Aktive Sensorik für autonome mobile Systeme

Rettungsroboter werden eingesetzt, um Verschüttete zu orten und die Retter über deren Position und Zustand zu informieren. Sie reduzieren dadurch erheblich die Gefährdung für die Rettungskräfte selbst. Zur Unterstützung der Bediener sollen Rettungsroboter möglichst autonom agieren können.Die vorliegende Arbeit zeigt, wie Sensoren durch eine aktive Ansteuerung gezielt Informationen sammeln können und ein Roboter damit auch in unstrukturiertem Gelände autonom agieren kann. Zunächst werden GPS-Empfänger untersucht und deren Genauigkeit im Außenbereich unter Zuhilfenahme verschiedener Korrekturquellen analysiert. Für die Lokalisation im Innenbereich werden Laserentfernungsmesser eingesetzt, deren Entfernungsdaten mit einer gegebenen oder gleichzeitig erstellten Karte verglichen werden. Durch unebenen Boden verursachte Probleme werden durch eine dynamische Halterung für den Distanzsensor gelöst. Zusätzlich wird diese Roll-Nick-Einheit dazu genutzt um 3D-Scans aufzunehmen. Diese werden verwendet um das Gelände um den Roboterherum zu klassifizieren und unpassierbare Bereiche zu erkennen. Aus den 2D- und 3D-Daten werden Karten erzeugt und mit der neu entwickelten Explorationstransformation der Weg zum nächsten Explorationsziel geplant. Zur Opferdetektion wird eine eine Low-Cost Wärmekamera entwickelt, die ein sehr großes Sichtfeld und eine einstellbare Auflösung bietet. Zwei Maßzahlen, eine basierend auf dem Kontrast der Karte und eine auf der Verteilung derAusrichtungen von Wänden, zur vollautomatischen Bewertung derKartenqualität ohne Ground- Truth-Karten werden vorgestellt. Sie werden in einem neu entwickelten Hyper-Partikelfilter einem Partikelfilter von Partikelfiltern verwendet: Jedes Partikel des Hyper-Partikelfilters enthälteinen eigenen Lokalisations-Partikelfilter das Gewicht der Partikel wird mit Hilfe der zuvor beschriebenen Qualitätsmaße ermittelt. Damit werden zerbrochene Karten automatisch erkannt und verworfen; das Ergebnis sind präzise Karten und die Fähigkeit, Schleifen schließen zu können. Zur Integration aller Komponenten wird eine ereignisgetriebene Software-Architektur entworfen, die auf dem Verschicken von Nachrichten basiert und durch intelligentes Speichermanagement auch große Datenmengen effizient verwaltet. Eine intuitive grafische Benutzeroberfläche ermöglichtes Entwicklern und Nutzern, die Sensordaten zu kontrollieren und die internen Zustände des Systems zu überwachen. Die Verfahren wurden von 2004 bis 2010 auf dem mobilen System Robbie entwickelt und bei verschiedenen RoboCup Wettbewerben und SICK robot days seit 2006 eingesetzt. Dabei erreichte Robbie in verschiedenen Kategorien achtmal den ersten Platz, sowohl bei deutschen Meisterschaften als auch bei den Weltmeisterschaften.