Semantische dreidimensionale Karten für autonome mobile Roboter

Intelligentes autonomes Roboterhandeln in Alltagsumgebungen erfordert den Einsatz von 3D-Karten, in denen Objekte klassifiziert sind. 3D-Karten sind u.a. zur Steuerung notwendig, damit der Roboter komplexen Hindernissen ausweichen und sich mit 6 Freiheitsgraden (x-, y-, z-Position, Nick-, Gier-, und Rollwinkel) lokalisieren kann. Soll der Roboter mit seiner Umgebung interagieren, wird Interpretation unumgänglich. Über erkannte Objekte kann der Roboter Schlussfolgerungen ziehen, sein Wissen wird inspizier- und kommunizierbar. Aus diesen Gründen ist die automatische und schnelle semantische 3D-Modellierung der Umgebung eine wichtige Fragestellung in der Robotik. 3D-Laserscanner sind eine junge Technologie, die die Erfassung räumlicher Daten revolutioniert und Robotern das dreidimensionale Abtasten von Objekten möglich macht. Die vorliegende Arbeit untersucht und evaluiert mit Hilfe eines 3D-Laserscanners und des mobilen Roboters Kurt3D die zur automatischen semantischen 3D-Kartenerstellung notwendigen Algorithmen. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Aufgabe, 3D-Scans in einem globalen Koordinatensystem zu registrieren. Korrekte, global konsistente Modelle entstehen durch einen 6D-SLAM Algorithmus. Hierbei werden 6 Freiheitsgrade in der Roboterpose berücksichtigt, geschlossene Kreise erkannt und der globale Fehler minimiert. Die Basis des 6D-SLAM ist ein sehr schneller ICP-Algorithmus. Im zweiten Teil geht es darum, die Punktmodelle mit Semantik zu versehen. Dazu werden 3D-Flächen in einer digitalisierten 3D-Szene detektiert und interpretiert. Anschließend sucht ein effizienter Algorithmus nach Objekten und bestimmt deren Pose, ebenfalls mit 6 Freiheitsgraden. Schließlich wird der in den zahlreichen Experimenten verwendete, mobile Roboter Kurt3D vorgestellt.Semantic three dimensional maps for autonomous mobile robots Intelligent autonomous acting in unstructured environments requires 3D maps with labelled 3D objects. 3D maps are necessary to avoid collisions with complex obstacles and to self localize in six degrees of freedom (x-, y-, z-position, roll, yaw and pitch angle). Meaning becomes inevitable, if the robot has to interact with its environment. The robot is then able to reason about the objects; its knowledge becomes inspectable and communicable. These arguments lead to requiring automatic and fast semantic environment modelling in robotics. A revolutionary method for gaging environments are 3D scanners, which enable robots to scan objects in a non-contact way in three dimensions. The presented work examines and evaluates the algorithms needed for automatic semantic 3D map building using a 3D laser range finder and the mobile robot Kurt3D. The first part deals with the task to register 3D scans in a common coordinate system. Correct, globally consistent models result from a 6D SLAM algorithm. Hereby 6 degrees of freedom of the robot pose are considered, closed-loops are detected and the global error is minimized. 6D SLAM is based on a very fast ICP algorithm. In the second part semantic descriptions are derived from the point model. For that purpose 3D planes are detected and interpreted in the digitalized 3D scene. After that an efficient algorithm detects objects and estimates their pose with 6 degrees of freedom, too. Finally, the mobile robot Kurt3D, that was used in numerous experiments is presented

Roboterwettbewerb im Ingenieurstudium: interdisziplinäres Projektpraktikum Autonome Mobile Roboter

Das hier beschriebene "Projektpraktikum" stellt selbständiges Lernen und Arbeiten in interdisziplinären Teams in den Vordergrund. Studierende der Elektrotechnik, Informationstechnik, Informatik und Mechatronik haben neun Monate Zeit, um einen mobilen Roboter zu programmieren und treten dann in einem Wettbewerb gegeneinander an

Ein vereinfachtes numerisches Verfahren für die mechanische Simulation in Virtual-Reality-Systemen

Derzeitige Systeme für virtuelle Realität (VR-Systeme) müssen noch in erheblichem Umfang funktional erweitert werden, wenn man mit ihrer Hilfe z.B. autonome mobile Roboter als Interaktionspartner in der VR-Welt modellieren will. Insbesondere muss zukünftig verlangt werden, dass mechanische Vorgänge in der VR-Simulation weitgehend korrekt nachbildbar sind. Mit diesem Ziel im Hintergrund wird hier ein vereinfachtes numerisches Verfahren vorgestellt, welches die dynamische und kinematische Simulation von gelenkgekoppelten Mehrkörpersystemen erlaubt. Das Verfahren ist konsequent auf der elementaren Mechanik der Massenpunktsysteme aufgebaut, umgeht die komplizierte mechanische Gleichungstheorie für Mehrkörpersysteme und führt zu extrem kurzen und durchsichtigen Simulationsprogrammen, wobei allerdings bei der Körpermodellierung zunächst nur diskrete Massenpunktverteilungen realisierbar sind, was für VR-Systeme völlig ausreichend erscheint

Human-Robot Collaboration in Intralogistics: Benefits and Effects on Employees

Die Kommissionierung ist eine besonders zeit- und kostenintensive Tätigkeit in der Intralogistik, vor allem wenn diese manuell ausgeführt wird. Deswegen kann es für Unternehmen wirtschaftlich interessant sein, autonome Kommissionierroboter, die mit Menschen zusammenarbeiten, in einem hybriden System einzusetzen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Vorteile der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit in der Intralogistik und quantifiziert diese exemplarisch mit Hilfe eines Simulationsmodells. Daneben werden praxisnahe Herausforderungen bei der Implementierung derartiger hybrider Systeme in Bezug auf Menschenzentrierung, Ergonomie, Technologie-Akzeptanz und wirtschaftliche Arbeitsleistung im Sinne der Industrie 5.0 beleuchtet.Order picking is a particularly time-consuming and cost-intensive activity in intralogistics, especially if it is carried out manually. That is why it can be economically interesting for companies to use autonomous picking robots working together with humans in a hybrid system. This paper provides an overview of the advantages of human-robot collaboration in intralogistics and as an example quantifies them with the help of a simulation model. In addition, practical challenges in the implementation of such hybrid order picking systems are highlighted in terms of humancentricity, ergonomics, technology-acceptance and economic work performance in the sense of Industry 5.0

GRDT: enhancing model based learning for its application in robot navigation

Robotics is one of the most challenging applications for the use of machine learning. Machine learning can offer an increase in flexibility and applicability in many robotic domains. In this paper, we sketch a framework to apply inductive logic programming (ILP) techniques to learning tasks of autonomous mobile robots. We point out differences between three existing algorithms used within this framework and their results. Since all of these algorithms have problems in solving the tasks, we developed GRDT (grammar based rule discovery tool), an algorithm combining their ideas and techniques. The paper is written in English

Hot water versus herbicides – Swiss railways renounce herbicide use by 2025

Die Schweizerischen Bundesbahnen (SBB, CFF, FFS) verwendeten bis Anfangs der 1990er Jahre Atrazin, um die Vegetation am Gleis zu kontrollieren. Das Herbizid wurde großflächig und undifferenziert versprüht, was zu erheblicher Belastung von Grund- und Oberflächenwasser mit Herbizidrückständen führte. Mitte der 1990er Jahre war das Atrazin gänzlich von Glyphosat abgelöst worden. Kleine Teams gehen noch heute mit der Rückenspritze die Zugstrecken ab und applizieren das Herbizid mit der Rückenspritze. Auf Grund der aktuell weltweiten Bedenken gegen den Einsatz von Herbiziden und Pflanzenschutzmitteln allgemein haben sich die SBB zum Ziel gesetzt, Alternativen für die Vegetationskontrolle im Gleisbereich zu fördern und zu entwickeln. 2018 wurden erste positive Erfahrungen mit der Applikation von Heißwasser gemacht. Daraufhin bauten die SBB 2019 den Prototypen eines Heißwasserspritzzuges. Im Rangierbahnhof Basel bei Muttenz wurden die Effekte Heißwasserbehandlungen mit denen der Glyphosat Applikation und einer Kontrolle unbehandelt verglichen. Agroscope hat mit Vegetationsaufnahmen das Potential der Heißwasserapplikation aufgezeigt.Swiss railways (SBB, CFF, FFS) used atrazin up until the end of the 1980s along railway tracks for controlling the vegetation. The herbicide was sprayed in large scales and indiscriminate use. Glyphosate replaced atrazine as main herbicide from the early 1990s until today. Small crews walking along tracks apply the herbicide as single plant treatment with knapsack sprayers. Because of increasing discredit of glyphosate in public, Swiss railways decided to search for alternatives to herbicides. A tight goal was defined: within three years, a train running with 40 km/h on track must be able to apply hot water in sufficient quantities for killing the vegetation growing in the ballast and on the sidewalks. In 2018, first attempts were made for applying hot water on a railway tracks out of service. In spring 2019, a prototype of the spray train did its first steps – around 200 km – on open tracks spraying hot water day and night. The technique of the spray train is explained in this paper. Agroscope assessed the effects of hot water treatment compared with glyphosate application and “untreated” on four tracks in the Basel freight yard. The effects on vegetation of four treatments were compared and are presented