvoorspelbare koppeling tussen zender en ontvanger, is daarom noodzakelijk. Dit is met name een uitdaging voor een opstelling met meerdere zenders en meerdere ontvangers (een zgn. MIMO-configuratie). Het doel van dit project is om de noodzakelijke fundamentele relaties te bepalen die toelaten algoritmen op te stellen en te implementeren om het MIMO systeem in optimale omstandigheden te laten functioneren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Minnaert Ben
• Co-promotor: Derammelaere Stijn
• Mandaathouder: van Ieperen Aris

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

ISOL@MYRRHA is de Isotope Separation On Line-faciliteit die zal worden gebouwd in de eerste fase van het MYRRHA-project. Zij zal in staat zijn een grote verscheidenheid van radioactieve isotopen te produceren voor toepassingen op het gebied van kernfysica, fysica van gecondenseerde materie, biologie, nucleaire geneeskunde en andere. De kwaliteit (zuiverheid) en kwantiteit (intensiteit) van de geleverde RIB zijn sterk afhankelijk van de juiste afstemming van de onderliggende processtappen en hun onderlinge interactie. Uit de feedback van lopende ISOL-installaties (ISOLDE/TRIUMF) is bekend dat de werking van een ISOL-systeem een constante interventie van een ervaren operator/gebruiker vereist. Het is zijn taak de operationele parameters van het systeem regelmatig aan te passen om effecten zoals veroudering van de target en de ionenbron, vervuiling van de extractie-elektrode, uitlijningsproblemen ten gevolge van temperatuureffecten, enz ... te compenseren. ISOL@MYRRHA streeft ernaar lange ononderbroken straaltijden te bieden zonder de kwaliteit en kwantiteit van de stralen voor de gebruikers in het gedrang te brengen. Een online optimalisatie (retuning target, ionenbron en RIB transportparameters, ...) zou de continue levering van de RIB aan de gebruikers verzekeren aan optimale parameters en zonder onderbrekingen. In dit project zal een controlestrategie worden ontwikkeld om de initiële optimale selectie van de controleparameters mogelijk te maken, alsook een online afstelling om het systeem continu in het optimale operationele regime te houden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het Flexmosys project richt zich op de co-design tussen meerdere domeinen (zoals structureel componentontwerp, controleontwerp, softwareontwerp, embedded ontwerp, ...) voor de ontwikkeling van mechatronische producten. Om betere mechatronische producten (machines, voertuigen, ...) te ontwikkelen in een kortere ontwikkelingstijd (door minder iteraties), heeft dit project een domeinoverschrijdend systeemmodel voor ogen dat een efficiëntere samenwerkingsomgeving tussen de verschillende ontwikkelingsteams mogelijk maakt. Het project zal daarom ontwerpgerichte methodes en tools ontwikkelen die de multidomein ontwikkeling voor deze mechatronische systemen ondersteunen. Uitgaande van modelgebaseerde ontwerptechnieken die beschikbaar zijn in het projectteam (zoals ontologisch redeneren, co-simulatie, parameteridentificatie, gevoeligheidsanalyse en verkenning van de ontwerpruimte), zullen we methoden en tools ontwikkelen die de gevoeligheden van ontwerpkeuzes in de verschillende domeinen zullen detecteren, een consistent ontwerp in de betrokken ontwikkelteams zullen verzekeren, en computationeel efficiënte productoptimalisatie over de verschillende engineeringdomeinen mogelijk zullen maken. De ontwikkelde methoden en instrumenten zullen worden gevalideerd aan de hand van twee demonstratiemodellen die relevant zijn voor de industrie: een elektrische aandrijflijn voor auto's en een drone met hoge prestaties. Acht bedrijven hebben zich geëngageerd om deel te nemen aan de Flexmosys-gebruikersgroep. De projectresultaten zullen hen uiteindelijk dit voordeel opleveren: minder integratiefouten, een beter algemeen ontwerp, visuele informatie over de gevoeligheid van het systeem voor ontwerpkeuzes, en betrouwbaardere systeemmodellen en componentmodellen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Autonome systemen hebben de afgelopen jaren veel aandacht gekregen van de academische wereld en de industrie. De vele toepassingen in industriële domeinen gaande van productie, mijnbouw en bewaking, maken de studie naar autonome systemen interessant met veel valorisatiepotentieel. De kosten van deze autonome systemen zijn momenteel extreem hoog omdat dure computingplatformen en sensorsuites worden gebruikt voor het noodzakelijke niveau van veiligheid en autonomie te bereiken. Met behulp van de metingen van verschillende sensoren wordt een omgevingsrepresentatie gecreëerd om navigatiebeslissingen te nemen. Hoewel de representatie de complexiteit bepaalt van het gedrag dat kan worden bereikt, is het detail dat in deze representatie wordt opgeslagen afhankelijk van de beschikbare resources en sensorgegevens. Het doel van dit project is om een autonome agent in staat te stellen de optimale heterogene set sensoren te selecteren om een representatie te creëren van de juiste complexiteit voor de huidige situatie. Resource awareness speelt een belangrijke rol in ons onderzoek om de computationele belasting van autonome voertuigen te verminderen, wat betekent dat er minder dure computerplatforms kunnen worden gebruikt. Bovendien zal een grotere betrouwbaarheid en nauwkeurigheid in perceptie de autonomie van deze systemen sterk verbeteren. Goedkopere autonome systemen die efficiënt zijn in het gebruik van resources zal het gebruik van autonome systemen doen stijgen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Mercelis Siegfried
• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Hellinckx Peter
• Co-promotor: Steckel Jan
• Mandaathouder: Balemans Niels

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)
• Internet Data Lab (IDLab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

PIONEERS brengt vier havens samen met verschillende kenmerken, maar gedeelde toewijding aan het behalen van de doelstellingen van de Green Deal en de socio-economische doelstellingen van Blue Growth, met als doel het aanpakken van de uitdaging voor Europese havens om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en tegelijkertijd concurrerend te blijven. Om deze ambities te verwezenlijken, zullen de havens van Antwerpen, Barcelona, Venlo en Constanta groene haveninnovatiedemonstraties implementeren over vier belangrijke pijlers: schone energieproductie en -levering, duurzaam havenontwerp, modal shift en optimalisatie van stromen, en digitale transformatie. Acties omvatten: het opwekken van hernieuwbare energie en de inzet van elektrische, waterstof- en methanolvoertuigen; het retrofit van gebouwen en verwarmingsnetwerken voor energie-efficiëntie en de implementatie van circulaire economiebenaderingen in infrastructuurwerken; samen met de implementatie van digitale platforms (met behulp van AI- en 5G-technologieën) om de modal shift van passagiers en vracht te bevorderen, ervoor te zorgen dat voertuig-, vaartuig- en containerbewegingen en toewijzingen worden geoptimaliseerd, en het automatiseren van voertuigen te vergemakkelijken. Deze demonstraties vormen geïntegreerde pakketten die aansluiten bij andere gerelateerde activiteiten van de havens en hun aangrenzende stadsgemeenschappen. Door een Open Innovatie Netwerk te vormen voor uitwisseling, zullen de havens, technologie- en ondersteunende partners vooruitgaan door projectfasen van innovatiedemonstratie, opschaling en co-overdraagbaarheid. Rigoureuze innovatie- en overdrachtsprocessen zullen technologie-evaluatie en businesscase-ontwikkeling voor exploitatie aanpakken, evenals het creëren van institutionele, regelgevende en financiële kaders voor groene havens om van technische innovatiepilots naar grootschalige oplossingen te floreren. Deze processen zullen informatie verschaffen en parallel worden uitgevoerd met de ontwikkeling en verfijning van masterplannen, waarbij een Masterplan en routekaart voor energietransitie bij de PIONEERS-havens worden geboden, en een handleiding om groene havenplanning en implementatie te begeleiden voor verschillende typen havens in heel Europa.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gedristribueerde ingebedde systemen spelen een grote rol in het dagelijkse leven. Deze systemen hebben zo goed als altijd een of meerdere sensoren die bepaalde fysische grootheden uit de omgeving opmeten. Dit kan gaan van de temperatuur van de omgeving tot de positie van verschillende personen in een gebouw. Door de steeds toenemende complexiteit van deze systemen wordt het moeilijk deze systemen handmatig te gaan optimaliseren, en is een (partiële) automatische optimalisatie van het systeem gewenst. Model-gebaseerde ontwerpmethodes laten toe deze optimalisatie uit te voeren door gebruik te maken van simulatiemodellen van de hardware, de software en de omgeving waarin het systeem moet opereren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Mandaathouder: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De mechatronische machinebouw en productie-industrie wordt momenteel geconfronteerd met verschillende regeltechniekuitdagingen die eenvoudige PID-regelaars en dergelijke niet aankunnen: systemen worden steeds complexer, moeten voldoen aan beperkingen, moeten rekening houden met economische doelstellingen en moeten effectief omgaan met waardevolle informatie. Model Predictive Control (MPC) is de enige geavanceerde besturingsaanpak die al deze uitdagingen kan aanpakken, en dit dankzij het modelmatige en op optimalisatie gebaseerde karakter. Toch belemmert de op optimalisatie gebaseerde aard van MPC momenteel een brede toepassing in industriële mechatronische systemen: de huidige MPC-implementaties zijn duur in termen van reken- en geheugenbronnen, de rekentijd is niet-deterministisch en daarom kunnen MPC-algoritmen niet worden gecertificeerd om met een bepaalde bemonsteringssnelheid te werken, de ontwikkeling en toepassing van MPC is niet eenvoudig en brengt hoge techniekkosten met zich mee omdat de juiste hulpmiddelen ontbreken. Het project "Deterministische en goedkope Realisaties van Geavanceerde Controle" (DIRAC) streeft naar een doorbraak van MPC in de mechatronische/machinebouw/fabricage industrie door het oplossen van alle belemmerende elementen door middel van prestaties die draaien om de drie trefwoorden in de titel:  - Deterministisch: Er zullen nieuwe MPC-algoritmen en -benaderingen worden ontwikkeld die betrouwbaar kunnen werken bij een bepaalde bemonsteringssnelheid, evenals methoden om hun slechtst denkbare rekentijden en controleprestaties te verifiëren.  - Goedkoop: Er zullen implementaties worden gecreëerd die "full-blown" (=onlineaire niet-lineaire optimalisatie met high fidelity modellen) MPC benaderen en dus kunnen draaien op goedkope computer hardware met een kwantificeerbare impact op de controleprestaties die vooraf wordt berekend.  Er zal een modulaire MPC toolbox worden ontwikkeld die de ontwikkeling, tuning en validatie van geavanceerde controle mogelijk maakt tegen beheersbare technische kosten. - Realisaties: We zullen de MPC toolbox en het potentieel van MPC demonstreren op industrieel relevante demonstratoren en validatiegevallen om de status-quo in de controlepraktijk te doorbreken, de acceptatie te bevorderen en de Vlaamse industrie te inspireren.  Het overkoepelende tastbare, herbruikbare generieke resultaat van dit project is een toolbox die het ontwerp van niet-lineaire MPC-controllers vereenvoudigt en methodologische vooruitgang in solvers, benaderingen en validatietechnieken aan de vingertoppen van controlebeoefenaars brengt.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim
• Co-promotor: Perez Guillermo Alberto

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Cyber-Physical Systems consist of tightly integrated and coordinated computational and physical elements. They focus on interaction with highly uncertain environment with the limited resources. By introducing IoT and Industry 4.0, the CPSs are connected to each other to meet the emerging more complex requirements. These interconnected CPSs constitute complex systems called Cyber-physical System of Systems (CPSoS) in which there may be emergent behaviour, lack of central control, dynamic structure, and need for autonomy. Therefore, CPSoS cannot be designed and managed using theories and tools from only one single domain. A key point in a CPSoS is to obtain knowledge out of the information, collected by monitoring the environment. This knowledge can improve the control and feedback mechanism. This capability leads to the next generation of CPSoS with timely and more accurate decisions and actions called Smart CPSoS (sCPSoS). These smart systems can analyze a situation and make decisions based on the available data in an adaptive manner, to perform smart actions. However, such intelligent techniques put yet additional complexity to the systems, specifically to the computational part. Thus, these systems of the future have a high complexity (both from structural and behavioural points of view) throughout their lifecycle, including modeling & simulation, design & implementation, validation & verification, deployment, execution & monitoring, and maintenance & evolution. There is a need for new methodologies, architectures, process models, and frameworks to tackle this complexity. To overcome the challenges in the development and operation of sCPSoS, modeling techniques can be used for different aspect and various levels of abstraction in the system. To this end, appropriate modeling paradigms should be chosen for each aspect/level. These models and modeling paradigms will be integrated, hence called multi-paradigm modeling (MPM), to represent the whole system. Specifically, the idea is to integrate agent paradigm with the model-based system engineering (MBSE) for both modelling & simulation phase as well as execution and monitoring phase in the lifecycle of sCPSoS. Agent based system engineering (ABSE) uses software intelligent agents to successfully cross-fertilize the fields of systems engineering and artificial intelligence. In this way, the autonomy, dynamic behaviour and smart-ness of sCPSoS can be handled by intelligent agents, integrated with MBSE models.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Challenger Moharram
• Mandaathouder: Challenger Moharram

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het ontwerpen van een elektrisch aangedreven positionering betreft veel dimensionering en selectie. Het kiezen van de juiste componenten en het ontwerpen van bewegingsprofielen, machinegeometrieën en controllers ... dit alles heeft een grote impact op de initiële kosten van de componenten, de benodigde elektrische energie om de toepassing te drijven en de prestaties van de machine. Met andere woorden, elke selectie en ontwerpkeuze kan worden beschouwd als een ontwerpparameter in een optimalisatie die de prestaties maximaliseert, zoals de doorvoer van de machine en tegelijkertijd de minimalisatie van kosten en benodigde elektrische energie mogelijk maakt. In 2017 begon onze onderzoeksgroep met het ontwikkelen van algoritmes om het ontwerp van elektrisch aangedreven machines te optimaliseren. In gevallen waar we onze algoritmes toepasten, is het niet ongebruikelijk om een reductie in benodigde elektrische energie van 67% te zien, terwijl tegelijkertijd de kosten van de componenten met 30% konden worden verminderd. In andere gevallen konden we de nauwkeurigheid met 93% verbeteren of de snelheid van de machines met 43% verbeteren. Alle gevallen die door onze onderzoeksgroep zijn behandeld, tonen duidelijk de potentiële voordelen aan voor industriële machinebouwers op het gebied van kostenminimalisatie en prestatie maximalisatie. Echter, de algoritmes die we hebben ontwikkeld kunnen alleen waarde creëren als we het bereik van mogelijke industriële klanten die geïnteresseerd zijn in het toepassen van onze technieken, uitbreiden buiten onze lokale contacten met wie we regelmatig samenwerken. Elke machinebouwer in Europa en wereldwijd kan profiteren van het toepassen van onze algoritmes! Om deze Europese en wereldwijde toepassing mogelijk te maken, wordt een online tool voorzien die gemakkelijk gebruikt kan worden door kleine tot internationale machinebouwers. Een dergelijke tool zou onze algoritmes op de achtergrond moeten draaien met een grafische gebruikersinterface die alleen machineparameters vereist die bekend zijn of identificeerbaar door de beoogde machinedesigners. Dit project bevat twee belangrijke onderdelen. Ten eerste moet de betreffende webtool worden ontwikkeld. Ten tweede zal binnen dit project de beste weg naar volledige zelfvoorzienende tool gestart worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voor het opsporen van hun prooi produceren echolocerende vleermuizen ultrasone geluiden en luisteren ze naar de echo's afkomstig van die insecten. Van sommige vleermuizen is aangetoond dat ze in staat zijn zelf prooien die rusten op de vegetatie te vangen. Deze vleermuizen jagen in een akoestisch zeer uitdagende en complexe omgeving, zoals de bodem van het bos. Omdat actief vliegen energetisch zeer kostbaar is en de grote meerderheid van de bladeren in het kreupelhout geen rustende prooi bevat, moeten de vleermuizen gedrags- en akoestische strategieën hebben ontwikkeld om efficiënt een groot aantal vegetatieoppervlakken te controleren op de aanwezigheid van prooi. Hier wil ik onderzoeken welke onderliggende foerageerstrategie echolocerende vleermuizen gebruiken om efficiënt te zoeken naar prooien rustend op vegetatie in de bosbodem. State-of-the-art stereo high-speed video-opnames gesynchroniseerd met multi-microfoon array opnames zullen gebruikt worden om vleermuizen te observeren in een gedragsexperiment waarbij ze op zoek gaan naar prooien die willekeurig op bladeren van een kunstmatige vegetatie zijn geplaatst. Om de 3D vliegpatronen en het bijbehorende echolocatiegedrag van vleermuizen te analyseren zal ik neurale netwerken trainen die toelaten het foerageergedrag van de vleermuizen automatisch te volgen. De combinatie van gedetailleerde, driedimensionale gedrags- en akoestische analyse zal leiden tot een beter begrip van de onderliggende mechanismen ter ondersteuning van efficiënte prooidetectie en foerageergedrag bij vleermuizen in structureel en akoestisch complexe omgevingen. Het project biedt ook de mogelijkheid om biomimetische methoden en toepassingen voor efficiënte akoestische objectdetectie te informeren en te inspireren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Geipel Inga

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de wapenwedloop tussen prooien en roofdieren zijn diverse verdedigingsmechanismen tegen roofdieren geëvolueerd. Om predatie te vermijden ontwikkelden veel insecten camouflage (crypsis) of chemicaliën die hen onsmakelijk of giftig maken. Om te waarschuwen voor hun onsmakelijkheid ontwikkelden veel insecten opvallende waarschuwingskleuren of -patronen (aposematisme). Insecten vormen het grootste deel van het dieet van vleermuizen. Sommige van deze nachtelijke roofdieren halen rustende, stille, bewegingsloze daginsecten uit de vegetatie. In plaats van zicht te gebruiken tijdens het foerageren, produceren ze ultrasone oproepen en detecteren ze hun prooi via echolocatie. Hier wil ik onderzoeken of visueel cryptische of aposematische insecten ook cryptische of aposematische akoestische reflectie-eigenschappen hebben, om zich te verbergen voor of hun onsmakelijkheid te signaleren aan echolocerende vleermuizen. Ik zal bio-geïnspireerde sensorsystemen gebruiken om echo-akoestische sonaropnames te maken van geselecteerde insectensoorten en gedragsexperimenten uitvoeren met levende vleermuizen om de heersende akoestische predator-prooi interacties te onderzoeken. Op basis van deze experimenten zal ik neurale netwerkalgoritmen toepassen om de onderscheidende kenmerken in verschillende insectenecho's te classificeren en te analyseren. Deze aanpak zal een diepgaand onderzoek mogelijk maken naar de onderliggende akoestische mechanismen van de interactie tussen prooi en roofdier en zal informatie en inspiratie opleveren voor biomimetische toepassingen voor het detecteren en identificeren van objecten met behulp van sonar. Verder zal het project leiden tot synergie tussen de onderzoeksgebieden biologie en techniek bij de studie van dierinteracties en bio-geïnspireerde robotica.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Peremans Herbert
• Mandaathouder: Geipel Inga

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Met dit project zetten we de eerste stappen naar een nieuwe handsfree communicatieset voor op de fiets. De belangrijkste voordelen van onze oplossing ten opzichte van de huidige oplossingen zijn gesprekskwaliteit en gebruiksgemak. Gesprekskwaliteit is ons belangrijkste verkoopargument: windruis, verkeerslawaai en contactgeluid belemmeren comfortabel bellen bij snelheden van meer dan 10 tot 15 km/u met de huidige oplossingen; we willen deze tekortkomingen aanpakken met behulp van technologische bouwstenen die binnen Cosys-lab in andere toepassingsdomeinen al enkele ontwikkelingsstappen hebben kunnen doorlopen. We hebben een drievoudig doel: a) de haalbaarheid van de technologie aantonen, b) beginnen met een marktstudie en c) de eerste activiteiten uitvoeren om een intensieve gebruikerinteractie in latere projecten mogelijk te maken. Ook gaan we aan de slag met de voorbereiding van het ontwerp van een minimum viable product (MVP) prototype. Deze activiteiten zijn een essentiële eerste stap om te bepalen of het de moeite waard is om de valorisatie van deze oplossing in een spin-off na te streven. Als blijkt dat de technologie werkt en het valorisatiepotentieel aan onze verwachtingen voldoet, zullen we in latere projecten verdere stappen ondernemen om een diep marktinzicht, een overtuigend MVP-prototype en een solide waardeketen te ontwikkelen. Deze elementen zijn nodig om ons einddoel te bereiken: het starten van een spin-off, louter met met fondsen verzameld in een crowdfundingcampagne.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Laurijssen Dennis
• Co-promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Verlinden Jouke Casper

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit onderzoeksproject ontwikkelt een module om energie van zonnecellen in gebouwen draadloos te transporteren. Een cruciaal probleem bij de integratie van zonnecellen in gebouwonderdelen (vb. als gevel, of ingebed in een raam) is dat er met de huidige technologie nog elektrische kabels van de buitenkant naar de binnenkant van het gebouw getrokken moeten worden, wat negatieve gevolgen heeft voor de isolatie en waterdichtheid van het gebouw. Via prototypes testen we de efficiëntie en betrouwbaarheid van draadloze energieoverdracht toegepast op de context van een gebouw.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Minnaert Ben

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het OptiFlex -project, uitgevoerd door Universiteit Gent, Universiteit Antwerpen en KU Leuven, heeft snel inzetbare methodes en tools ontwikkeld om de flexibiliteit in aandrijflijnen te kwantificeren en te simuleren. Daardoor kunnen flexibiliteiten gecompneseerd worden door het optimaliseren van bewegingsprofielen en controller instellingen. Dit heeft geresulteerd in opmerkelijke successen, zoals een snelheidsverbetering van 52% in de cyclische beweging van een weefgetouw-machine en het bepalen van de impact van flexibiliteit op de snijnauwkeurigheid van een plasmasnijtafel. Deze resultaten onderstrepen de waarde van het verkrijgen van kennis over uw aandrijfsysteem en het gebruik van geoptimaliseerde motion controllers en bewegingsprofielen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzoeken we hoe absolute en relatieve localizatietechnieken kunnen worden ingezet om een robust en accuraat localisatiesysteem te bouwen in industriële omgevingen. Naast experimentele algoritmes zullen simulatiemodellen gebruikt worden om performantie-predicitie te implementeren op basis van deep-learning modellen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

CoSys Lab heeft intussen al meer dan 10 jaar expertise opgebouwd bij het ontwikkelen van state-of-the-art sonar sensoren, sensor arrays, akoestische monitoringssystemen en biologisch geïnspireerde sensoren. De bevindingen die met behulp van deze sensoren of technieken hier uit zijn voortgevloeid zijn dan ook gepubliceerd in hoge impacts tijdsschriften of hebben geleid tot succesvolle industriële samenwerkingen. Hoewel tot hiertoe alle akoestische sensor systemen ontwikkeld zijn voor het opmeten van geluid dat zich voortplant in lucht, menen we dat deze systemen ook kunnen worden aangepast voor geluid onder water. Hiermee verbreden we dan ook het toepassingsveld binnen zowel onze onderzoeks- als industriële collaboraties. Daarom wensen we meettoestellen te ontwikkelen met het oog op onderwater akoestiek/sonar waarvoor extra infrastructuur vereist is (b.v. hydrofoons, onderwater luidsprekers en data acquisitie kaarten) om referentie metingen mee te kunnen uitvoeren om zo het door ons ontwikkelde systeem mee te kunnen benchmarken. We willen ons voornamelijk toespitsen op hydrofoon arrays voor bio-akoestisch onderzoek gezien we hier op dit moment het meeste potentieel zien. In de toekomst kan deze vergaarde kennis ons helpen bij het ontwikkelen van industriële applicaties voor onderwater sonar sensoren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Laurijssen Dennis

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In ziekenhuizen met een aanzienlijke werklast kan het uitvoeren van auscultaties (het beluisteren van longgeluiden) een tijdrovend proces zijn, dat het medisch personeel ook blootstelt aan mogelijk besmettelijke ziekten. De huidige systemen die auscultaties op afstand mogelijk maken, zijn vaak niet geschikt voor gebruik bij grote hoeveelheden patiënten, langdurig gebruik of zijn beperkt in functionaliteit. Het grote nadeel van de huidige systemen voor auscultatie op afstand is de relatief grote akoestische koppelaar die deel uitmaakt van de stethoscoop. De akoestische koppelaar zorgt ervoor dat de stethoscoop enkele cm dik is, waardoor de toepasbaarheid voor langdurige monitoring vermindert, vanwege het ongemak voor de patiënt en het inherente risico op doorligwonden. In dit project zullen we onderzoeken of dunnere stethoscopen kunnen worden ontwikkeld.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Jorens Philippe
• Co-promotor: Verhulst Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Cyber-Fysieke Systemen (Cyber-Physical Systems of CPS) moeten steeds langer operationeel zijn. Bijgevolg is het mogelijk dat de initiële vereisten van het system veranderen, waardoor het systeem continu moet worden bijgewerkt. De updates moeten doorheen de levensloop van het systeem continu worden uitgerold (ook wel het principe Continuous Deployment). De DevOps methodologie voorziet een gestructureerde, kwaliteit garanderende manier om dit te doen, want het integreert het ontwikkelen (Development) en het gebruiken (Operations) van het systeem in een continue cyclus. DevOps wordt veelal toegepast in softwareontwikkeling, maar nog niet in het ontwerp van CPS, dat op een modelgebaseerde manier verloopt (Model Based-Systems Engineering of MBSE). Dit komt omdat er nog verscheidene moeilijkheden zijn alvorens DevOps in MBSE kan worden toegepast. Mijn focus is om de fundamenten voor continuous deployment in veiligheids-kritische CPS te creëren, gebruik makend van digital twins van het CPS.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim
• Mandaathouder: Mertens Joost

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voor technisch ontwerp zullen simulaties een zicht geven op de impact van ontwerpwijzigingen aangebracht door ingenieurs. Daarna verbetert de ingenieur het ontwerp op basis van de simulatie-uitgang. Meer en meer wordt de ingenieur in deze vervangen door een optimalisatiealgoritme dat de ontwerpparameters aanpast om optimale prestaties te garanderen. De literatuur vermeldt gevallen waarbij het toepassen van deze optimalisatietechnieken leidt tot prestatieverbeteringen van 33%. De huidige stand van de techniek is echter vaak gebaseerd op heuristische optimalisatietechnieken. Hoewel ze gemakkelijk toepasbaar en geschikt zijn voor vele toepassingen, kunnen ze helemaal niet garanderen dat ze het globale optimum vinden. In tegenstelling tot lokale optima is het globale optimum het unieke ontwerp dat de beste prestaties garandeert. Het gebruik van optimalisatie algoritmes die het globale optimum niet kunnen garanderen, resulteert vaak in een onbenut potentieel tot 18%. Toch hebben heuristische optimalisatie routines nog steeds de voorkeur in de techniek, omdat ze geen exact wiskundig model van de objectief functie vereisen. Wij stellen voor om het wiskundige model te identificeren op basis van simulaties, standard gebruikt binnen een ingenieursaanpak. Deze simulaties kunnen het objectief exact bepalen op basis van specifieke instellingen voor de ontwerpparameters. Als het aantal ontwerpparameters echter toeneemt, wordt het leveren van een nauwkeurig raster van objectieve functievoorbeelden onhaalbaar aangezien het noodzakelijke aantal simulaties explosief toeneemt. Recente resultaten, bekomen door de co-promotor, in multidimensionale ijle interpolatie zijn een game-changer omdat het aantal benodigde samples tot een absoluut minimum wordt gereduceerd. Dit laat namelijk toe om het onderliggende wiskundige model van de objectief functie te identificeren. Zo wordt exacte globale optimalisatie mogelijk. Het voorgestelde onderzoek zal resulteren in een generieke workflow die vertrekt van veelgebruikte simulaties die leiden tot een model via multidimensionale ijle interpolatie. Het feit dat een dergelijk model een globale optimalisatie van technische problemen met meerdere ontwerpparameters mogelijk maakt, zal een echte fundamentele nieuwigheid zijn voor de mechatronische stand der techniek.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn
• Mandaathouder: Ben Yahya Abdelmajid

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

AnSyMo (Antwerp Systems and Software Modeling) is een onderzoeksgroep die onderzoek doet naar grondslagen, technieken, methoden en tools voor het ontwerp, de analyse en het onderhoud van software-intensieve systemen. MICSS (Modeling Intelligente Complex Software and Systems) Lab is gewijd aan het modelleren van intelligente systemen, zoals slimme cyberfysieke systemen van systemen met behulp van intelligente agents en modelgebaseerde ontwikkelingstechnieken. Cyber-Physical Systems (CPS) bestaan uit nauw geïntegreerde en gecoördineerde computationele en fysieke elementen. Ze zijn de evolutie van embedded systemen naar een hoger niveau van complexiteit door te focussen op interactie met de hoogst onzekere fysieke realiteit (zoals tijdens menselijke interactie of bij slijtage van apparaten). In deze systemen bewaken embedded computers en netwerken (via sensoren) en besturen (via actuatoren) de fysieke processen, meestal met feedbackloops waar fysieke processen en berekeningen elkaar beïnvloeden. Het computationele deel van deze systemen speelt een sleutelrol en moet de onzekere situaties aankunnen met beperkte middelen (bijv. rekenkracht, geheugen, communicatie, enzovoort), meestal in realtime. Binnen IoT en Industrie 4.0 raken deze systemen met elkaar verbonden en vormen ze complexe, grotere systemen, de cyberfysieke systemen van systemen (CPSoS). In deze systemen werken CPS'en als onderdeel van een groot systeem dat ruimtelijk verdeeld is, geen centrale controle heeft, autonome subsystemen heeft, dynamisch geconfigureerd is, opkomend gedrag vertoont en voortdurend evolueert, zelfs tijdens de reguliere werking. Een belangrijk punt in CPSoS is het verkrijgen van kennis uit de informatie die door de subsystemen apart wordt verzameld door de omgeving te monitoren, met behulp van artificiële-intelligentietechnieken. Deze kennis kan het controle- en feedbackmechanisme verbeteren. Bovendien ontstaan hierdoor de slimme systemen van de toekomst die tijdige en nauwkeurigere beslissingen en acties kunnen nemen, genaamd Smart CPSoS (sCPSoS). Deze kunnen helpen bij het aanpakken van een aantal sociale, industriële en milieukwesties. Dit project wil de uitdagingen van sCPSoS aanpakken met behulp van intelligente agents en modelgebaseerde ontwikkelingstechnieken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Challenger Moharram
• Mandaathouder: Karaduman Burak

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Cyber-fysieke systemen (CPS) zijn systemen die een nauwe integratie hebben tussen het cyber gedeelte (berekening en netwerken) en de fysieke componenten van het systeem. Voorbeelden hiervan zijn onder meer industrie 4.0, automotive en lucht- en ruimtevaart. Om beslissingen te kunnen nemen in een CPS (strategische controle, tactische controle en, basis controle), worden beslissingsmodellen gebruikt. Deze modellen maken gebruik van input van sensoren, maar ook van andere ondersteunende processen, zoals voorspellingsmodellen over de toestand van de context, om tot een controlebeslissing te komen. De beslissingsprocessen worden geïmplementeerd in software die op embedded hardware draait en dat meestal real-time beperkt is. Dit wil zeggen dat het tijdstip waarop de beslissing wordt genomen, even belangrijk is als het besluit zelf. In de literatuur zijn verschillende technieken beschikbaar om de rekenkost van het uitvoeren van modellen te verminderen door gebruik te maken van abstractie en benadering (bv. surrogaatmodellering). Deze lagere kosten zouden het proces om tot een beslissing te komen (planning) vergemakkelijken en zouden minder rekenkundige middelen vereisen. We moeten er echter nog steeds zeker van zijn dat het beslissingsproces robuust is tegen benaderingen en onzekerheden in deze modellen. Bovendien is een benaderd en/of geabstraheerd model hoogstwaarschijnlijk niet geldig in alle verschillende contexten waarin het systeem zich zal bevinden. Om dit mogelijk te maken zou het systeem in staat moeten zijn om tijdens de looptijd te schakelen tussen verschillende abstracties en benaderingen. Daarom zal dit project de basis leggen voor dynamische aanpassingen van de beslissings- en voorspellingsmodellen met verschillende abstracties en benaderingen afhankelijk van de context van het systeem. Het project zal resulteren in een framework met ondersteunende modelleringstalen, methoden en proof-of-concept tools om te redeneren over de afweging tussen onzekerheid (van de benadering) en het real-time gedrag van het systeem.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim
• Mandaathouder: Biglari Raheleh

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzoeken we akoestische aposematische signalen in insecten. Hiervoor combineren we akoestische metingen met een computationeel model van jachtgedrag in vleermuizen. Daarmee trachten we inzichten te verkrijgen van het effect van de aposematische signalering op het perceptiesysteem van de vleermuizen

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Mandaathouder: Geipel Inga

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzoeken we navigatie en sensing strategieën voor AGVs die zowel binnen als buiten moeten navigeren. We onderzoeken welke sensor subsystemen de nodige informatie over de omgeving kunnen opleveren, en hoe deze sensorinformatie kan worden geïntegreerd in een totaalsysteem.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project ontwikkelen we samen met onze industriële partner, IPEE nv, een slimme spoeloplossing voor urinoirs. We gebruiken geavanceerde technieken om de sensordata efficient te verwerken. Deze wordt ook omgezet in een praktische toepassing

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Bij het ontwerpen van complexe systemen worden componenten van het systeem vaak ontworpen door verschillende ingenieurs met elk hun eigen expertise in een bepaald domein, bijvoorbeeld software, controle en mechanica. Op het einde van het ontwerpproces dienen de individueel ontworpen componenten geïntegreerd te worden tot een geheel. Deze integratiestap leidt echter vaak tot onverwachte problemen waardoor het systeem niet functioneert zoals vooropgesteld. Het doel van dit project is de ontwikkeling van EPSim, een tool die een belangrijk integratieprobleem tussen het domein van ingebedde systemen en van controle aanpakt. EPSim zal zich in het bijzonder focussen op het probleem dat ingebedde platformen tijdsvertragingen introduceren in de signaalpaden die gebruikt worden in het controle domein. Hiertoe zal EPSim de virtuele integratie van ingebedde componenten in regelkringen al in vroeg stadium van het ontwerpproces mogelijk maken. Dit zal leiden tot het optimaliseren van de huidige ontwerpprocessen door het minimaliseren, of zelfs vermijden, van dure iteraties. De basis van dit idee werd reeds ontwikkeld in onze onderzoeksgroep; de gerelateerde methode en tool situeren zich nu op TRL 3. De huidige status heeft in het kader van een ICON-project reeds de aandacht kunnen trekken van sommige bedrijven die actief zijn in het domein van de mechatronica, wat een aantrekkelijk startpunt is voor verdere valorisatie. Met behulp van dit project streven we er naar om de methode en tool door te ontwikkelen naar TRL 5.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzoeken we de toepasbaarheid van de eRTIS 3D sonar sensor in de autonome binnenvaart. We evalueren, samen met een aanbieder van autonome binnenvaart oplossing in de haven van Antwerpen de toepasbaarheid en meet-capaciteit van onze sensor setup. Daarnaast zal de waterdichtheid van de sensor onde de loep genomen worden, aangezien dit een belangrijke functionele meerwaarde van onze technologie omvat.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Jansen Wouter
• Co-promotor: Kerstens Robin
• Co-promotor: Laurijssen Dennis
• Co-promotor: Verellen Thomas

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project ontwikkelen we een ensonificatie opstelling met 32 microfoons en een high-speed video camera. De echos van vliegende insecten kunnen spatiaal worden gelokaliseerd en samen met de high-speed video worden weergegeven.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De complexiteit en de intelligentie van cyber-fysische systemen (CPS) nemen voortdurend toe. Ontwikkelaars en fabrikanten van grote systemen zoals industriële drukmachines, veelzijdige landbouwmachines, hoogperformante weefgetouwen, autonoom rijdende auto's, tot zeer veilige commerciële vliegtuigen, worden geconfronteerd met gemeenschappelijke technische uitdagingen die de gehele levenscyclus van het product bestrijken, van het vastleggen van systeemvereisten over ontwerp en validatie tot productfamiliebeheer. In het huidige project zullen we bijdragen aan twee hoofdaspecten van de levenscyclus van mechatronische producten: het beheren van de complexiteit van evolueerbare CPS en validatie op systeemniveau. We zullen daarom state-of-the-art modelgebaseerde ontwerptechnieken en mutatietesttechnieken gebruiken. De doelstellingen van het huidige project kunnen als volgt worden samengevat: - Partner worden in ten minste één Europees voorstel met betrekking tot bovengenoemde onderwerpen. Hiertoe zullen we ons richten op specifieke netwerkactiviteiten met de industrie en de academische wereld in de Europese netwerken in nauwe samenwerking met de Nexor IOF-valorisatiemanager. We zullen ons richten op projecten in de digitale en industriële cluster in pijler 2 (wereldwijde uitdagingen en industrieel concurrentievermogen), voornamelijk op de gebieden digitale sleuteltechnologieën, kunstmatige intelligentie en robotica, productietechnologieën en ruimtevaart, evenals in de Pathfinder-subsidies van de Europese Innovatieraad in pijler 3 (open innovatie). - Verfijning van de roadmap van AnSyMo en CoSys-Lab ten gevolge van de use cases die zijn gedefinieerd door de partners binnen de Europese consortia waarmee we onderhandelen. Daartoe moeten besprekingen met mogelijke partners (zie punt hierboven) leiden tot betere inzichten in de industriële behoeften voor de toekomstige CPS en tot betere inzichten in de doelstellingen van de Europese projecttypes. - Ten minste één demonstrator die de capaciteiten van de onderzoeksgroepen van Ansymo en CoSys-Lab toont over de gerelateerde onderwerpen, d.w.z. over consistentiebeheer, orkestratie, mutatietesten, foutinjectie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Er is een sterke wens om de efficiëntie of snelheid van industriële machines te maximaliseren. Ontwerpers van machines, die repetitieve bewegingen uitvoeren, definiëren vaak alleen het beginen eindpunt van een beweging en niet de exacte positiefunctie. Deze flexibiliteit opent de mogelijkheid om het traject van het mechanisme te optimaliseren. Bovendien vertrouwen machinebouwers voor het machineontwerp vaak op standaard componenten. Het effect van het geometrische ontwerp op het optimale traject en energiebehoefte van het systeem wordt vaak verwaarloosd. In de literatuur worden gevallen genoemd waarin ad-hoc optimalisaties het energieverbruik tot 39% verminderen dankzij traject- en geometrische optimalisatie. Dit project zal gebruik maken van beschikbare CAD modellen en ijle interpolatie om een gesloten wiskundige systeemeigenschapsbeschrijving te verkrijgen. Dit zal het mogelijk maken om een intervaloptimalisatietechniek te gebruiken die kan garanderen dat het echte globaal optimaal geometrische ontwerp en traject worden gevonden. De kennis van de systeemeigenschappen zal gebruikt worden om een robuuste controller te ontwerpen die ervoor zorgt dat de machine het gewenste traject volgt. Tenslotte zal elke mismatch tussen het virtuele en het echte model worden gedetecteerd met online tracking technieken om ervoor te zorgen dat de werking van de machine optimaal blijft. Dit project stelt machinebouwers in staat stelt om machines te bouwen met lagere totale gebruikskosten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn
• Co-promotor: Cuyt Annie
• Mandaathouder: Van Oosterwyck Nick

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In deze leerstoel zal worden onderzocht wat de inzetbaarheid is van microfoonarrays in industrieële toestandsbewaking van machines. Door de combinatie van slimme ingebedde systemen met geavanceerde signaalverwerkingsprincipes creëren we een experimentele setup waarmee geavanceerde conditiemonitoringapplicaties kunnen worden uitgetest.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project wil als overkoepelende doelstelling snel inzetbare tools en methoden ontwikkelen en aanleren aan de doelgroep om het mechanisch ontwerp van machines en hun aandrijving te optimaliseren. Het optimaliseren van de plaatsing van essentiële machineonderdelen en het optimaal selecteren van aandrijfcomponenten kan het nodige aandrijfkoppel voor een machine minimaliseren. Dit optimalisatiepotentieel kan ten volle benut worden als de motion controller die dit geheel aandrijft oordeelkundig ingesteld wordt. Alle Vlaamse bedrijven die betrokken zijn bij machinebouw opereren in een concurrentiële markt en ondervinden de druk hun machineontwerp te optimaliseren. Meer specifiek wordt dit project gericht op machinebouwers, engineering consultants en aanbieders van aandrijfcomponenten en CAD software. Resultaat: In dit project werden snel inzetbare tools en methoden ontwikkeld en aangeleerd aan de doelgroep om het mechanisch ontwerp van machines en hun aandrijving te optimaliseren. Zo leverde het optimaliseren van de plaatsing van essentiële machineonderdelen een koppelreductie van 44% op. In een andere case kon de aandrijfenergie met 63% gereduceerd worden door het optimaliseren van het bewegingsprofiel. Het optimaal selecteren van aandrijfcompenten resulteerde in een kostreductie van bijna 24%. Dit optimalisatiepotentieel kan ten volle benut worden als de motion controller die dit geheel aandrijft oordeelkundig ingesteld wordt, dit leverde een tijdswinst van 43% op. Dit project richtte zich in de eerst plaats op machinebouwers, engineering consultants en aanbieders van aandrijfcomponenten en CAD software.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In HySLAM zullen we semantische informatie toevoegen aan het SLAM probleem. Door gebruik te maken van semantiek kan de object-dynamica, en het effect daarvan op de perceptuele scene worden gekwanitficeerd. Dit zal resulteren in een meer robuust SLAM algorithme. We demonstreren deze effecten op een 2D en 3D test-case

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voor autonome voertuigen zijn sonar sensoren een valide alternatief aan optische meettechnieken zoal laser scanners en 3D camera's in omgevingen waar deze optische meettechnieken falen. Dit falen kan veroorzaakt worden door vervuilingen van het meet-medium door bijvoorbeeld stof of mist, of vervuiling van de sensor door modderspatten. Binnen de CoSys onderzoeksgroep worden geavanceerde 3D sonar sensoren voor industriële toepassingen ontwikkeld, welke momenteel in diverse toepassingsgebieden worden gevalideerd. Binnen dit STIMPRO project willen we de het dynamisch bereik van de sterkte van de echo's geproduceerd in realistische omgevingen in kaart brengen, samen met hun spatiale distributie. Hiervoor stellen we voor om een hoge-resolutie sonar sensor te ontwikkelen met een uitgebreide microfoonarray, welke zal toelaten om hoge-resolutie 3D beelden van de omgeving te maken met een groot dynamisch bereik. Deze sensor zal inzichten in de echo-eigenschappen van de omgeving kunnen geven, en toelaten om betere low-cost sensoren te ontwikkelen in de toekomt, gebruik makend van de onderliggende signaalmodellen opgesteld met deze hoge-resolutie sensor.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Aangezien de mondiale vraag naar energie zal blijven toenemen en de negatieve impact van de mens op de opwarming van de aarde bekend is, bestaat er een sterke wens om het energieverbruik van industriële machines tot een minimum te beperken. Een belangrijke opportuniteit ligt in optimalisaties die geen aanpassingen of investeringen in geïnstalleerde hardware vereisen. Trajectoptimalisatie is zo'n kost efficiënte techniek. Machinebouwers en gebruikers bepalen vaak alleen begin- en eindpunt en gewenste tijd voor een beweging. De exacte positie als functie van de tijd tussen deze twee punten in, is vaak niet van belang voor de gebruikers. Deze flexibiliteit opent de mogelijkheid om het positieverloop te optimaliseren. De literatuur vermeldt gevallen waarin ad-hoc optimalisaties het energieverbruik van machines voor repetitieve taken reduceren tot 50% door geoptimaliseerde trajecten te kiezen boven de gebruikelijke standaardbewegingsprofielen. Er bestaat echter geen wetenschappelijke consensus over een computationeel efficiënte techniek die kan garanderen dat het globale optimum voor systemen met variërende mechanische belastingseigenschappen kan worden gevonden. Daarom zal dit project het gebruik en de implementatie van directe calculus optimalisatie onderzoeken. Het toepassen van deze zuivere wiskundige techniek, gebaseerd op symbolische methoden voor trajectoptimalisatie, zou een fundamentele doorbraak zijn op het vlak van trajectoptimalisatie voor machines met positie variabele mechanische belastingseigenschappen. Dit zou onmiddellijk tijdrovende iteratieve optimalisatiemethodes overbodig maken. Om het gebruik van deze directe rekenmethodes mogelijk te maken, zijn gesloten wiskundige vergelijkingen nodig waarin de positieafhankelijke mechanische belastingeigenschappen worden beschreven. Het verkrijgen van dergelijke functies kan theoretisch op basis van Lagrange vergelijkingen. Een dergelijke aanpak is in de praktijk echter niet haalbaar wanneer de complexiteit van de machines analytische analyse belemmert. Anderzijds maken machinebouwers steeds meer gebruik van CAD multibody software om hun machines te ontwerpen. De promotor heeft expertise in het extraheren van data door specifieke simulaties toe te passen op deze virtuele CAD-modellen. De op deze manier verkregen bemonsterde gegevens kunnen worden vertaald naar expliciete formules, gebaseerd op de expertise van de co-promotor. Het ontwikkelen van een dergelijke techniek om de bemonsterde gegevens om te zetten in gesloten wiskundige vergelijkingen zal een centrale uitdaging zijn van het project en de belangrijkste enabler om direct calculus optimalisatie toe te passen. Om er bovendien voor te zorgen dat de machine optimaal blijft werken als het gedrag van de belasting tijdens het gebruik verandert, is een online tracking methode noodzakelijk. Hiervoor is de kennis van de promotor over het online bijhouden van de positieafhankelijkheid van machineparameters in het frequentiedomein essentieel. De aldus verkregen gegevensmonsters zullen opnieuw vertaald worden naar een wiskundige beschrijving om een heroptimalisatie van het traject mogelijk te maken. De directe calculusoptimalisatie maakt het mogelijk om het optimaal pad te definiëren in functie van positievariabele mechanische parameters. Deze definitie maakt een directe heroptimalisatie mogelijk. Daar waar de huidige stand van de techniek gericht is op offline a priori óf online optimalisatie, is het faciliteren van online heroptimalisatie op basis van eerder bekomen a priori informatie een bijkomende fundamentele bijdrage van dit project.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn
• Co-promotor: Cuyt Annie
• Mandaathouder: Van Oosterwyck Nick

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het Product-Assembly Co-Design (PACo) -project is een project in het kader van de cluster Design & Optimisation of Flanders Make. Het project heeft tot doel de kloof te overbruggen tussen productontwerp en het ontwerp van het assemblagesysteem door kennis van assemblages op te nemen in vroegere stadia van de productontwikkeling. Tegenwoordig overwegen de meeste bedrijven montage-aspecten later in het ontwerpproces, vaak op een handmatige manier en uitsluitend op basis van de ervaring van assemblage-engineers. Dit leidt in de late fases van het productontwerp tot talrijke ontwerpwijzigingen, wat aanzienlijke extra kosten met zich meebrengt. De huidige industriële context vereist dat bedrijven streven naar een first-time-right, tot en met lot size 1 ten koste van de volumeproductiestrategie. Het is daarom niet meer mogelijk om montage-aspecten te laat of op een trial-and-error manier te beschouwen. Alle bedrijven die betrokken zijn bij de gebruikersgroep van dit project geven aan dat zij hun technici duidelijk moeten ondersteunen met methoden en softwaretools die de beoordeling van de complexiteit van de assemblage mogelijk maken in een vroeg stadium van het ontwerp, waardoor co-optimalisatie van de productprestaties met gemak van assemblage mogelijk is in een kwantitatief manier, en een trade-off analyse van verschillende oplossingen mogelijk te maken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim
• Co-promotor: Vangheluwe Hans

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Een Brushless DC Machine (BLDC) is de optimale motor voor het aandrijven van toepassingen waar een min of meer constant, gecontroleerd, hoog toerental vereist is. Typische voorbeelden zijn de aandrijving van de compressor van een koelsysteem inclusief koelkasten en airconditioning, de propellers van een drone en ventilatoren en pompen in het algemeen, .... De BLDC is verantwoordelijk voor het leeuwendeel van het energieverbruik van deze toepassingen. Bovendien verbruiken koelsystemen wereldwijd veel energie vanwege hun alomtegenwoordige aanwezigheid. Aan de andere kant is er voor batterij gevoede systemen, zoals drones, een sterk verlangen naar meer autonomie. Dit betekent dat er een sterke wens is om het energieverbruik van BLDC-aangedreven systemen te verminderen. BLDC-motoren worden meestal aangedreven met een blokgolfstroom. Het gebruik van sinusgolfstromen kan echter resulteren in een verhoging van de energie-efficiëntie met 10%. Typische BLDC-systemen beschikken niet over de accurate positieinformatie, nodig om de machine met sinusgolven aan te drijven. Het gebruik van een encoder om deze positieterugkoppeling te verkrijgen, zou de kosten en de complexiteit van het aandrijfsysteem nodeloos verhogen en is vaak onmogelijk omwille van de beperkte montageruimte. Daarom zijn zogenaamde sensorloze algoritmes interessant. Deze schatten de positive op basis van eenvoudig meetbare spanning en stroom. Daarom is de centrale onderzoeksvraag van deze STIMPRO geformuleerd als: De ontwikkeling en implementatie van een sensorloos algoritme om feedback te geven voor een BLDC-aandrijvingsalgoritme met behulp van sinusvormige stroomgolfvormen en de validatie van het energiebesparingspotentieel. Als uitgangspunt zal deze STIMPRO een door de promotor ontwikkeld schattingsalgoritme voor stappenmotoren overwegen voor gebruik in BLDC-aandrijvingen. Deze STIMPRO zal worden gebruikt als een kick-start voor het initiëren van onderzoek naar elektrische motorbesturing aan de Universiteit Antwerpen. De promotor van dit project startte op 1 september 2017 als ZAP aan de UAntwerpen. De bedoeling van deze STIMPRO is om zijn activiteiten omtrent motor controle, uitgebouwd aan de UGent, te initiëren aan de UAntwerpen. Daarom zal deze STIMPRO gebruikt worden om een onderzoeker aan te werven die een FWO SB-voorstel zal indienen. Ook als de FWO-financiering echter wordt afgewezen, zal dit project resulteren in concrete resultaten. Zo moet dit project zeker resulteren in publicaties, een testbank, extra ervaring voor de ingehuurde onderzoeker en de verkenning van mogelijke bilaterale samenwerking met Vlaamse bedrijven omtrent dit onderwerp. Het werk in deze STIMPRO zal gunstig zijn voor de Op3Mech-onderzoeksgroep omdat het toevoegen van onderzoek naar elektrische aandrijvingen van vitaal belang is in het bredere onderzoek naar robotica. Bovendien wordt het onderwijs omtrent aandrijflijnen van de faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen momenteel niet ondersteund door wetenschappelijk onderzoek. Daarom zijn de onderzoeksactiviteiten die in deze STIMPRO zijn gestart van vitaal belang om het onderwijs omtrent deze onderwerpen te continueren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Derammelaere Stijn

Onderzoeksgroep(en)

• InViLab
• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Jaarlijks gaat een enorme hoeveelheid energie verloren ten gevolge van lekken in persluchtsystemen. De combinatie van SLAM en 3D-ultrasone meettechnieken laat toe de lekmetingen en de registratie ervan te automatiseren zodat deze zonder personele inzet continu (on line) kunnen gebeuren i.p.v. sporadisch. Het doel van het project is de kracht en de opportuniteiten van het systeem te demonstreren voor de gebruiker van het persluchtsysteem en de valorisatiepotentieel verder te kwantificeren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Complexe veiligheidsgerelateerde producten die mechanica, elektrische componenten, elektronica en software combineren in hun ontwerp hebben een grote impact op het functionele functionele veiligheidsproces. Het doel van het aSET-project is om methodologieën te ontwikkelen om de functionele veiligheid te automatiseren engineeringproces om het proces minder gevoelig voor fouten te maken. Verder beoogt het ook de ontwerp tijd en kosten in vergelijking met de huidige handmatige state-of-the-practice te verminderen.  Meer specifiek zijn de doelstellingen van het project: (i) de ontwikkeling van een functional safety formeel model geïmplementeerd om de intrinsieke koppeling tussen alle functionele veiligheid mogelijk te maken. (ii) de ontwikkeling van een methode en demonstrator tooling voor de vertaling van tekstuele vereisten in wiskundige vergelijkingen (die als een ontwerp kunnen dienen contract voor het feitelijke hardware-ontwerp) die de functionaliteit van E / E / PE beschrijven de automatisering van HARA mogelijk maken met behulp van een functioneel E / E / PE-model en plant model; (iii) de validatie van deze methoden in een generieke use-case evenals in verschillende industriële use-cases die hun functionaliteit en het beoogde ontwerp aantonen tijd- en kostenstijgingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim
• Co-promotor: Vangheluwe Hans

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project onderzoeken we het probleem van obstakelvermijding in smalle gangen. We ontwikkelen een set van sensoren die de benodigde informatie uit de omgeving kunnen extraheren, waarna state-of-the-art pad-plannings algoritmen een robot aansturen. De technologie wordt uitgetest in relevante industriële omgevingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Flanders Make heeft als missie het versterken van de internationale competitiviteit van de Vlaamse maakindustrie op lange termijn door industriegedreven, precompetitief, uitmuntend onderzoek uit te voeren op het gebied van mechatronica, productontwikkelingsmethodes en geavanceerde productietechnologieën en door valorisatie in deze domeinen te maximaliseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Algemene doelstelling: Het hoofddoel van dit project is om een ontwerpaanpak en bijhorende software tools te ontwikkelen die het mogelijk maken om applicatie-software, ingebedde software- en hardware platformen gelijktijdig te ontwerpen. Het gelijktijdig ontwerp moet de beoogde gesloten-lus performantie van cyber-fysische systemen kunnen garanderen terwijl het ontwerpproces efficiënter wordt en de kosten van de ingebedde software en hardware platformen verminderen. Concrete doelstellingen: Meer specifiek, zijn de innovatiedoelstellingen van dit project: 1. Het ontwikkelen van een methode en bijhorende software tools om het gelijktijdig ontwerp van applicatiesoftware en ingebed platform mogelijk te maken voor cyber-fysische productvarianten zodat: - zowel controle ingenieurs als ingebedde platformontwerpers verschillende ontwerpkeuzes op applicatie- als ingebed platform niveau ten opzichte van elkaar kunnen afwegen op een agile-manier zodat de ontwikkeltijd van de finale ingebedde controller met op zijn minst 25% gereduceerd wordt; - de kost-effectiviteit van ingebedde platformen vermindert met minimal 10%, door stochastische vertragingen te beschouwen in plaats van 'slechtste geval' responstijden en busvertragingen, zonder daarbij de stabiliteit, performantie en robuustheid van het gesloten-lus gedrag in het gedrang te brengen. 2. De mogelijkheid te onderzoeken om bovenstaande method uit te breiden met automatische ontwerpruimte-verkenningstechnieken die automatisch het meest geschikte ontwerpalternatief bepalen in termen van applicatie/platform ontwerpvariabelen in de enorme set van ontwerpkandidaten. 3. Het ontwikkelen van een methode en bijhorende software tools om trade-off analyses en ontwerpruimte-verkenningstechnieken te ondersteunen voor de ingbedde platformselectie en –ontwerp voor complete cyber-fysische controller productlijnen. Verder bouwend op deze methodes en tools, willen de bedrijfspartners in dit project de volgende doelen realizeren: Atlas Copco's belangrijkste doelstelling is om een methode, een software raamwerk en de bijhorende ontwikkeltools te creëren die ontwerpers van controllers voor compressorkamers ondersteunen bij het selecteren van het meest geschikte ingebedde software en hardware platformconfiguratie en applicatie-software-allocatie op dat platform, zodat de gevraagde performantie in geen enkel geval in gedrang komt. Picanol wil de performantie en productkwaliteit van zijn weefmachines verbeteren door een betere samenwerking tussen controle-ingenieurs and ingebedde platform ontwerpers. Meer specifiek wil Picanol deze samen-ontwerp methode toepassen op het luchtinsertiesubsysteem van verschillende weefgetouwen, zodat het mogelijk wordt om de productiecapaciteit van deze machines te verhogen met 2%, of het luchtverbruik van deze machines te verminderen met hetzelfde percentage. Tenneco's hoofddoel is om een set van ingebedde controle- en vermogenelectronica hardware platformen te selecteren die kostenoptimaal de volledige productlijn van electro-magnetische schokdempers afdekken. De aanpak en tools die hiervoor gebruikt worden moeten ook toepasbaar zijn op andere productlijnen binnen Tenneco. Michel Van de Wiele (MVDW) wil een nieuw, duurzaam en modulair ingebed hardware en software platform selecteren dat kan gebruikt worden bij de controle van de weefgetouwen van vandaag en in de toekomst. Meer specifiek, bij gelijke performantie-eisen, beoogt MVDW een reductie van de hardware kost met op zijn minst 10 %, of, met identieke hardware beoogt MVDW een verhoging van de maximale machinesnelheid met 10 tot 50%, of gebruik te kunnen maken van 10% meer sensoren/actuatoren. Daarnast wil MVDW ook zijn ontwerpaanpak en tools vernieuwen zodat ontwerpers makkelijk a priori kunnen voorspellen of een ingebedde controller voor een bepaalde variant in staat zal zijn om een bepaalde weefgetouw-variant aan te sturen gedurende zijn volledige levenscyclus.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul
• Co-promotor: Hellinckx Peter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project heeft als doel om het ontwerpproces van avionicasystemen te verbeteren, door een nieuwe model gebaseerde ontwerpmethodologie die gebaseerd is op MBSE methodes (Model Based Systems Engineering). Deze zal een vervroegde verificatie en validatie van de afzonderlijke systemen en ook hun integratie mogelijk maken. Daarnaast heeft het project als doel om alle noden te identificeren waaraan de simulatie- en ontwerpsoftware dient te voldoen om dit MBSE ontwerpproces te ondersteunen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Denil Joachim

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project levert CoSys-Lab ondersteuning in het embedded ontwerp met behulp van AUTOSAR en Hardware-in-the-Loop testing. Aan de hand van praktische case studies worden de best practices aangaande de ontwerpmethodes en de bijhorende tooling verkend. Het toepassingsgebied is mechatronica en automotive.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project dragen we bij tot de technology transfer van Hardware-in-the-Loop test technology voor embedded systems in voertuigen. De focus ligt op het modelleren van processen voor de teststrategieën en het demonstreren ervan in toepassingen relevant voor de industrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project het ontwikkelen van een kleine en lichte radar sensor die toelaat om een UAV autonoom doorheen een complexe 3D omgeving te manoevreren, zoals een bos of een ingestort gebouw. De sensor is geïnspireerd op het echolocatiesysteem van vleermuizen, welke een ultrasone zender en twee ultrasone ontvangers (oren) gebruiken. De radar sensor zal worden uitgerust met zend- en ontvangstantennes die gelijkaardige signaalkarakteristieken zoals de oren van vleermuizen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Mandaathouder: Schouten Girmi

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel tijdens dit strategisch basis onderzoeksproject is het verfijnen van onze kennis over in-air sonar met als doel het oplossen van moeilijke industriële meetproblemen waar traditionele meettechnieken (optisch, radar, …) moeilijk in te zetten zijn door fysische beperkingen. Deze beperkingen situeren zich in de omgeving (stoffig, mistig) of in de beperkte reflectiviteit van de objecten (RF/radar). De te nemen kennissprongen tijdens dit project werden geïdentificeerd gedurende voorgaande industriële samenwerkingen rond het valoriseren van sonar technologie. De kennissprongen zullen worden genomen door de combinatie van algebraïsche analyse, numerieke simulaties en experimenteel prototype engineering. Het resultaat van dit project is een versterkte basiskennis over in-air sonar en bijkomende achtergrond-IP voor toekomstige industriële samenwerking.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van dit project is het ontwikkelen en valideren van een systeemontwerpmethodologie voor aandrijf- en energiesystemen die meerdere energiebronnen en -opslagmedia combineren. Deze methodologie zal leiden tot een optimaal systeemontwerp op het vlak van TCO, prestaties en functionele veiligheidskosten.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Abstract: In order to choose the right combination and placement of sensors to perform sensor-fusion based indoor localization in industrial environments, a framework for designing systems for global and relative localization can facilitate the development. To quantify the performance of various sensors in this operational context, models of these sensors need to be developed. These models will be probabilistic in nature in order to be used with the aforementioned sensor fusion techniques and to calculate confidence intervals where safety is an issue. The sensor models will be parametrized and will be able to incorporate in-situ experimental measurements to make the simulations more accurate.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In dit project ontwikkelen we een framework voor passieve lokalisatie van akoestische bronnen gebruik makend van een gesynchroniseerd draadloos sensor netwerk. De synchronisatie van de draadloze microfoon array zal gedecentraliseerd gebeuren waarbij er geen gebruik gemaakt wordt van een centrale "master" tijd. Het framework zal de automatische kalibratie van de microfoon array toelaten met minimale menselijke input. De positie schatting van de akoestische bronnen zal via een probabilistisch schattingsalgoritme gebeuren waarbij a-priori informatie over het gedrag van de bron zal worden gecombineerd met sensordata. Het framework is vrij van schaal en is robuust ontworpen, waardoor het resulterende sensornetwerk gebruikt kan worden voor het lokaliseren van een brede waaier van bronnen in diverse toepassingsgebieden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Co-promotor: Daems Walter
• Mandaathouder: Verreycken Erik

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Kennis over de krachten en koppels is van cruciaal belang, zowel gedurende prototypeontwikkeleing van mechatronische systemen als tijdens hun werking. Het meten van deze krachten en koppels is een tijdrovende, foutgevoelige, dure en vaak intrusieve bezigheid. Bovendien zijn krachtmetingen vaak beperkt in ruimte of zijn de omgevingsomstandigheden te ruw. Het hoofddoel van het project is een doorbraak te ontwikkelen in kracht- en koppelmetingen door een virtuele sensorstrategie. Dit behelst de evaluatie en ontwikkeling van enkelvoudige (Kalmanfiltergebaseerd) en multistep (Moving Horizon Estimation gebaseerd) schatters die hoog betrouwbare fysische modellen en fysisch geïnspireerde grey-box modellen combineren met betaalbare niet-intrusieve sensoren om aldus onbekende krachten in een snelle en real-time manier accuraat, in-situ en online te verkrijgen. De beoogde performantie werd bepaald in samenwerking met de bedrijfspartners en gaat van real-time in-situ krachtschattingen aan een 10 Hz bandbreedte en een 20 dB dynamische range tot on-line in-situ krachtschattingen aan een 200 Hz bandbreedte en een 80 dB dynamische range. Deze schattingstechnologieën zouden in staat moeten zijn om de niet-lineaire dynamische effecten van mechatronische aandrijflijnen en systemen in kaart te brengen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gedristribueerde ingebedde systemen spelen een grote rol in het dagelijkse leven. Deze systemen hebben zo goed als altijd een of meerdere sensoren die bepaalde fysische grootheden uit de omgeving opmeten. Dit kan gaan van de temperatuur van de omgeving tot de positie van verschillende personen in een gebouw. Door de steeds toenemende complexiteit van deze systemen wordt het moeilijk deze systemen handmatig te gaan optimaliseren, en is een (partiële) automatische optimalisatie van het systeem gewenst. Model-gebaseerde ontwerpmethodes laten toe deze optimalisatie uit te voeren door gebruik te maken van simulatiemodellen van de hardware, de software en de omgeving waarin het systeem moet opereren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan
• Mandaathouder: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Multicoreprocessoren worden steeds vaker gebruikt in mechatronische toepassingen en moeten daarbij de real-time vereisten van de betreffende ingebedde software ondersteunen. Ondanks hun enorme rekenkracht kunnen bepaalde operationele omstandigheden optreden waarbij de softwareuitvoeringstijd langer blijkt dan wat men redelijkerwijs kan verwachten. In dit project zullen we analysetechnieken voor de ingebedde software ontwikkelen die zullen leiden tot betere configuraties van multicoreplatformen met betrekking tot de software-uitvoeringstijd en meer bepaald tot de hierboven vermelde uitschieters. Hiertoe zullen we een modelleertaal voorstellen die ons in staat zal stellen om de tijdseigenschappen van real-time ingebedde multicoresoftware formeel te beschrijven. Deze modelleertaal zal leiden tot formele methodes voor scheduleerbaarheidsanalyse en tot methodes voor de verkenning van de ontwerpruimte. Door alternatieve configuraties van de multicoreplatformen te suggereren, zullen de uitschieters in uitvoeringstijd geëlimineerd kunnen worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul
• Co-promotor: Denil Joachim
• Co-promotor: Hellinckx Peter
• Mandaathouder: Li Haoxuan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het Kosteneffectieve vibroakoestische bewaking project zal de technische en economische haalbaarheid van kosteneffectieve vibroakoestische monitoringsystemen proberen te bewijzen voor continue online conditie en procesbewaking van roterende machine-elementen in quasi stationaire omstandigheden. In dit project wordt gebruik gemaakt van de nieuwe mogelijkheden die geboden worden door de opkomst van kosteneffectieve sensorelementen, zoals MEMS accelerometers, microfoons en microfoon arrays, en kosteneffectieve ingebedde platformen die gecombineerd een efficiënte oplossing bieden voor continue monitoring. Het generieke deel van het project zal de technische beperkingen van kosteneffectieve sensoren in vergelijking met high-end sensoren beoordelen en zal nieuwe signaalverwerking algoritmen ontwikkelen voor de: • Automatische pre-processing en data reiniging van de ruwe data (eliminatie van bepaalde niet-fysieke eigenschappen); • Kenmerkextractie voor foutdetectie en identificatie die betrouwbare diagnostische informatie kan verschaffen en kan omgaan met de technische beperkingen van kosteneffectieve sensoren; • Online schatting van de rotatiesnelheid zonder een toerenteller; • Het verminderen van de hoeveelheid gegenereerde gegevens en het maximaliseren van de hoeveelheid informatie; In het project zal een technologievalidatieplatform voor een kosteneffectieve vibroakoestische monitoring systeem, inclusief sensoren, acquisitie hardware, ingebedde verwerkingseenheid en lokale digitale signaalverwerking software ontwikkeld worden.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul
• Co-promotor: Daems Walter
• Co-promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project is gericht op de implementatie van een mobiel robotisch platform ter ondersteuning van ons onderzoek rond intelligente sensoren voor toepassingen binnen de zorgsector. Het robotisch platform zal het onderzoek ondersteunen door het collecteren van grote hoeveelheden sensordata. Deze data zal gebruikt worden voor de validatie van sensormodellen, kalibratie-algoritmes en de ontwikkeling van sensoren voor autonome robotische systemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Steckel Jan

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)
• Engineering Management

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Flanders Make heeft als missie het versterken van de internationale competitiviteit van de Vlaamse maakindustrie op lange termijn door industriegedreven, precompetitief, uitmuntend onderzoek uit te voeren op het gebied van mechatronica, productontwikkelingsmethodes en geavanceerde productietechnologieën en door valorisatie in deze domeinen te maximaliseren.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Door de steeds toenemende complexiteit van hedendaagse mechatronische systemen, kunnen ontwerpers niet langer alle ontwerp aspecten vatten zonder computerondersteuning. Daarom wil dit project een Modelgebaseerde Systeem Engineering (MB SE) methodologie ontwikkelen voor mechatronische systemen, die de ontwerper zal begeleiden doorheen het volledige ontwerptraject. Door informatie van verschillende ontwerpdisciplines te integreren tijdens alle fases van het ontwerp, zal het mogelijk zijn om optimale producten te ontwerpen op een snelle en efficiënte manier. De twee belangrijkste uitdagingen zijn ondersteuning bieden voor het maken van optimale interdisciplinaire ontwerpkeuzes en het consistent houden van de verschillende discipline-specifieke ontwikkelingen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: De Meulenaere Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds Gouverneur Kinsbergen Centrum. UA levert aan Gouverneur Kinsbergen Centrum de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Daems Walter

Onderzoeksgroep(en)

• Co-Design of Cyber-Physical Systems (Cosys-Lab)

Project type(s)

• Onderzoeksproject