Ein Orientierungssystem für mobile Roboter muss vielen Anforderungen gerecht werden. Neben der Möglichkeit, Hindernisse zu erkennen, sollte auch eine Kartenfunktion vorhanden sein, mit der nicht befahrbare Regionen abgespeichert werden können, um sie später sofort zu umfahren. Dabei ist eine Rücksichtnahme auf Fehler in der Karte unerlässlich. Ungenaue Messwerte oder nicht mehr vorhandene Hindernisse können den Roboter dazu veranlassen, freien Flächen auszuweichen, obwohl sie problemlos passierbar wären. Die Karte muss also genauso dynamisch wie die Umwelt sein. Es gibt mehrere Lösungen für die oben genannten Probleme. Auf freien Flächen ist per GPS eine absolute Positionsbestimmung möglich, deren Genauigkeit in den nächsten Jahren noch weiter steigen wird. In geschlossenen Räumen hingegen müsste man auf andere, eigene Systeme ausweichen. Hierfür gab es bereits Projekte, die beispielsweise mit Ultraschall eine genaue Bestimmung der Roboterposition ermöglichten.
Auch die Berechnung des kürzesten Weges durch eine Anzahl von Hindernissen ist schon mit mehreren Algorithmen möglich, die besonders durch die Entwicklung von Computerspielen an Bedeutung gewonnen haben. Sehr verbreitet auf diesem Gebiet ist der A*-Algorithmus, der die Karte in ein Raster zerlegt, dessen Felder mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit entweder befahrbar oder gesperrt sind.
Leider sind diese Verfahren oftmals nur schwer in einer unpräparierten Umgebung einsetzbar und funktionieren entweder nur auf einem Tisch oder gar nur im Rechner. Außerdem sind die Roboter meistens speziell auf das eine Verfahren ausgerichtet und von ihm abhängig. Auch die Installation eines Roboters sollte nicht nur von speziell ausgebildetem Fachpersonal ausgeführt werden können, sondern sollte im Idealfall vollautomatisch ablaufen. Genau justierte Zusatz-Hardware für die Positionsbestimmung ist deshalb äußerst unpraktisch. Zweitens funktioniert der A*-Algorithmus in Computersimulationen sehr gut, ist aber für die nicht-digitale Umwelt weniger geeignet.
Als Ziel unseres Projektes haben wir uns deshalb gesetzt, ein Robotersystem zu entwickeln, das eine zuverlässige Orientierung auch in unbekannten Räumen ermöglicht, trotzdem äußerst einfach zu installieren ist und eine große Ausbaufähigkeit aufweist. Dazu gehört die Entwicklung eines Kartenmoduls mit Wegberechnungs-Algorithmus, ein Verfahren zur Ermittlung der Eigenposition des Roboters, sowie die technische und mechanische Umsetzung des Roboters, mit der das System getestet, weiterentwickelt und präsentiert werden kann. Zusätzlich ist eine Kontrollsoftware nötig, mit der das Robotersystem mit anderen externen Systemen (z.B. andere Robotereinheiten, elektrische Türen etc.) verknüpft werden kann.
Unsere Arbeit hat nicht das Ziel, ein fertiges System vorzustellen, sondern ein Modell zu entwickeln, das sich aber trotzdem in der Praxis beweisen soll.
Problematik und Zielsetzung
Von Johannes Dörr, Florian Manteuffel am 12.06.2009, aktualisiert am 14.06.2009 um 00:05 Uhr