Entwurf und Realisierung eines mobilen autonomen Systems variabler Intelligenz (MauSI)

Altenburg, Jens GND

Abstract Mobile autonomous robot systems are frequently subject of scientific investigations. Depending on the problem's aim the examined robots are made purely commercially, i.e. Khepera-Robot, or they are designed especially for the planned experiments. Resulting disadvantages are often either a bad adaption of commercial systems to the necessary experiment or the high costs of an own development. Especially the modification of customary systems causes big problems because of unknown hard- or software interfaces. The robot system "MauSI" has been designed to solve this dilemma. As an as cheap as possible experimental platform this system unites an open software architecture with a broad range of sensors and communication interfaces, like i.e. accelaration or picture sensor and wireless radio communication. On this basis formations of these robots can be controlled by a central steering (global intelligence). The robots' equipment with a powerful CPU allows among the necessary steering or control algorithms for sensors and actors the implementation of a local intelligence in the robot itself. This intelligence makes the robot system act partly autonomously, that means limited in time and/or way in a model environment that is as close to reality as possible. The degree of partly autonomy depends on the concrete environmental conditions. Next to the usage of simple infrared-based distance sensors the use of picture sensors (CMOS-camera) allows an increasing of the partly autonomy. Picture processing enables the robot to detect simple geometrical bodies and to pursue an aim in formation drive. The strategies of local partly autonomy are completed by coupling the local intelligencewith the global one depending on requirements. Unexpected deciding problems lead to a mission stop (giving up the local autonomy) and a new valuation of the situation by global intelligence.

Mobile autonome Robotersysteme sind vielfach Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Je nach dem Ziel der Aufgabenstellung stammen die untersuchten Roboter aus kommerzieller Fertigung, z.B. Khepera-Roboter, oder sind speziell für die geplanten Experimente konzipiert. Damit einhergehende Nachteile sind oft entweder eine schlechte Adaption kommerzieller Systeme an die notwendigen Experimente, bzw. die hohen Kosten einer Eigenentwicklung. Insbesondere die Modifikation handelsüblicher Systeme stößt wegen unbekannter Hard- oder Softwareschnittstellen auf große Probleme. Zur Lösung dieses Dilemmas wird das Robotersystem "MauSI" konzipiert. Als möglichst preiswerte Experimentalplattform vereint dieses System eine offene Software-Architektur mit einer breiten Auswahl von Sensoren und Kommunikationsschnittstellen, wie z.B. Beschleunigungs- bzw. Bildsensor und drahtlose Funkkommunikation. Auf dieser Basis können Formationen dieser Roboter von einer zentralen Steuerung (Globale Intelligenz) kontrolliert werden. Die Ausstattung der Roboter mit einer leistungsfähigen CPU gestattet neben den notwendigen Steuer- bzw. Regelalgorithmen für Sensoren und Aktoren, die Implementierung einer Lokalen Intelligenz im Roboter. Diese Intelligenz befähigt das Robotersystem teilautonom, d.h. zeit- und/oder wegbegrenzt in möglichst realitätsnahen Modellumgebungen, zu agieren. Das Maß der Teilautonomie hängt von den konkreten Umgebungsbedingungen ab. Neben der Nutzung einfacher infrarot-basierter Distanzsensoren, ermöglicht der Einsatz von Bildsensoren (CMOS-Kamera) eine Steigerung der Teilautonomie. Einfache Bildverarbeitung befähigt die Roboter zur Objektdetektion simpler geometrischer Körper und Zielverfolgung in Formationsfahrt. Die Strategien zur lokalen Teilautonomie werden ergänzt durch eine bedarfsabhängige Kopplung der Lokalen mit der Globalen Intelligenz, unerwartete Entscheidungsprobleme führen zum Missionsabbruch (Aufgabe der Teilautonomie) und neuen Situationsbewertung durch die Globale Intelligenz.

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Altenburg, Jens: Entwurf und Realisierung eines mobilen autonomen Systems variabler Intelligenz (MauSI). 2004.

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