MoCoRo Plattform für mobile kooperative Robotik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
MOCORO wurde eingesetzt, um allgemeine Probleme des kooperativen, verteilten Handelns autonomer, mobiler Systeme zu untersuchen, wie sie in flexiblen Produktionssystemen, der kooperative Exploration und des koordinierten autonomen Fahrens auftreten. Dazu sind schwerpunktmäßig Forschungsarbeiten auf den zentralen Gebieten der zuverlässigen drahtlosen Kommunikation, der adaptiven und dynamischen Sensorfusion, der Bewertung verteilter Sensordaten und der modellbasierten Regelung, aufgrund einer geeigneten Umgebungsmodellierung und verteilten Umgebungserfassung, untersucht worden. Mit MOCORO stand dabei eine modular und kooperativ aufgebaute Roboterplattform zur Verfügung, bei der sich mobile Komponenten mit unterschiedlichen Fähigkeiten zu einer Einheit konfigurieren ließen, die auf die jeweilige Transport-, Explorations-, oder Wartungsaufgabe speziell zugeschnitten war. Dabei konnten Sensorsysteme unterschiedlicher Modalität verwendet werden, so dass heterogene Messdaten, die lokal generiert wurden, verteilt in einen Gesamtzusammenhang, gestellt werden konnten. Das ermöglichte die Abschätzung von Erfolgsaussichten mobiler Manipulationsaufgaben und die Erfassung von Fehlverhalten spezieller Sensorik. Dabei zielten die Forschungsaktivitäten insbesondere auf folgende Aspekte: • Entwicklung von Koordinationsstrategien der Transportplattformen durch Navigationsroboter Für die Umsetzung roboterübergreifender Kartendarstellungen wurde eine Abstraktionsschicht definiert, die die Abbildung verschiedener Karteninformationen und externer Sensordaten der Umgebung auf Occupancy Gridmaps erlaubt. Auf dieser Basis wurden dann kooperative Pfadplanungsstrategien für das Multi-Robotersystem entwickelt. • Untersuchung von Datenaggregationstechniken in heterogenen Netzen In diesem Zusammenhang wurde mit SelectScript eine Anfragesprache entwickelt, die auch auf performanceschwachen Geräten in einer VM interpretiert und ausgeführt werden kann. • Entwicklung neuer echtzeitfähiger und fehlertoleranter Algorithmen zur gleichzeitigen Lokalisierung und Kartierung (SLAM). Diese sind für die (im Sinne der funktionalen Sicherheit) sichere Interaktion zwischen Robotern und ihrer Umgebung notwendig. Bisher eingesetzte SLAM-Algorithmen sind im allgemeinen nicht echtzeitfähig oder bieten für die genannten Anwendungen keine ausreichende Performanz. Es wurde vor allem an Ursachen für häufig auftretende Tracking-Verluste geforscht. Außerdem wurde ein Benchmarking-Framework spezifiziert. • Untersuchung von Strategien zur Synchronisation von roboterübergreifenden Kartendarstellungen. Zu diesem Zweck wurden Protokolle für drahtlose Netze definiert und untersucht. Diese wurden in realen, verteilten Szenarien untersucht, da Simulationen die Realität nur ungenügend abbilden konnten. • Bewertungsschemata für die Gültigkeit von Sensorinformationen im Hinblick auf deren Alter, die Sensoreigenschaften, die Dynamik des Systems usw. die Qualitätsbewertung der Sensordaten bildet einen Schlüssel für die dynamische Integration dieser Informationen. Hierfür wurde ein Beschreibungsformalismus entwickelt und eine Algebra entworfen, die einen Abgleich zwischen den konkreten Fehlerzuständen des Sensors und dem Toleranzrahmen der Anwendung ermöglicht. • Erweiterung bestehender abstrakter Fehlertoleranzmechanismen auf die unterschiedlichen Aktoriken. Die in (3) entwickelten Methoden wurden genutzt, um für die Aktoren eine online-Bewertung der Operationsgüte umzusetzen. Dafür wurden Fehler der Aktorik über nicht-parametrische Verteilungsfunktionen modelliert und mit der gegenwärtigen Sensorqualität evaluiert. • Verfahren zum beschleunigten Zugriff auf Datenbanken durch spezielle Hardware, um die hohen Datenvolumens hinsichtlich der vorhandenen Sensorik (Video, Laser, IR, 3D-Bilder, etc.) zu bewältigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Knowledge-Based Instrumentation and Control for Competitive Industry-Inspired Robotic Domains" KI-Künstliche Intelligenz, Band 30, Springer Berlin Heidelberg
T. Niemüller, S. Zug, S. Schneider, U. Karras
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s13218-016-0438-8) - “Distributed management and representation of data and context in robotic applications” In: 2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems : Chicago, IL, Sept. 14- 18, 2014. Piscataway, NJ : IEEE; 2014, Art. MoC3.12, S. 1133-1140
A. Dietrich, S. Zug, S. Mohammad, J. Kaiser:
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IROS.2014.6942700) - “Adaptive Environment Perception in Cyber-physical Systems” SIGBED Rev., Vol. 12, 2015, Issue 3, ISSN 1551-3688
S. Zug, A. Dietrich, C. Steup, J. Kaiser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1145/2815482.2815484) - “Online Evaluation of Manipulation Tasks für Mobile Robots in Industry 4.0 Scenarios” 20th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) : September 8 - 11, 2015, Luxembourg
S. Zug, Sebastian, S. Wilske, C. Steup, A. Lüder
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ETFA.2015.7301455) - „SELECTSCRIPT -a query language for robotic world models and simulations” IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2015 : 26 - 30 May 2015, Seattle, Washington. - Piscataway, NJ : IEEE, S. 6254-6260
A. Dietrich, S. Zug, J. Kaiser
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ICRA.2015.7140077) - “Context aware architecture for distributed robotics” 21th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), September 8 - 11, 2016, Berlin
M. Seidel, S. Zug
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ETFA.2016.7733646) - “Robust Query Processing in Co-Processoraccelerated Databases" In Proceedings of the ACM SIGMOD International Conference on Management of Data (SIGMOD), pages 1891–1906. ACM, 2016
Sebastian Breß, Henning Funke, and Jens Teubner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1145/2882903.2882936) - “Using Failure Semantics to Maintain Safety for Dynamic Composed Systems” 12th Workshop on Dependability and Fault Tolerance (VERFE), April 4 – 7, 2016, Nürnberg, Deutschland
G. Jäger, T. Brade, S. Zug
- Exploring Gridmap-based Interfaces for the Remote Control of UAVs under Bandwidth Limitations. Proceedings of the Companion of the 2017 ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction, Wien, Austria
M. Riestock, F. Engelhardt, S. Zug, N. Hochgeschwender
(Siehe online unter https://doi.org/10.1145/3029798.3038350) - “User Study on Remotely Controlled UAVs with Focus on Interfaces and Data Link Quality“ IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2017, Vancouver, BC, Canada
M. Riestock, F. Engelhardt, .S Zug, N. Hochgeschwender
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/IROS.2017.8206179)
