3D-Roboterkartenbau in Osnabrück

Abstract

Zusammenfassung Seit Herbst 2004 existiert die Arbeitsgruppe "Wissensbasierte Systeme" am Institut für Informatik der Universität Osnabrück. Ein Langfristziel der Arbeitsgruppe besteht darin, Schlussfolgerungs-und Planungsverfahren der KI für den Einsatz online und onboard auf mobilen Robotern einsetzbar zu machen. Ein daraus abgeleitetes Arbeitsthema ist der Bau von semantischen Roboterkarten basierend auf 3D-Laserscans bei 6-dimensionalen Scanposen. Wir geben einen Überblick über die wichtigsten Ergebnisse dazu und über unsere Perspektive dieses Themas für die Zukunft.Eine Roboterkarte ist eine explizite Repräsentation des Raums, die der Roboter für seine Steuerung nutzt. Raum ist bekanntlich dreidimensional, und in vielen Fällen der Robotersteuerung ist 3D-Information über die Roboterumgebung erforderlich: Ein mobiler Roboter darf beispielsweise weder mit überhängenden Tischplatten kollidieren, die in der Scanebene seines Laserscanners unsichtbar sind, noch darf er in den weiten Freiraum fahren, der in Fußbodenhöhe über einem Treppenaustritt liegt.Ein beträchtlicher Teil der Literatur über SLAM behandelt Kartierung nur in der Ebene. Für das Verständnis des Problems wie für manche Anwendungen in abgeschlossenen Gebäudestockwerken ist das angemessen. Für Arbeiten und Anwendungen, mit denen einige der Koautoren seit Mitte der 1990er Jahre befasst waren, traf das jedoch nicht J. Hertzberg ( ) · K. Lingemann · C. Lörken · A. Nüchter · S. Stiene · T. Wiemann zu, nämlich kollisionsfreie Navigation Fahrerloser Transportsysteme und Bewegungssteuerung kinematisch komplexer Sensorplattformen zur Inspektion von Abwasserkanä-len. 1 Um Information über die 3D-Umgebungsgeometrie an Bord des Roboters zu bekommen, begannen wir etwa im Jahr 2000, die zur Navigation und 2D-Kollisionsvermeidung üblichen 2D-Laserscanner durch aktive Bewegung zu einfachen 3D-Laserscannern auszubauen; anderswo begannen Gruppen unabhängig davon, die gleiche Idee zu realisieren. Seit 2001 verwendeten wir als eine der ersten Gruppen einen 3D-Laserscanner, der in die autonome Steuerung eines mobilen Roboters integriert war [14,15]. Roboterposen und entsprechend Posen der 3D-Scans sind dabei konsequenterweise in 6D (drei Raumdimensionen, drei Rotationswinkel) zu verarbeiten.Dieser Arbeitsgruppenbericht fasst unsere Ergebnisse der letzten Jahre zum Roboterkartenbau basierend auf 3D-Laserscans zusammen. Ein erster Themenblock behandelt effiziente Varianten des Algorithmus ICP, welche die technische Basis vieler der nachfolgend behandelten Arbeiten bilden (Abschn. 1); ein zweiter Block skizziert SLAM auf Basis 3D-Laserscans bei 6D-Scanposen (6D-SLAM, Abschn. 2).Repräsentation der 3D-Raumgeometrie ist die Basis zur Roboternavigation. Langfristig steckt unser Ziel aber weiter: Wir wollen übliche Schlussfolgerungs-und Planungsverfahren der KI in der Robotersteuerung anwenden, um MenschRoboter-Interaktion zu erleichtern, zielgerichtetes Roboterhandeln zu unterstützen, das Roboterhandeln zu optimieren und die Roboterkartierung selber zu verbessern. Dazu muss ein...