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Vielseitig einsetzbar: Moderne 3-D-Umgebungserkennung für mobile Robotersysteme

20.04.2012
Fraunhofer IPA präsentiert auf der Automatica Verfahren zur 3-D-Umgebungskartierung für autonome und teleoperierte Roboter

Warum war in Fukushima die Erkundung der havarierten Kernkraftwerke mit ferngesteuerten Robotern so mühsam und langwierig?



»Mit moderner 3-D-Sensorik wäre das besser und schneller gegangen«, meint Georg Arbeiter, Projektleiter am Fraunhofer IPA in Stuttgart. Auf der Automatica 2012 präsentiert sein Team die am Fraunhofer IPA entwickelte Methode zur 3-D-Umgebungskartierung, mit der mobile Serviceroboter sich besser in ihrem Einsatzraum zurechtfinden, Bewegungen und Manipulationen gezielter vornehmen können, mit der autonome Roboter und Transportsysteme sicher und kollisionsfrei navigieren und mit der teleoperierte Roboter ihren Bedienern ein zuverlässiges Umgebungsbild für die sinnvolle und effektive Fernsteuerung liefern.

Die Fernsteuerung mit Hilfe einer dreidimensionalen Umgebungsrepräsentation, die aus der kontinuierlichen Verarbeitung von als »Punktewolken« aufgenommenen Sensordaten entsteht, ist nur eine von vielen verschiedenartigen Einsatzmöglichkeiten des IPA-3-D-Kartierungsverfahrens. »Die Sensortechnik hat in den letzten Jahren gewaltige Sprünge gemacht, die verfügbaren 3-D-Kameras sind zugleich effektiver und preisgünstiger geworden«, erklärt Georg Arbeiter.

»Mit unserer langjährigen Erfahrung in diesem Bereich haben wir uns diesen Fortschritt rasch zunutze gemacht und können so eine vielseitige Technologie anbieten, die sich für die unterschiedlichsten Anforderungen und Anwendungen maßschneidern lässt.« Nicht nur Wartungs- und Rettungsroboter können mit einem sinnvollen 3-D-Umgebungs bild effektiver gesteuert werden als mit dem »Tunnelblick« einer herkömmlichen 2-D-Livekamera, wie sie beispielsweise in Fukushima eingesetzt wurde. Auch autonom operierende Serviceroboter können mit der am Fraunhofer IPA entwickelten 3-D-Umgebungserkennung ihre Bewegungen und Aktionsabläufe intelligenter und kollisionsfrei planen: Der Roboter »versteht« seine Umgebung und kann auf sie reagieren, indem er beispiels weise Hindernisse erkennt und umgeht oder gezielt Objekte wie Ablageflächen, Türen oder Maschinen identifiziert, die bestimmte Aktionen erfordern, die er mit diesem »Wissen« vorausplanen kann.

Denkbare Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise Inspektionsaufgaben in fabrikähnlichen Anlagen, fahrerlose Transportsysteme oder Systeme für autonomes Autofahren im Straßenverkehr der Zukunft. Die Verarbeitung der kontinuierlich aufgenommenen Sensordaten durch das IPAVerfahren zur 3-D-Kartierung erfolgt in mehreren Schritten: Die Punktewolken werden zunächst vorverarbeitet, indem »Datenrauschen« durch Filter entfernt und die Datenmenge, sofern erforderlich, durch »Downsampling« für die Weiterverarbeitung reduziert wird. Anschließend werden die einzelnen Sensormessungen in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert und abgeglichen und eine Punktekarte der Umgebung errechnet. In einem weiteren Schritt werden dann Merkmale der Umgebung, z. B. Regelgeometrien, gezielt extrahiert.

Weitere Informationen zur Roboter-Erkundung der havarierten Kernkraftwerke von Fukushima: http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/fukushima-robot-operator-diarie

Mehr auf der Automatica – 5. Internationale Fachmesse für Automation und Mechatronik 22. bis 25. Mai 2012 Neue Messe München Halle B3 | Stand B3-331

Axel Storz | Fraunhofer Mediendienst
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

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