Forschungsthemen
[] Konzeption und Implementierung eines Kartographierungsalgorithmus für Kugelroboter
Das simultane Lokalisieren und Kartographieren (SLAM) ist in der heutigen Zeit der Automatisierung und mit zunehmender Anzahl von Service-, Industrie- und Transportrobotern, sowie autonomen Fahrzeugen ein immer wichtigerer Teil der Forschung und Entwicklung von Robotersystemen. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Robotersysteme, die für die Kartographierung und Lokalisierung in Gebäuden eingesetzt werden können. Diese verwenden hauptsächlich visuelle Sensoren (Laserscanner, Tiefenbildkameras, RGB-Kameras, …) oder Funksysteme (BeSpoon) zur Lokalisierung im Raum. Diese Systeme sind meist sehr groß, unhandlich oder aufwendig zu installieren. Weiterhin haben sie einen hohen Energieverbrauch, da komplexe Sensorinformationen ausgewertet werden müssen. Als Alternative hierzu gibt es seit einigen Jahren die Sphero Kugelroboter, welche mit BB-8 aus Star Wars 7 vergleichbar sind. Sie sind sehr klein mit einem Durchmesser von ca. 10cm und durch die Verwendung von inertialen Messeinheiten (IMU) unabhängig von äußeren Umständen. Die Herausforderung besteht darin, nur über den zurückgelegten Weg des Roboters und das Zusammenstoßen mit Hindernissen die Umgebung zu Kartographieren. Im Gegensatz dazu benötigen Systeme mit RGB-Kameras gut ausgeleuchtet und kontrastreiche Räume zum Finden von Referenzpunkten. Laserscanner und Tiefenbild Kamera System haben wiederrum Probleme mit spiegelnden bzw. Glasflächen und Räumen in denen es kaum Ecken gibt, da in diesen Fällen die Genauigkeit der SLAM-Verfahren von der korrekten Lokalisierung im Raum abhängt, welche bei homogenen Räumen erschwert wird und zu Fehlinterpretationen führen kann. Die Hochschule für Technik und Wirtschaft in Dresden hat ein JAVA basiertes Robotik Framework „GeneralRobot“ entwickelt, welches eine Vielzahl von Laserscanner basierten SLAM-Verfahren bereitstellt. Dieses Framework wurde in früheren Arbeiten am Lehrstuhl Softwaretechnologie der TU-Dresden um eine dynamische Austauschbarkeit der verschiedenen Implementierten SLAM-Komponenten zur Laufzeit erweitert. Das Ziel dieser Arbeit ist es eine SLAM-Komponente für Kugelroboter zu entwickeln, die später in das Framework integriert werden kann. In dieser Bachelorarbeit soll erarbeitet werden, wie gut Kugelrobotern (speziell der Sphero Roboter) für Kartographierung geeignet sind und ob es bereits Implementierungen diesbezüglich gibt. Hierfür müssen die möglichen Einsatzgebiete bezüglich der Hardwareeinschränkungen abgesteckt werden. Außerdem sind die Genauigkeit, Bahntreue und weitere SLAM kritische Gesichtspunkte zu untersuchen. Dabei sind folgende Teilaufgaben zu erledigen: - Analyse aktueller Ansätze und Implementierung für SLAM-Verfahren für bestehende Kugelroboter Plattformen mit IMU Sensorik - Auswahl des passenden SLAM-Verfahrens für die Kugelroboterplattform Sphero - Umsetzung einer Prototypischen Kartographierungsimplementierung für den Sphero Kugelroboter - Evaluation der Hardwarezuverlässigkeit und Kartographierungsgenauigkeit in einer Testsuite
Betreuer: Sebastian Werner