Modulares Steuerungssystem für autonome mobile Roboter

Ziel der vorliegenden Arbeit war, einen autonomen mobilen Roboter aus Standardkomponenten aufzubauen und dafür ein modulares und leistungsfähiges Steuerungssystem basierend auf Standardsoftware zu entwickeln. Der Einsatzbereich dieser Forschungsplattform sollte zunächst auf Transportaufgaben in Büroumgebungen beschränkt sein. Bei der Auswahl der Komponenten standen Modularität und Offenheit der Schnittstellen vor Ausreizung von technischen Möglichkeiten durch Speziallösungen. Die Implementierung des Steuerungssystems sollte mit objektorientierten Standards auf einem PC möglich sein. Ein Vergleich mit anderen Forschungsprojekten im Bereich autonomer mobiler Robotik hat gezeigt, daß die gewählte Sensorik und Aktorik vergleichbar mit der anderer Systeme und für den Anwendungsfall in Büroumgebungen gut geeignet ist. Grundlage für eine zielgerichtete und geplante Navigation von autonomen mobilen Robotern ist eine für die Einsatzumgebung geeignete Umweltrepräsentation. Dazu gehören auch die zugehörigen Verfahren zur Kartenerstellung und Selbstlokalisation. Für die Forschungsplattform wurde ein integriertes Weltmodell entwickelt, das die Vorteile metrischer und topologischer Weltmodelle kombiniert. Da nicht von einer exakten Gebäudekarte ausgegangen und keine künstlichen Landmarken verwendet werden sollten, wurde als globales topologisches Weltmodell ein zusammenhängender gerichteter Graph definiert, dessen Knoten und Kanten mit Attributen versehen sind. Die Knoten repräsentieren dabei die markanten natürlichen Landmarken der Einsatzumgebung, die durch lokale metrische Weltmodelle als Rasterkarten abgebildet werden, deren Koordinatensysteme unabhängig voneinander sind, so daß eine absolute Positionsbestimmung des autonomen mobilen Roboters nur in Bezug auf den jeweils aktuellen Knoten erfolgen muß. Zur Erleichterung der Navigation können für die typischen Übergänge zwischen den Knoten und Kanten jeweils Referenzdaten für die Sensorik gespeichert werden, beispielsweise Laserscans oder Kamerabilder. Zusätzlich zu vordefinierten Bahnkurven in den Knoten und an den Kanten können zur Unterstützung der lokalen Navigation auch Fahrverhalten für Büroumgebungen konfiguriert werden.