Scriptiebank overzicht

De industrie vereist elke dag complexere processen en logistiek, wat heeft geleid tot de opkomst van multi-agent systemen. Hierbij werken meerdere robots, voertuigen of machines in dezelfde omgeving. Dit stimuleert de behoefte aan multi-agent bewegingsplanners die de bewegingen van deze agents op een efficiënte en veilige manier coördineren en plannen.

Daarom presenteert deze scriptie een nieuwe, op model predictieve controle (MPC) gebaseerde bewegingsplanner voor holonomische multi-agent systemen, door een gedecentraliseerde formulering van de alternating direction method of multipliers (ADMM) te combineren met een gecentraliseerde formulering van control barrier functions (CBF's). De methode is ontwikkeld met het oog op, maar niet beperkt tot, industriële magnetische levitatieplatforms zoals het Beckhoff XPlanar-systeem.

De klassieke gecentraliseerde MPC-benadering blijkt te schalen met ∼ O(N^2,96), waardoor de methode onuitvoerbaar wordt bij een toenemend aantal agents. Hoewel gedecentraliseerde ADMM de tijdcomplexiteit aanzienlijk vermindert, kan deze de veiligheid niet garanderen, d.w.z. er bestaat een risico op botsingen. Daarom wordt de methode aangevuld met een extra optimalisatieprobleem waarin CBF's zijn opgenomen. Het resultaat is een veilige methode die schaalt met ∼ O(N^1,82). Deze veiligheidsgarantie stelt ons in staat om het aantal ADMM-iteraties vast te leggen, waarbij een afweging wordt gemaakt tussen prestaties en rekenkracht.

Om de realtimeprestaties verder te verbeteren, biedt dit werk een C++-implementatie van de hybride methode, die gebruikmaakt van de gedecentraliseerde ADMM-structuur door de code te parallelliseren. Dit vermindert de rekentijd voor 5 en 10 agents met respectievelijk 90,1% en 60,5%. De hybride methode wordt vervolgens kwalitatief en kwantitatief vergeleken met de gecentraliseerde MPC-methode. Ten slotte wordt een proof of concept gepresenteerd door de algoritmen te implementeren en te testen op het XPlanar-systeem.

In deze masterproef onderzochten we hoe bestaande scheepsdieselmotoren kunnen worden omgebouwd om te draaien op methanol, een veelbelovende duurzame brandstof. Methanol is vloeibaar, eenvoudig op te slaan en kan klimaatneutraal geproduceerd worden. We testten een grote scheepsmotor op methanol en zochten naar manieren om de motor tegelijk efficiënt en schoon te laten draaien. Daarbij bleken twee technieken, extra lucht toevoegen en een deel van de uitlaatgassen terugvoeren, veelbelovend om zowel de uitstoot te verlagen als de zuinigheid te verbeteren. Daarnaast ontwierpen we een innovatieve prechamber die de verbranding stabieler kan maken. Zo toont dit onderzoek dat scheepsmotoren een groener leven kunnen krijgen zonder dat ze volledig vervangen moeten worden.

Deze thesis ontwikkelt een computationeel raamwerk voor structurele topologie-optimalisatie dat expliciet rekening houdt met multiaxiale vermoeiing onder niet-proportionele belastingen. Hoewel vermoeiing een veelvoorkomend faalmechanisme is in mechanische componenten, wordt het vaak behandeld als een nabewerkingsstap in plaats van als een integraal onderdeel van het ontwerpproces. Dit werk vult die leemte op door een kritieke-vlak vermoeiingsmodel rechtstreeks in het optimalisatie-algoritme te integreren.

Het raamwerk verwerkt het op rek gebaseerde Brown–Miller vermoeiingscriterium binnen een dichtheidsgebaseerde topologie-optimalisatiebenadering, waardoor vermoeiingslevensduur kan worden voorspeld bij complexe belastingstrajecten. De implementatie omvat een volledige analytische sensitiviteitsanalyse, zowel direct als adjoint, om een nauwkeurige en efficiënte optimalisatie met gradiënt-gebaseerde oplosmethodes te garanderen.

De methodologie wordt eerst gevalideerd op een L-beugel benchmark om de prestaties te demonstreren in vergelijking met doelstellingen gebaseerd op compliance en spanning. Vervolgens wordt ze toegepast op het ontwerp van een autowiel onderworpen aan een roterende buigproef. Dit is een gestandaardiseerde, multiaxiale en niet-proportionele vermoeiingsproef die elk aftermarket wiel moet doorstaan. De vermoeidheidsgeoptimaliseerde ontwerpen tonen een verbeterde verdeling van vermoeiingsschade, verminderde spanningsconcentraties en een verlengde voorspelde levensduur in vergelijking met andere ontwerpbenaderingen.

Door de voorspelling van de vermoeiingslevensduur in de optimalisatielus op te nemen, overbrugt dit onderzoek de kloof tussen structurele efficiëntie en langdurige duurzaamheid. De voorgestelde aanpak biedt een veelbelovend pad naar robuustere ontwerpen in veeleisende technische toepassingen.

----

This thesis develops a computational framework for structural topology optimisation
that explicitly accounts for multiaxial fatigue under non-proportional loading. While
fatigue is a frequently occurring failure mechanism in mechanical components, it is
often treated as a post-processing step rather than being integrated into the design
process. This work addresses that gap by embedding a critical-plane fatigue model
directly into the optimisation algorithm.

The framework incorporates the Brown–Miller strain-based fatigue criterion within a
density-based topology optimisation approach, enabling fatigue life prediction across
complex load paths. The implementation includes a full analytical sensitivity analysis,
both direct and adjoint, to ensure accurate and efficient optimisation with
gradient-based solvers.

The methodology is first validated on a benchmark L-bracket to demonstrate its
performance relative to compliance- and stress-based objectives. It is then applied
to the design of an automotive wheel subjected to a rotating bending test. This is
a standardised, multiaxial and non-proportional fatigue test that every aftermarket
wheel must pass. The fatigue-optimised designs exhibit improved fatigue damage
distribution, reduced stress concentrations and extended predicted fatigue life compared to different design approaches.

By embedding fatigue life prediction into the optimisation loop, this research bridges
the gap between structural efficiency and long-term durability. The proposed approach offers a promising pathway toward more resilient designs in demanding engineering applications.

Robots worden steeds slimmer door extra sensoren toe te voegen, maar ironisch genoeg maakt dat ze vaak zwaarder, duurder en minder veilig. In mijn masterproef onderzocht ik hoe we robots juist veiliger kunnen maken door minder hardware en meer slimme software te gebruiken. Samen met technologiebedrijf AILOS testte ik een innovatieve, lichtgewicht tandwielkast die toelaat dat een robotarm "voelt wat er gebeurt" – zonder dat er koppelsensoren nodig zijn. Met een nieuw controlealgoritme kan de robot zo zelf inschatten wanneer hij iets/iemand raakt en zijn beweging onmiddellijk afremmen. Tests toonden aan dat de impactkrachten tot wel 40% lager liggen vergeleken met klassieke besturing. Het resultaat? Robots die niet alleen veiliger, maar ook goedkoper, energiezuiniger en duurzamer zijn – klaar om veilig naast de mens te werken, in de fabriek én in huis.

Deze studie presenteert een nieuw, eenvoudig te gebruiken augmented reality (AR)-systeem dat chirurgen begeleidt tijdens kaakchirurgie. In tegenstelling tot de huidige methoden, die fysieke gidsen gebruiken en vaak kostbaar en tijdrovend zijn, maakt dit systeem gebruik van digitale hologrammen en de Microsoft HoloLens 2-headset. Het volgt de kaak van de patiënt in real-time, zonder dat fysieke markeringen nodig zijn. Tests met vier chirurgen toonden aan dat dit AR-systeem zeer nauwkeurig is, met een foutmarge van minder dan 1,08 mm. Deze nieuwe benadering kan een kosteneffectievere, eenvoudigere en minder ingrijpende manier bieden om de precisie van de chirurgie te verbeteren.

Onze scriptie ontwikkelt alternatieve testmethodes voor de kwalitiet van alternatieve dieselbranstoffen. Deze draagt bij tot een groen levenseinde van onze huidige dieselwagens.

Een methodologie werd ontwikkeld voor het maken van een handexoskeleton dat assisteert bij een specifieke beweging. Dit werd bereikt door het verwerken van een video en zelfhelende materiaaleigenschappen te gebruiken. Deze methode kan ook toegepast worden op andere bewegingen.

In Point Cloud Registration (registratieprobleem) worden twee puntenwolken gealigneerd met elkaar. Deze scriptie vergelijkt verschillende registratie-algoritmes op accuraatheid, snelheid etc. De puntenwolken worden gescand met een 3D-camera en gemaakt uit een 3D-model, van hetzelfde voorwerp.

In deze scriptie wordt het ontwerp van een draaistoel met een draagcapaciteit van 60.000 kg voor de montage van DV- en DL-motoren van a tot z besproken. Het rapport bevat een gedetailleerde studie, alle berekeningen, de ontwerpkeuzes en de veiligheidsmaatregelen. Het ontwerp resulteert in verbeterde efficiëntie en productiviteit bij de krukasassemblage.

Door actief koelen te combineren met passief koelen kunnen significante kostenbesparingen gerealiseerd worden in geothermische boorveldinstallaties. Dit kan de competitiviteit van boorvelden vergroten en zo een sleutelrol spelen in de energietransitie.

De numerieke simulatie (FEA) van de invloed van de positie van de palatale expander en de osteotomieën op het expansiepatroon bij SARPE-procedures.

De renovaties van residentiële verwarmingsinstallaties met de bedoeling om CO₂-emissies te reduceren zijn vaak duur en vormen zo een drempel voor de meeste mensen. Door deze renovaties echter gezamenlijk uit te voeren daalt de kost per huishouden en zo ook de drempel. Deze scriptie onderzocht welke collectief gerenoveerde residentiële verwarmingsinstallatie het goedkoopst CO₂-emissies kan reduceren en goot de bevindingen in een nieuwe, grafische voorstellingswijze die toelaat het complexe vraagstuk eenvoudig te vertalen.

Het minimaliseren van de menselijke, ecologische voetafdruk en het behouden van
een comfortabele en betaalbare levenswijze is waarschijnlijk een van de grootste
uitdagingen van de 21e eeuw. Een van de terreinen waar op dit moment veel innovatie plaatsvindt in deze context is de auto-industrie, waar wordt gezocht naar
alternatieven voor auto’s op fossiele brandstof. Een belangrijk voorbeeld van deze
alternatieven zijn brandstofcel-elektrische voertuigen. Ze combineren een lage uitstoot met een gebruikspatroon dat vergelijkbaar is met dat van auto’s op fossiele
brandstof. Vooral voor zwaar transport lijken ze interessant.
Hoewel het fysieke concept aantrekkelijk lijkt, moet er nog veel technologische
ontwikkeling en optimalisatie plaatsvinden. Dit proefschrift richt zich op een essentieel onderdeel van het aandrijfsysteem in een brandstofcel elektrisch voertuig: het
drukvat waar de waterstof (en dus de energie) wordt opgeslagen. Het is verreweg het
zwaarste onderdeel van het aandrijfsysteem en verhoogt dus de vermogensbehoefte
van het voertuig aanzienlijk. Als oplossing om het gewicht van de constructie te
beperken, wordt gezocht naar alternatieve materialen ter vervanging van staal. Een
materiaalgroep met een zeer hoge specifieke sterkte en stijfheid zijn de vezelcomposieten.
Hoewel ze technisch beter presteren, blijven er enkele problemen. Vezelcomposieten
zijn minder matuur en hun mechanisch gedrag is inherent moeilijker te modelleren.
Hierdoor hebben bedrijven tegenwoordig de keuze tussen twee onaantrekkelijke opties: grote tijdrovende en dure experimentcampagnes uitvoeren of een zeer grote
veiligheidsfactor gebruiken. De industriestandaard voor de veiligheidsfactoren van
composiet drukvaten ligt nu rond de 2,25.
Dit proefschrift behandelt een alternatieve benadering om de structurele betrouwbaarheid van een composiet drukvat te beoordelen, een zogenaamde ringtest. Hier
wordt de hydraulische druk van de waterstof nagebootst door een radiaal contactmechanisme jegens een ringmonster. Op deze manier kan veel materiaal worden
bespaard. De ambitie is om een template te ontwikkelen waarin de ringtest wordt
gecombineerd met een uitgebreide virtuele testcampagne (= eindige elementenmodel).
Deze combinatie zou de kosten van de testcampagne kunnen beperken, terwijl de
veiligheidsfactor redelijk laag blijft.
In dit proefschrift worden modellen voor de ringtest ontwikkeld en geverifieerd.
Relaties tussen de ontwerpvariabelen, andere gegevens en de barstdruk worden
bestudeerd. Op deze manier wordt een objectieve en cijfermatige inschatting gemaakt
van de (na)delen van de ring test.

Met thermische seizoensopslag kan zonne-energie uit de zomer worden opgeslagen tot in de winter om te gebruiken voor de verwarming van woningen. De opslagtechnologie wordt gecombineerd met andere componenten in een globaal warmtenetwerk. In de thesis worden verschillende concepten voor zo'n warmtenetwerk met seizoensopslag ontworpen en vervolgens geëvalueerd op CO₂-uitstoot en kostprijs.

Ontwikkeling en validatie van warmte- en faseveranderingsmodellen om inwendige vertandingen voor een Formula Student racewagen te laserharden.

Betreft de ontwikkeling van een bewegingsschattings en -compensatiesysteem dat minder-invasieve hart procedures moet toelaten. Het systeem wordt geïntegreerd in een chirurgische robot en moet de chirurg toestaan te opereren op het hart alsof het stilligt, terwijl in feite de robot de beweging van het hart volledig compenseert.

Dit werk presenteert het ontwerpproces van een modulair robotsysteem ter verbetering van onkruidbeheer in biologische beddenteelt. Het resultaat is een lichtgewicht robotvoertuig met een configureerbare werktuigeenheid. Dit platform is in staat onkruid mechanisch te verwijderen bij het ontkiemen.

Zal het vermogen van een waterstofmotor kunnen tippen aan zijn fossiele equivalent? Wat gebeurt er met de efficiëntie en de emissies van dergelijke motor? Aan de hand van een model kan op een kostenefficiënte manier uitgebreid onderzocht worden welke mogelijkheden er zijn voor waterstofmotoren.

Het betreft een optimalisatie van een centrifugaalcompressor bij Fluxys te Zeebrugge. Het was een anti-surge probleem waardoor de compressor niet op het optimaal werkingspunt kon werken. Het gevoerde onderzoek leidde tot een optimalisatie van de anti-surge regeling.

Steeds meer worden geautomatiseerde lijmprocessen geïmplementeerd in productieprocessen, dit om een representatieve en continue verlijming te garanderen. Deze lijmunit wordt in combinatie met een robot gebruikt om een lijmproces te automatiseren. Bijkomend wordt een kwaliteitscontrole uitgevoerd met een camera.

Spectroscopische karakterisatiemethodes zoals LIBS kunnen recyclagebedrijven helpen aluminiumschroot beter te sorteren. Hierdoor wordt het mogelijk meer aluminium te recycleren, wat heel voordelig is voor het milieu. Ook voor de recyclagebedrijven zelf is het vanuit een financieel oogpunt interessant beter te kunnen sorteren.

In dit werk wordt een nieuwe dimensioneringsmethode ontwikkeld voor boorvelden. Daarnaast wordt er een inzichtelijke methode ontwikkeld voor hybride geothermische verwarmings-en koelsystemen. Het blijkt dat zulke hybride systemen een economisch (en ecologisch) voordeel hebben.

In deze thesis wordt de impact van de invoer van een mobile stroke unit in UZ Leuven voor patiënten met een ischemische beroerte ingeschat. De meest ingrijpende invloedsfactoren op de effectiviteit van de mobile stroke unit zijn de drieminutenregel en de performantie van de nooddispatch. De gemiddelde tijdswinst tot behandeling voor beroertepatiënten in oost Vlaams-Brabant varieert sterk afhankelijk van de implementatiewijze van de mobile stroke unit.

Om de energieproblemen van het Senegalese pluimveebedrijf 'Le Coquetier Social' op te lossen hebben we een windmolen ontworpen. Dit is een windmolen die platgelegd kan worden, waardoor de opbouw en het onderhoud veiliger kunnen gebeuren.

Automatische toediening van medicatie heeft het potentieel onze relatie met geneesmiddelen te revolutioneren. In dit eindwerk werd aangetoond dat automatische toediening van verdovingsmiddelen mogelijk is. Het ontwikkelde algoritme garandeert de veiligheid van de patiënt en kan ook voor andere toepassingen gebruikt worden.

Binnen deze thesis wordt de integreerbaarheid van hernieuwbare technologieën (warmtepomp, zonnepanelen en zonnecollectoren) met het productieproces van sanitair warm water bestudeerd. In een eerste deel wordt gekeken welke invloed de dimensionering en de aansturing van de hernieuwbare technologieën heeft op verschillende outputkarakteristieken van elk systeem. Hierna volgt een vergelijking tussen de hernieuwbare technologieën voor verschillende scenario's om te kijken welke technologie het meest geschikt is voor de productie van sanitair warm water. Deze vergelijking gebeurt op basis van energetische, economische en ecologische aspecten.

Numerieke scheursimulaties voor scheurgroei en -initiatie vergelijken en valideren met elkaar a.h.v. een testcase. Deze zijn de: Element Free Galerkin Method, Extended Finite Element Method, Phase-Field Fracture Method. De conclusie van deze masterproef is dat de Phase-field Fracture method de meest stabiele is en dat de gevalideerde simulatietechnieken zijn nog niet in staat blijvende vervorming te simuleren.

Deze scriptie beschrijft het ontwerp en de implementatie van een demo-opstelling met een autonoom vliegende drone. In deze demo worden principes uit de regeltechniek geïllustreerd. De studie beschouwt de modellering, lokalisatie, controle en navigatie van drones, en ontwikkelt een structuur om deze aspecten te combineren in een robuust kader dat flexibiliteit toestaat bij de uitvoering van de demo.

De scriptie handelt over de optimalisatie van de nokkenas van een borstelmachine aan de hand van Matlab. Het is in feite een theoretische opdracht, waarbij het resultaat gecontroleerd wordt doormiddel van praktijktesten.

Ballonnen zijn niet enkel leuk op feestjes, ze zijn ook zeer interessant vanuit technologisch standpunt. Zo kunnen we ze samenstellen tot zachte robots die klein, goedkoop en veilig zijn en die zelfs geen sturende elektronica nodig hebben. Deze thesis stelt een nieuwe ballonachtige structuur voor die nieuw complex gedrag van die puur mechanische constructies mogelijk maakt.