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Roboter erkennen mit Kameras ihre Grenzen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Damit Serviceroboter gefahrlos in Innenräumen navigieren können, werden sie von Kameras und einer speziellen Software unterstützt. Einsatz findet das System vor allem im Smart Home.

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Der Nutzer verwendet einen Laserpointer zum Aufzeigen der Grenzen. Die Laserpunkte werden kooperativ von der mobilen Kamera auf dem Roboter (blaues Sichtfeld) sowie stationären Kameras in der intelligenten Umgebung (gelbes und rotes Sichtfeld) wahrgenommen.
Der Nutzer verwendet einen Laserpointer zum Aufzeigen der Grenzen. Die Laserpunkte werden kooperativ von der mobilen Kamera auf dem Roboter (blaues Sichtfeld) sowie stationären Kameras in der intelligenten Umgebung (gelbes und rotes Sichtfeld) wahrgenommen.
(Bild: FH Bielefeld)

Autonome Systeme wie ein Staubsaugerroboter, den Rasenmähroboter bis zu Servicerobotern mit Greifarmen, die Gegenstände aufheben oder transportieren, unterstützen uns. In puncto Navigation gibt es nun einen Fortschritt: Wissenschaftler der Fachhochschule Bielefeld, Campus Minden, haben ein Verfahren zur Definition des Arbeitsbereichs eines mobilen Roboters entwickelt.

Der Nutzen: Beispielsweise können sensible Bereiche wie Bade- oder Schlafzimmer, oder Stellen, die zu Navigationsfehlern führen können, wie Teppiche, vom Arbeitsbereich ausgeschlossen werden. Bei dieser neu entwickelten Methode wird die Umgebung durch ein Netzwerk verteilter Kamerasensoren überwacht. Die Grenzen des Arbeitsbereichs können vom Benutzer per Laserpointer auf dem Boden aufgezeigt werden. Hier helfen mobile Kameras auf dem Roboter, mehrere ortsfeste Kameras in der Umgebung und die Bildung eines Netzwerks aus allen Komponenten, um die aufgezeigten Grenzen des Nutzers wahrzunehmen. Gesteuert wird das System über eine Software: Die Linien werden vom Roboter als virtuelle Grenzen respektiert, sodass dieser sein Navigationsverhalten entsprechend anpasst.

Einsatz im Smart Home

Der Informatikprofessor Dr. Dr. Matthias König vom Fachbereich Campus Minden, Lehrgebiet Embedded Software Engineering, hat das Verfahren zusammen mit seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Dennis Sprute entwickelt und ist Erfinder des bereits erteilten deutschen Patents DE102018125266B3, welches von der FH Bielefeld angemeldet wurde. Dennis Sprute ist selbst Absolvent des Bachelor- und Masterstudiengangs Informatik am Campus Minden und promoviert nun dort in Kooperation mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.

Das Projekt, in dem das Verfahren entstanden ist, heißt „Seerose - Serviceroboter im Smart-Home“ und wurde von Februar 2016 bis April 2019 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. In dem Projekt geht es generell um die Integration von Servicerobotern in eine Smart-Home-Umgebung, also um das Zusammenspiel von verschiedenen Sensoren und Aktoren. „Das von uns entwickelte Verfahren ist für Endanwender gedacht, beispielsweise für Bewohner einer intelligenten Wohnumgebung, also einem Smart Home, mit mobilen Servicerobotern“, erklärt Dennis Sprute.

„Das Paradebeispiel ist hierbei der Staubsaugroboter, aber generell ist das Verfahren auch für andere mobile Roboter geeignet. Das Ziel des Verfahrens ist es dabei immer, den Arbeitsbereich des mobilen Roboters interaktiv einzuschränken, um beispielsweise Navigationsfehler zu vermeiden“, erzählt Sprute weiter.

Interaktion Mensch und Roboter

Zurzeit vertieft Dennis Sprute das Thema in seiner Dissertation noch weiter: „Ich befasse mich mit neuen Interaktionsmethoden zwischen Mensch und Roboter zur interaktiven Einschränkung des Arbeitsbereichs eines mobilen Roboters. Hierbei betrachte ich sowohl herkömmliche als auch intelligente Wohnumgebungen. Diese Interaktionsmethoden basieren beispielsweise auf der Interaktion mittels eines Laserpointers, wie in dem beschriebenen Patent, oder Augmented Reality.

Das Ziel ist, mit den neuen Interaktionsmöglichkeiten bessere Ergebnisse bezüglich verschiedener Benutzeranforderungen zu erzielen im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik“, erläutert Sprute abschließend.

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