Modell für ein mobiles Robotersystem
Unser System umreißt die Grundfunktionen, mit denen mobile Robotersysteme in Zukunft in verschiedensten Anwendungsgebieten eingesetzt werden könnten.
- Kartenverwaltung, die es dem Roboter ermöglicht, Informationen über seine Umwelt zu speichern und sie im Kontext seiner aktuellen Position bzw. seinem Ziel wieder abzurufen. Das Verfahren sollte um neue Kartenobjekte erweiterbar sein, um den Handlungsspielraum des Roboters nach Bedarf erweitern zu können. Die Speicheranforderungen sollten dabei so gering wie möglich bleiben.
- Wegberechnung, die eine zielgerichtete Navigation mit Hilfe der Karte erlaubt. Da sie mit der Karte eng verknüpft ist, muss auch sie erweiterbar sein.
- Positionskontrollen, über die der Roboter bei Bedarf die Eigenposition abgleichen kann. Sie können an nahezu beliebigen Plätzen positioniert werden und müssen sich vom Zugriffsradius nicht überschneiden.
- Hardware zur Positionsbestimmung, die keine externen Geräte benötigt und direkt auf dem Roboter installiert ist. Dadurch ist er vollkommen unabhängig von weisenden Signalen und kann somit auch in "Löchern" der Positionskontrollen navigieren. Damit diese relative Positionsbestimmung nicht zu ungenau wird, müssen Sensoren gewählt werden, die den Weg möglichst direkt (und nicht indirekt, beispielsweise per Umdrehungsmessung der Räder) abnehmen.
- Sensorik zur Kollisionsvermeidung, mit der Hindernisse erkannt und in die Karte eingespeichert werden können.
- Ein Kontrollserver, über den der Roboter mit anderen elektronischen Geräten, zum Beispiel auch mit anderen Robotern, kommunizieren kann.
- Selbstorganisation, wodurch eine aufwendige Installation des Systems entfällt. Hindernisse werden beispielsweise vom Roboter selbstständig in die Karte eingetragen, Positionskontrollen automatisch erkannt etc.
- Administrationsmöglichkeit, mit der trotz aller Automation individuelle Konfigurationen vorgenommen werden können.
Form des Roboters
In Verbindung mit der Positionsbestimmung fiel uns auf, dass die von uns gewählte Roboterform nicht die günstigste ist, obwohl sie sehr verbreitet ist. Besser geeignet sind so genannte Synchro-Drives. Sie besitzen in der Regel vier Räder, die alle angetrieben und synchronisiert gelenkt werden. Dies hat zur Folge, dass der Roboter seine Orientierung in eine Richtung nie ändert und statt zu Lenken praktisch einfach seitwärts weiterfährt. Eine Positionsbestimmung mit Hilfe eines optischen Sensors (siehe Positionsbestimmung) wäre hier besonders einfach zu realisieren, da sich der Sensor selber nicht dreht und seine x- und y-Achsen denen der Karte entsprechen. Eine Umrechnung wie bei der Odometrie ist somit nicht nötig. Über einen zweiten Sensor, dessen x-Achse immer in Fahrtrichtung zeigt, könnten Abweichungen festgestellt werden, da sich der y-Wert bei einer perfekten Fahrt nicht verändern sollte. Synchro-Drives sind somit eigentlich bessere Roboterplattformen, wenn relative Wegmessungen durchgeführt werden. Aus diesem Grund haben wir vor, einen neuen Roboter zu konstruieren, um noch bessere Ergebnisse erzielen zu können.
Ausblick
Obwohl unsere gesamte Software zuverlässig funktioniert, bestehen noch Optimierungsmöglichkeiten. Da beispielsweise die Rechenzeit bei der Wegberechnung mit der Anzahl der Objekte in der Karte ansteigt, wäre eine Funktion wünschenswert, die momentan irrelevante Objekte ausblendet. In einer Karte, die mehrere Räume beinhaltet, könnten somit bei der Navigation innerhalb eines Raums die Hindernisse in den übrigen Räumen ignoriert werden, da sie in der Wegberechnung nicht von Belang sein werden.
Eine Ergänzung der Kartenfunktionen könnte es möglich machen, mehrere Etagen zu verwalten. Momentan ist eine Navigation nur auf einer Ebene möglich.
Die Anwendungsmöglichkeiten eines Robotersystems, ähnlich dem unseren, sind sehr reichhaltig. In unserem Projekt haben wir uns absichtlich nicht auf einen bestimmten Bereich spezialisiert, da wir gerade eine universelle Plattform entwickeln wollten. Mit dieser ist es nun möglich, einen ganz speziellen Aufgabenbereich zu automatisieren. Diese Einrichtung wird sich dadurch auszeichnen, dass sie eine einfache Konfiguration erlaubt und viele Ausbaufähigkeiten besitzt.
Literaturverzeichnis
- Robert Sedgewick - Algorithms 2nd Edition, Addison-Wesley Co., 1988
- Robert Sedgewick - Algorithms in C++ 1st Edition, Addison-Wesley Co., 1992
- Gordon McComb: The Robot Builder's Bonanza, 1. Oktober 2000, 2. Auflage