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Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Titel Positionierung.

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Präsentation zum Thema: "Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Titel Positionierung."—  Präsentation transkript:

1 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Titel Positionierung mit GIS, Mobile GIS Roboter Navigation - das Rhino-Projekt Seminarvortrag zur Lehrveranstaltung GIS IV von Bettina Klodner

2 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Übersicht  Was ist Rhino?  Datenermittlung  Positionsbestimmung  Grid-Based and Topological Maps  Movie: Minerva in Aktion

3 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Was ist Rhino? Rhino ist ein mobiler Roboter Typ B21 Hersteller: Real World Interface Inc. Ausrüstung: 24 Schallsensoren 56 Infrarotsensoren 24 Tastsensoren Wheel Encoders Dualfarbkamera 2 Onboardcomputer Was ist Rhino 1994 war Rhino der Einstieg der Universität Bonn beim AAAI „mobile robot Wettbewerb“ (American Association for Artifical Intelligence) 1997 wurde Rhino als Museumsführer für das Deutsche Museum in Bonn entwickelt

4 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick Die Software ist aus einer Sammlung von verschiedenen Modulen zusammengesetzt Sie ist in eine dezentralisierte asynchrone Softwarearchitektur eingebettet Fundamentale Module  Task Planing  Collision Avoidance  Map Acquisition and Motion Planing  Localization  Robot Learning Überblick Wie arbeitet Rhino?

5 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick Sorgfältige Planung in abstraktem oder aufgabenorientiertem Niveau unter Berücksichtigung von  vorhandener Zeit  Auswahl der Ausstellungsgegenstände auf der Tour  Planung des kürzesten Weges, der alle Punkte abdeckt Überblick Task Planing

6 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick Einsatz von dynamic window approach zur Vermeidung von Kollisionen: Reduktion des Suchfensters auf das Dynamische, welches von der erreichbaren Geschwindigkeit innerhalb eines kurzen Zeitintervalls abhängt  Bestimmung der Kurve, in der der Roboter sicher halten kann Überblick Trajectory chosen by RHINO Collision Avoidance

7 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick  Fähigkeit, auf Sensordaten basierende Karten aufzubauen  Interpretiert Sensorablesungen im neuralen Netzwerk  aus Karten werden topologische Graphen entwickelt, die die Umgebung abstrakt und kompakt beschreiben  basiert auf Messwertwiederholungen  Fortpflanzen der Werte in der Karte um den Pfad des geringsten Aufwands zu finden Überblick Map Acquisition Motion Planing

8 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick  ist notwendig um Aufgaben sicher und zuverlässig durchzuführen  wendet die kürzlich entwickelte „position and probability grid approach“ an  Bestimmung der Positionswahrscheinlichkeits- dichtefunktion durch wiederholten Abgleich zwischen Sensordaten und einem Modell der Umgebung Überblick Localization

9 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Überblick Fundamentales Interesse: Wie können wir Roboter entwickeln, die die Fähigkeit besitzen, sich selbst zu verbessern? Überblick Robot Learning

10 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung

11 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung  die Messung erfolgt drei mal pro Sekunde  bei jeder Messung wird die Entfernung zu Objekten in der Umgebung geschätzt Schallsensoren

12 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung Fehlerhafte Datenerfassung Bei langgestreckten Objekten wird die Flanke und nicht die Mittellinie der Welle reflektiert: Radialer Fehler Daraus resultieren Fehler größer als 0.33 m

13 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung Fehlerhafte Datenerfassung Reflektionsfehler tritt auf, wenn der Einfallwinkel größer als der Reflektionswinkel des reflektierenden Strahls ist Trifft der Stahl außerhalb des Reflektionswinkels auf, wird er vom Sensor weg reflektiert und so ein unrealistisch langer Schallstrahl produziert. Er scheint offenbar die Wand zu durchdringen.

14 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung  die Messung erfolgt 10 mal pro Sekunde  Nachweis von Hindernissen durch Senden von Licht und Bestimmung der Intensität des reflektierten Strahls  der Reflektionswert hängt sehr stark von der Farbe des erkannten Objekts ab (Glas, Schwarz) Infrarotsensoren

15 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Datenerfassung  bei Druck wird dies als Sensordaten registriert (durch einen Zusammenstoß mit einem Hindernis)  verfolgen die Umdrehung der Räder  bei kurzen Distanzen ist die Messung fehlerfrei  Fehler werden durch die Beschaffenheit des Untergrunds beeinflusst: rutschiger Boden, Teppich Tastsensoren Wheel Encoders

16 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung  zur Bestimmung von Position und Orientierung in einem metrischen Model der Umgebung  unabhängig von einem Startpunkt  Bayesian approach basierend auf certainty grids  für jede Zelle wird die Wahrscheinlichkeit, daß sie zur momentanen Position des Roboters gehört, bestimmt „Position probability grid approach “

17 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung  abhängig von bekanntem Startpunkt  Lösung liegt in der Korrektur von angehäuften Koppelnavigationsfehlern (Ungenauigkeiten der Wheel Encoders, Nachlassen)  unabhängig von einem Startpunkt  nach einschalten des Roboters soll er sich selber in seiner Umgebung lokalisieren können  die Fähigkeit nach einem Positionsverlust, diese neu zu bestimmen, soll gewährleistet sein Arten der Positionsbestimmung 1. Relative Positionsbestimmung 2. Absolute Positionsbestimmung

18 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung 1. Sie soll mit unsicheren Informationen umgehen können  Ungenauigkeit der Sensoren  Ungenauigkeit des Models der Umgebung 2. Sie soll mit Mehrdeutigkeiten umgehen können  ähnliche Orte können durch eine Einzelmessung nicht eindeutig erkannt werden 3. Sie soll verschiedene Sensordaten miteinander verknüpfen können  notwendig, um Mehrdeutigkeiten aufzulösen Vorraussetzungen an die Methode

19 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung Prechteckiges Wahrscheinlichkeitsgitter xmomentane Position des Roboters x‘Position im Wahrscheinlichkeitsgitter tverstrichene Zeit tWeg des Roboters  betrachte jede Zelle in P als möglichen Standpunkt  bestimme für jedes Paar x, x ‘ die Zustands- übergangswahrscheinlichkeit, die vom zurück- gelegten Weg des Roboters und der vergangenen Zeit seit der letzten Messung abhängt Bewegung des Roboters

20 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung Positionsbestimmung in einer typischen Umgebung Geg.: Anfangspunkt Endpunkt Weg Gem.:12 Sonarmessungen Alle möglichen Pfade werden in der Karte eingetragen

21 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung Positionsbestimmung in einer typischen Umgebung WS nach 1. SchrittWS nach 2. Schritt

22 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung Positionsbestimmung in einer typischen Umgebung WS nach 4. SchrittWS nach 12. Schritt

23 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Positionsermittlung Positionsbestimmung in einer typischen Umgebung  Nach 12 Schritten sind alle Mehrdeutigkeiten beseitigt  daraus resultiert ein einziger Pik mit der Wahrscheinlichkeit 0.26 als Endpunkt  hierbei handelt es sich tatsächlich um die korrekte Position des Roboters

24 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Grid–Based and Topological Maps  diskretes 2D Wahrscheinlichkeitsgitter  Sensordaten müssen in Wahrscheinlichkeitswerte für jede Zelle transformiert werden Grid –Based and Topological Maps Grid–Based Maps

25 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Grid–Based and Topological Maps  werden aus grid-based maps entwickelt  Übereinstimmung der Karten  Freiraum wird in kleinere Regionen unterteilt, die durch kritische Linien getrennt werden  die zerteilte Karte wird in einen Graph gleicher Form umgewandelt  sind abstrakte Repräsentationen für metrische Karten  Planungen sind mehr als dreimal effizienter während der Performanceverlust nur 1.82% beträgt Grid –Based and Topological Maps Topological Maps

26 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Grid –Based and Topological Maps Entwicklung von Topological Maps aus Grid –based Maps Grid –Based and Topological Maps Grid –based Map Topological Map

27 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Grid–Based and Topological Maps Vergleich von Topological Maps und Grid–based Maps Grid –Based and Topological Maps Grid-based approaches + Konstruktion, Darstellung und Speicherung einfach + geometrische Ortserkennung ist eindeutig und vom Blickpunkt unabhängig + Ermittlung kürzester Pfade möglich - Planung ineffizient - Speicherbedarf zu groß - genaue Positionsbestimmung des Roboters notwendig

28 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Grid –Based and Topological Maps Vergleich von Topological Maps und Grid –based Maps Grid –Based and Topological Maps Topological approaches + Planung effizient + Speicherbedarf gering + genaue Positionsbestimmung des Roboters nicht notwendig - Konstruktion und Speicherung in großer Umgebung schwierig - geometrische Ortserkennung ist nicht eindeutig und vom Blickpunkt abhängig - ergibt nicht immer die optimalen Pfade

29 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion

30 Projekt Das Rhino - Projekt Was ist Rhino Überblick Datenerfassung Positionsermittlung Grid–Based and Topological Maps Movie: Minerva in Aktion Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hat jemand eine Frage? Ende


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