DARPA Grand Challenge Autonome intelligente Roboter ~Seminar~ Oualid Hamdi

*Inhaltsverzeichnis 1.Einleitung 2.Die Grand Challenge 2.a.Die Route 2.b.Regeln 3.Die Hardware 4.Die Software 5.Zusammenfassung

Einleitung Die Grand Challenge ist ein Wettbewerb, der von der DARPA ausgetragen wird. (Rennen zwischen autonomen Roboterfahrzeugen). DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ist eine Zentrale Forschungs- und Entwicklungsorganisation des DOD (Department of Defence), des Verteidigungsministerium der USA. Aufgabe: Forschung + Entwicklung von Technologien ->diese Technologien sollen bis 2015 eingesetzt werden. ->Zumindest sollen 2/3 alle Miltärvehikel autonom fahren.

Die Grand Challenge Die Erste Grand Challenge: -Datum: 13.März Ort: Mojava-Wüste in US-Bundesstaat NEVADA (USA) -Strecke: 150 Meilen (~241 Km) -Zeit: 10 Stunden -Anzahl der Teams: 106 -Gewinn-Preis : US$ 1.Mio

Die Grand Challenge Ergebnis: -> Das Erfolgreichste Fahrzeug konnte nur 7,4 Meilen (~11,9 Km) zurücklegen -> weniger als 5 % von der gesamten Strecke.

Die Grand Challenge Die zweite Grand Challenge: -Datum: 8-9.Oktober Ort: Mojava-Wüste (NEVADA) -Strecke:132,2 Meilen (~ 212,76 Km) -Zeit: 10 Stunden -Anzahl der Teams: 195 -Gewinn-Preis: $ 2.Mio

Die Grand Challenge Ergebnis: ->nur 4 Teams von den 195 haben die Strecke in weniger als 10 Stunden geschafft. ->Sieger des Rennens war der Team der Universität Stanford mit einem modifizierten VW Touareg namens Stanley, der die Strecke in 6 h, 53 min, 58 s geschafft hat. ( d.h eine Durschnittgeschwindigkeit von Etwa 31 km/h)

Die Grand Challenge Das Team von Stanford feiert Stanley

Die Grand Challenge Die dritte Grand Challenge: [DARPA Urban Challenge 2007] -Datum: 3.November Ort: Bebautes Gebiet (innerstädtischen Kurs) -Strecke: 60 Meilen -Zeit: 6 Stunden -Anzahl der Teams: 79 (Stand Juni 2007) -Gewinn-Preis: US$ 2.Mio (für Sieger) + US$ 1.Mio (Zweiter) +US$ (für dritter)

Die Grand Challenge Regeln: Strafen: Die DARPA hat auf der Strecke offizielle Beobachter. Verursacht ein Fahrzeug einen Unfall oder fährt es gefährlich wird es disqualifiziert. Verkehrsbehinderung werden mit Zeitstrafen geahndet. Kollisionen: Kollisonen -> Fahrzeuge werden durch den E-Stop angehalten und der Kurs aufgeräumt. -Die Fahrzeuge, welche die Kollision verursacht haben können disqualifiziert werden. -Die Fahrzeuge, die durch die Kollision geschädigt wurden ->reparieren und neu starten.

Die Grand Challenge -Farzeuge müssen parken können (correct parking) -Fahrzeuge müssen im Regen und im Nebel funktionieren -wichtig sind Abstände zwischen den Fahrzeugen -Hier sind Verkehrsregeln, vor allem Vorfahrtregeln an Kreuzungen… zu beachten. -DARPA liefert das Wegnetz, 24 Stunden bevor das Rennen beginnt

Die Grand Challenge-Die Route -Die Teilnehmer, wurden darauf hingewiesen, dass sie sich auf folgende Hindernisse einstellen müssen: *Sandiger Boden *Bäche *Böschungen *Wasserlacken *Berge … -Es gab aber auch unnatürliche Hindernisse : z.b ein Tunnel der 150 m lang ist, der von Teilnehmer durchfahren werden musste. ->Problem: GPS (Global Position System) funktionierte im Tunel nicht!! (Fahrzeuge könnten sich nur auf ihren angebrachten Sensoren verlassen)

Die Grand Challenge-Die Route Hindernisse-Route

Die Grand Challenge-Regeln Das Fahrzeug muss autonom am Boden fahren und innerhalb von 10 Stunden die Strecke absolvieren. Das Fahrzeug darf ein von der DARPA Gebiet nicht verlassen. Das Fahrzeug darf öffentliche zugängliche Signale, wie das GPS nutzen. Das Fahrzeug darf kein anders Fahrzeug berühren. Es ist eine autonome Service Station erlaubt, die sich ungefähr auf halber Strecke befindet. Möchten Teams aus anderen Staaten (nicht USA) teilnehmen, müssen Sie einen Team-Leader haben, der die amerikanische Nationalität hat.

Die Grand Challenge-Die Hardware -Die Ladefläche des Stanley wurde zur Gänze dafür benutzt für:.Prozessoren.Kabel.1Gigabit Ethernet-Switch.Schnittstellen für die Sensoren (die an der Außenseite angebracht sind - Es wurde im Laderaum die Energieversorgung (Stromnetz + Ersatzbatterien) untergebracht.

Die Grand Challenge-Die Hardware -Stanleys Innenleben-

Die Grand Challenge-Die Hardware - Stanley ist mit 6 Pentium M Motherbords ausgestattet, die eine schnellere Ausführung der Befehle bei geringerem Energieverbrauch ermöglichen.

Die Grand Challenge-Die Hardware Sensoren und Antennen im Dachgepäck

Die Grand Challenge-Die Hardware SICK Lasermesssystem: -Sick -> Deutsches Unternehmen -> spezialisiert in Herstellung von Sensoren. -Es wird so gennante LIDARs verwendet: -LIDAR ist eine Abkürzung von RADAR (radiowave detection and ranging) und bedeutet > -statt Funkwellen (RADAR), werden Laserstrahlen verwendet. -mit diesen Laserstrahlen wird die Umgebung getestet. -die Reichweite eines LIDAR kann bis auf 80 m konfiguriert werden. -Stanley verwendet 8 LIDARs

Die Grand Challenge-Die Hardware Wie arbeitet eine LIDAR? -Pulzlaufzeit-Prinzip -Ein gepulster Laserstrahl wird von Objekten in der Umgebung reflektiert und im Empfänger des Scanners registriert. -Zeit zwischen Senden und Empfangen Entfernung -Fächerformige Abtastung durch internen Drehspiegel. -Kontur entsteht durch Folge von Impulsen.

Die Grand Challenge-Die Hardware Was misst man damit? -Die Lasermesssysteme können in 3 unterschiedlichen Modis arbeiten:.Messung der Entfernungswerte.Messung Empfangsenergiewerte.Kombination von beidem Messmethoden

Die Grand Challenge-Die Software -Betriebsystem Linux Softwaremodule mit insgesamt rund Zeilen Quelltext (Programmierzeilen) (Windows XP besteht aus über 40 Millionen Zeilen Quelltext!!) -Das Team musste ca. 250 MB Daten pro Stunde von den Lasern verarbeiten. -Wurde noch die Kamera hinzugeschaltet, erhöhte sich der Datenfluss um 1 GB pro 5 Minuten.

Die Grand Challenge-Die Software Erkennung der Umwelt: -Die durch die 5 Laserscanner registrierten Daten der Umgehbung konnten visualisiert werden. -das folgende Bild zeigt einen Weg mit seitlichen Hindernissen. Die verschiedene Farbe entsprechen die physikalische Lasersensoren. (siehe Bild)

Die Grand Challenge-Die Software Laser Daten Hindernisse

Die Grand Challenge-Die Software -Stanley macht 30 frames/sec.

Die Grand Challenge-Die Software -Eine weitere wichtige Visualisierung bildet die so genannte *Drivability Map*, welche den aktuellen Erkennungszustand des System abbildet. -Dies ist durch Integration der Daten von allen 3 Sensor-Typen (RADAR, LIDAR, Kamera) entstanden.

Die Grand Challenge-Die Software Drivability Map

Zusammenfassung - Die Grand Challenge = Wettbewerb (Rennen), der durch die verwendete Technologien, die USA in Kriegfall helfen soll, humane Verluste zu vermeiden. - Das Team der Elite-Universität Stanford konnte diesen Erfolg für sich buchen. Ihr autonome Roboter Stanley gewann die letzte Grand Challenge mit eine hervorragender Hardware und eine professionelle Software, den schwierigsten Parcours durch die Wüste.

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Quellen

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