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Maschineningenieurwissenschaften Bachelor Information
5. Semester
Fokus-Vertiefung
Mechatronics
Fokus-Koordinator: Prof. Bradley Nelson
Für die erforderlichen 20 KP der Fokus-Vertiefung Mechatronics ist 151-0640-00L Studies on Mechatronics obligatorisch.
Wählbare Fächer
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0509-00LMicroscale Acoustofluidics Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Number of participants limited to 30.
W4 KP3GJ. Dual
KurzbeschreibungIn this lecture the basics as well as practical aspects (from modelling to design and fabrication ) are described from a solid and fluid mechanics perspective with applications to microsystems and lab on a chip devices.
LernzielUnderstanding acoustophoresis, the design of devices and potential applications
InhaltLinear and nonlinear acoustics, foundations of fluid and solid mechanics and piezoelectricity, Gorkov potential, numerical modelling, acoustic streaming, applications from ultrasonic microrobotics to surface acoustic wave devices
SkriptYes, incl. Chapters from the Tutorial: Microscale Acoustofluidics, T. Laurell and A. Lenshof, Ed., Royal Society of Chemistry, 2015
LiteraturMicroscale Acoustofluidics, T. Laurell and A. Lenshof, Ed., Royal Society of Chemistry, 2015
Voraussetzungen / BesonderesSolid and fluid continuum mechanics. Notice: The exercise part is a mixture of presentation, lab sessions ( both compulsary) and hand in homework.
151-0575-01LSignals and Systems Information W4 KP2V + 2UA. Carron, G. Ducard
KurzbeschreibungSignals arise in most engineering applications. They contain information about the behavior of physical systems. Systems respond to signals and produce other signals. In this course, we explore how signals can be represented and manipulated, and their effects on systems. We further explore how we can discover basic system properties by exciting a system with various types of signals.
LernzielMaster the basics of signals and systems. Apply this knowledge to problems in the homework assignments and programming exercise.
InhaltDiscrete-time signals and systems. Fourier- and z-Transforms. Frequency domain characterization of signals and systems. System identification. Time series analysis. Filter design.
SkriptLecture notes available on course website.
Voraussetzungen / BesonderesControl Systems I is helpful but not required.
151-0601-00LTheory of Robotics and Mechatronics Information W4 KP3GP. Korba, S. Stoeter
KurzbeschreibungThis course provides an introduction and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. It’s a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
LernzielRobotics is often viewed from three perspectives: perception (sensing), manipulation (affecting changes in the world), and cognition (intelligence). Robotic systems integrate aspects of all three of these areas. This course provides an introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. This course is a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
InhaltAn introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control.
Skriptavailable.
151-0604-00LMicrorobotics Information W4 KP3GB. Nelson
KurzbeschreibungMicrorobotics is an interdisciplinary field that combines aspects of robotics, micro and nanotechnology, biomedical engineering, and materials science. The aim of this course is to expose students to the fundamentals of this emerging field. Throughout the course, the students apply these concepts in assignments. The course concludes with an end-of-semester examination.
LernzielThe objective of this course is to expose students to the fundamental aspects of the emerging field of microrobotics. This includes a focus on physical laws that predominate at the microscale, technologies for fabricating small devices, bio-inspired design, and applications of the field.
InhaltMain topics of the course include:
- Scaling laws at micro/nano scales
- Electrostatics
- Electromagnetism
- Low Reynolds number flows
- Observation tools
- Materials and fabrication methods
- Applications of biomedical microrobots
SkriptThe powerpoint slides presented in the lectures will be made available as pdf files. Several readings will also be made available electronically.
Voraussetzungen / BesonderesThe lecture will be taught in English.
151-0621-00LMicrosystems I: Process Technology and IntegrationW6 KP3V + 3UM. Haluska, C. Hierold
KurzbeschreibungDie Stundenten werden in die Grundlagen der Mikrosystemtechnik, der Halbleiterphysik und der Halbleiterprozesstechnologie eingeführt und erfahren, wie die Herstellung von Mikrosystemen in einer Serie von genau definierten Prozessschritten erfolgt (Gesamtprozess und Prozessablauf).
LernzielDie Stundenten sind mit den Grundlagen der Mikrosystemtechnik und der Prozesstechnologie für Halbleiter vertraut und verstehen die Herstellung von Mikrosystemen durch die Kombination von Einzelprozesschritten ( = Gesamtprozess oder Prozessablauf).
Inhalt- Einführung in die Mikrosystemtechnik (MST) und in mikroelektromechanische Systeme (MEMS)
- Grundlegende Siliziumtechnologie: thermische Oxidation, Fotolithografie und Ätztechnik, Diffusion und Ionenimplantation, Dünnschichttechnik.
- Besondere Mikrosystemtechnologien: Volumen- und Oberflächenmikromechanik, Trocken- und Nassätzen, isotropisches und anisotropisches Ätzen, Herstellung von Balken und Membranen, Waferbonden, mechanische Eigenschaften von Dünnschichten.
Die Anwendung ausgewählter Technologien wird anhand von Fallstudien nachgewiesen.
SkriptHandouts (online erhältlich)
Literatur- S.M. Sze: Semiconductor Devices, Physics and Technology
- W. Menz, J. Mohr, O.Paul: Microsystem Technology
- Hong Xiao: Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology
- M. J. Madou: Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, 3rd ed.
- T. M. Adams, R. A. Layton: Introductory MEMS, Fabrication and Applications
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung: Physik I und II
227-0113-00LLeistungselektronik Information W6 KP4GJ. W. Kolar
KurzbeschreibungVerständnis der Grundfunktion leistungselektronischer Energieumformer, Einsatzbereiche. Methoden der Analyse des Betriebsverhaltens und des regelungstechnischen Verhaltens, Dimensionierung. Beurteilung der Beeinflussung umgebender Systeme, Elektromagnetische Verträglichkeit.
LernzielVerständnis der Grundfunktion leistungselektronischer Energieumformer, Einsatzbereiche. Methoden der Analyse des Betriebsverhaltens und des regelungstechnischen Verhaltens, Dimensionierung. Beurteilung der Beeinflussung umgebender Systeme, Elektromagnetische Verträglichkeit.
InhaltGrundstruktur leistungselektronischer Systeme, Beispiele. DC/DC-Konverter, Potentialtrennung. Regelungstechnische Modellierung von DC/DC-Konvertern, State-Space-Averaging, PWM-Switch-Model. Leistungshalbleiter, Nichtidealitäten, Kühlung. Magnetische Bauelemente, Skin- und Proximity- Effekt, Dimensionierung. EMV. Einphasen- Diodenbrücke mit kapazitiver Glättung, Netzrückwirkungen, Leistungsfaktorkorrektur. Selbstgeführte Einphasen- u. Dreiphasen-Brückenschaltung mit eingeprägter Ausgangsspannung, Modulation, Raumzeigerbegriff. Netzgeführte Einphasen-Brückenschaltung, Kommutierung, Wechselrichterbetrieb, WR-Kippen. Netzgeführte Dreiphasen-Brückenschaltung, ungesteuert und gesteuert/kapazitive und induktive Glättung. Parallelschaltung netzgeführter Stromrichter, Saugdrosselschaltung. Gegenparallelschaltung netzgeführter Dreiphasen-Brückenschaltungen, Vierquadranten-Gleichstrommaschinenantrieb. Resonanz-Thyristorstromrichter, u-Zi-Diagramm.
SkriptSkript und Simulationsprogramm für interaktives Lernen und Visualisierung, Uebungen mit Musterlösungen
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Grundkenntnisse der Elektrotechnik und Signaltheorie.
227-0517-00LElectrical Drive Systems IIW6 KP4GP. Steimer, G. Scheuer, C. A. Stulz
KurzbeschreibungIn "Antriebssysteme II" werden die Leistungshalbleiter repetiert. Der Aufbau von Umrichtern durch die Kombination von Schaltern/Zellen mit Topologien wird erläutert. Der 3-Punkt-Pulsumrichters mit seinen Schalt- und Transferfunktionen wird vertieft betrachtet. Weitere Schwerpunkte sind die Regelung der Synchronmaschine, von netzseitigen Stromrichtern und Probleme von umrichtergespeisten Maschinen
LernzielDie Studierenden erwerben ein vertieftes Verständnis in Bezug auf die Auslegung der Hauptkomponenten eines kompletten Antriebssystemes, der wesentlichen Interaktionen mit dem Netz bzw. der elektrischen Maschine sowie der dazugehörigen Regelung.
InhaltUmrichtertopologien (Schalter oder Zellen basiert), höherpulsige Diodengleichrichter; Systemaspekte Transformer und elektrische Maschine; 3-Punkt-Pulsumrichter und seine Schalt- und Transferfunktionen; Netzrückwirkungen; Modellierung und Regelung der Synchronmaschine (auch Permanentmagneterregte); Regelung des netzseitigen Stromrichters; Reflexionseffekte beim Einsatz von Leistungskabeln, Isolations- und Lagerbeanspruchung. Exkursion zu ABB Semiconductors.
SkriptWird zu Beginn der Vorlesung verkauft oder kann von Ilias geladen werden.
LiteraturVorlesungsskript; Fachliteratur wird im Skript erwähnt.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Elektrische Antriebssysteme I (empfohlen), Grundlagen in Elektrotechnik, Leistungselektronik, Automatik und Mechatronik.
376-1504-00LPhysical Human Robot Interaction (pHRI) Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Number of participants limited to 21.
W4 KP2V + 2UR. Gassert, O. Lambercy
KurzbeschreibungThis course focuses on the emerging, interdisciplinary field of physical human-robot interaction, bringing together themes from robotics, real-time control, human factors, haptics, virtual environments, interaction design and other fields to enable the development of human-oriented robotic systems.
LernzielThe objective of this course is to give an introduction to the fundamentals of physical human robot interaction, through lectures on the underlying theoretical/mechatronics aspects and application fields, in combination with a hands-on lab tutorial. The course will guide students through the design and evaluation process of such systems.

By the end of this course, you should understand the critical elements in human-robot interactions - both in terms of engineering and human factors - and use these to evaluate and de- sign safe and efficient assistive and rehabilitative robotic systems. Specifically, you should be able to:

1) identify critical human factors in physical human-robot interaction and use these to derive design requirements;
2) compare and select mechatronic components that optimally fulfill the defined design requirements;
3) derive a model of the device dynamics to guide and optimize the selection and integration of selected components
into a functional system;
4) design control hardware and software and implement and
test human-interactive control strategies on the physical
setup;
5) characterize and optimize such systems using both engineering and psychophysical evaluation metrics;
6) investigate and optimize one aspect of the physical setup and convey and defend the gained insights in a technical presentation.
InhaltThis course provides an introduction to fundamental aspects of physical human-robot interaction. After an overview of human haptic, visual and auditory sensing, neurophysiology and psychophysics, principles of human-robot interaction systems (kinematics, mechanical transmissions, robot sensors and actuators used in these systems) will be introduced. Throughout the course, students will gain knowledge of interaction control strategies including impedance/admittance and force control, haptic rendering basics and issues in device design for humans such as transparency and stability analysis, safety hardware and procedures. The course is organized into lectures that aim to bring students up to speed with the basics of these systems, readings on classical and current topics in physical human-robot interaction, laboratory sessions and lab visits.
Students will attend periodic laboratory sessions where they will implement the theoretical aspects learned during the lectures. Here the salient features of haptic device design will be identified and theoretical aspects will be implemented in a haptic system based on the haptic paddle (Link), by creating simple dynamic haptic virtual environments and understanding the performance limitations and causes of instabilities (direct/virtual coupling, friction, damping, time delays, sampling rate, sensor quantization, etc.) during rendering of different mechanical properties.
SkriptWill be distributed through the document repository before the lectures.
Link
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Yasrebi, N. and Constantinescu, D. (2008). Extending the z-width of a haptic device using acceleration feedback. Haptics: Perception, Devices and Scenarios, pages 157-162.
Voraussetzungen / BesonderesNotice:
The registration is limited to 26 students
There are 4 credit points for this lecture.
The lecture will be held in English.
The students are expected to have basic control knowledge from previous classes.
Link
151-0135-00LErgänzendes Projekt für die Fokus-Vertiefung Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Nur für D-MAVT Bachelor-Studierende der Fokusvertiefung.
Für die Belegung der Lerneinheit kontaktieren Sie bitte die D-MAVT Studienadministration.
W1 KP2AProfessor/innen
KurzbeschreibungSelbständige Einarbeitung in ein umgrenztes Teilgebiet der gewählten Fokus-Vertiefung
LernzielSelbständige Einarbeitung in ein umgrenztes Teilgebiet der gewählten Fokus-Vertiefung
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