"Rolland" - Der Bremer Autonome Rollstuhl

Sicherheit in der Kognitiven Robotik und Verhaltensbasierte Navigation

Unter der Leitung von Professor Dr. Bernd Krieg-Brückner beschäftigt sich die Arbeitsgruppe "Kognitive Robotik" im Fachbereich Mathematik und Informatik an der Universität Bremen mit der Entwicklung eines intelligenten Transportmittels für behinderte und ältere Menschen - dem Bremer Autonomen Rollstuhl Rolland. Der mit Sensorik und Steuer-PC ausgestattete Elektrorollstuhl Meyra Genius 1.522 dient sowohl als wissenschaftliche Experimentierplattform im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Raumkognition" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als auch als Demonstrator für den Einsatz formaler Methoden bei der Entwicklung eingebetteter Systeme.

Die Forschung im Bereich der Raumkognition konzentriert sich auf Fragen der Navigation. Dabei werden Erkenntnisse aus der Psychologie und der (Neuro-) Biologie berücksichtigt, es wird aber auch versucht, in diesen Bereichen noch offene Fragen durch die technische Umsetzung auf einem Roboter zu beantworten. Letzteres ist insbesondere für die kognitive Psychologie interessant, da das Vorwissen eines Roboter-"Probanden", im Gegensatz zu tierischen und menschlichen Versuchskandidaten, sehr leicht exakt definiert werden kann. Neben der theoretischen Beschäftigung mit den Grundlagen der Navigation werden robuste Techniken untersucht, die es dem Rollstuhl, aufbauend auf verschiedenen Grundverhalten wie Wandverfolgung oder Einbiegen in eine Tür, erlauben, auch komplexe Verhaltensweisen zu erlernen. Die entwickelten Navigationsverfahren basieren auf dem optischen Erkennen von Wegmarken (natürliche oder künstliche Orientierungshilfen): Mit einer Videokamera werden markante Objekte in der Umgebung (wieder-) erkannt.

Der Einsatz des Bremer Autonomen Rollstuhls als Anwendungsbeispiel für die Entwicklung sicherer Systeme mit Hilfe formaler Methoden läßt sich mit der besonderen Relevanz von Sicherheitsaspekten in der Rehabilitationsrobotik begründen. Im Gegensatz zur klassischen Industrierobotik leben Menschen in der unmittelbaren Umgebung und häufig auch in direkter Abhängigkeit von einem Rehabilitationsroboter wie Rolland. Daher gilt es, diese Systeme sowohl in bezug auf Kollisionsfreiheit als auch in bezug auf die Befolgung von Benutzeranweisungen sicher zu entwickeln. Mit Hilfe einer Bedrohungsanalyse wurden Sicherheitsanforderungen definiert. Aus dieser Spezifikation ist ein Sicherheitsmodul entwickelt worden, das in Teilen formal verifiziert wurde. Es bildet die Schnittstelle zwischen zu entwickelnden Anwendungen und dem Sicheren Rollstuhl.

Als erste Applikation wurde ein Fahrassistent implementiert, der die vom Benutzer per Joystick vorgegebene Geschwindigkeit je nach aktueller Hindernissituation anpaßt, so daß z.B. bei der Annäherung an ein Hindernis langsam abgebremst wird. Außerdem kann eine Unterstützung bei der Türdurchfahrt erfolgen, das automatische Wenden auf der Stelle ist ebenfalls bereits umgesetzt. Im nächsten Entwicklungsschritt wird die Funktionalität des Fahrassistenten unter anderem um die Möglichkeit der Spracheingabe erweitert.

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Veröffentlichungen

 

Springe zu Jahr:  2005   2003   2002   2001   2000   1999   1998   1997 

2005     nach oben

	U. Frese, P. Larsson, T. Duckett (2005). A Multilevel Relaxation Algorithm for Simultaneous Localization and Mapping. In IEEE Transactions on Robotics, 21 (2), S. 1–12.
	C. Mandel, K. Huebner, T. Vierhuff (2005). Towards an Autonomous Wheelchair: Cognitive Aspects in Service Robotics. In Proceedings of Towards Autonomous Robotic Systems (TAROS 2005), S. 165–172.

2003     nach oben

A. Lankenau, T. Röfer, B. Krieg-Brückner (2003). Self-Localization in Large-Scale Environments for the Bremen Autonomous Wheelchair. In C. Freksa, W. Brauer, C. Habel, K. F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition III, Band 2685, S. 34–61, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.

2002     nach oben

	A. Lankenau, T. Röfer (2002). Mobile Robot Self-Localization in Large-Scale Environments. In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation 2002 (ICRA-2002), S. 1359–1364. IEEE.
	T. Röfer (2002). Using Histogram Correlation to Create Consistent Laser Scan Maps. In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics Systems (IROS-2002), S. 625–630. EPFL, Lausanne, Switzerland.
	T. Röfer, A. Lankenau (2002). Route-Based Robot Navigation. In C. Freksa (Hrsg.). Künstliche Intelligenz - Themenheft Spatial Cognition, S. 29–31. Fachbereich 1 der Gesellschaft für Informatik e.V., arenDTaP.

2001     nach oben

	A. Lankenau (2001). Avoiding Mode Confusion in Service-Robots. In M. Mokhtari (Hrsg.), Integration of Assistive Technology in the Information Age, Proc. of the 7th Int. Conf. on Rehabilitation Robotics, S. 162–167. IOS Press.
	A. Lankenau, T. Röfer (2001). Selbstlokalisation in Routengraphen. In P. Levi, M. Schanz (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2001, S. 157–163, Informatik aktuell. Springer.
	A. Lankenau, T. Röfer (2001). A Safe and Versatile Mobility Assistant. In Reinventing the Wheelchair. IEEE Robotics and Automation Magazine, Nr. 7, S. 29–37.
	T. Röfer (2001). Konsistente Karten aus Laser Scans. In P. Levi, M. Schanz (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2001, S. 171–177, Informatik aktuell. Springer.
	T. Röfer (2001). Building Consistent Laser Scan Maps. In Proceedings of the 4th European Workshop on Advanced Mobile Robots (Eurobot 2001), Band 86, S. 83–90. Lund University Cognitive Studies.

2000     nach oben

	J. Kollmann, T. Röfer (2000). Echtzeitkartenaufbau mit einem 180°-Laser-Entfernungssensor. In R. Dillmann, H. Wörn, von M. Ehr (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2000, S. 121–128, Informatik aktuell. Springer.
	A. Lankenau, T. Röfer (2000). Rollstuhl "Rolland" unterstützt ältere und behinderte Menschen. In FIfF-Kommunikation. Informationstechnik und Behinderung, Nr. 2, S. 48–50. Forum InformatikerInnen für Frieden und gesellschaftliche Verantwortung (FIfF).
	A. Lankenau, T. Röfer (2000). The Role of Shared Control in Service Robots - The Bremen Autonomous Wheelchair as an Example. In T. Röfer, A. Lankenau, R. Moratz (Hrsg.), Service Robotics - Applications and Safety Issues in an Emerging Market. Workshop Notes, S. 27–31.
	A. Lankenau, T. Röfer (2000). Smart Wheelchairs - State of the Art in an Emerging Market. In Künstliche Intelligenz. Schwerpunkt Autonome Mobile Systeme, Nr. 4, S. 37–39. Fachbereich 1 der Gesellschaft für Informatik e.V., arenDTaP.
	A. Musto, K. Stein, A. Eisenkolb, T. Röfer, W. Brauer, K. Schill (2000). From Motion Observation to Qualitative Motion Representation. In C. Freksa, W. Brauer, C. Habel, K. F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition II, Band 1849, S. 115–126, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.
	R. Müller, T. Röfer, A. Lankenau, A. Musto, K. Stein, A. Eisenkolb (2000). Coarse Qualitative Descriptions in Robot Navigation. In C. Freksa, W. Brauer, C. Habel, K. F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition II, Band 1849, S. 265–276, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.
	T. Röfer (2000). Route Navigation and Panoramic Image Processing. In Künstliche Intelligenz. Schwerpunkt Autonome Mobile Systeme, Nr. 1, S. 62–64. Fachbereich 1 der Gesellschaft für Informatik e.V., arenDTaP.
	T. Röfer, A. Lankenau (2000). Architecture and Applications of the Bremen Autonomous Wheelchair. In P. Wang (Hrsg.), Information Sciences, 1-4 (126), S. 1–20. Elsevier Science BV.
	T. Röfer, A. Lankenau, R. Moratz (Hrsg.) (2000). Service Robotics - Applications and Safety Issues in an Emerging Market. Workshop Notes. European Conference on Artificial Intelligence 2000 (ECAI-2000).

1999     nach oben

	A. Lankenau, O. Meyer (1999). Formal Methods in Robotics: Fault Tree Based Verification. In Proc. of Quality Week Europe.
	A. Musto, K. Stein, A. Eisenkolb, T. Röfer (1999). Qualitative and Quantitative Representations of Locomotion and their Application in Robot Navigation. In Proceedings of the 16th International Joint Conference on Artificial Intelligence (IJCAI-99), S. 1067–1073. Morgan Kaufman Publishers, Inc, San Francisco, CA.
	T. Röfer (1999). Route Navigation Using Motion Analysis. In C. Freksa, D. M. Mark (Hrsg.), Proceedings of the Conference on Spatial Information Theory (COSIT-99), Band 1661, S. 21–36, Lecture Notes in Computer Science. Springer.
	T. Röfer (1999). Route Navigation and Panoramic Image Processing. In Ausgezeichnete Informatikdissertationen 1998, S. 132–141. B. G. Teubner, Stuttgart, Leipzig.
	T. Röfer, A. Lankenau (1999). Ensuring Safe Obstacle Avoidance in a Shared-Control System. In J. M. Fuertes (Hrsg.), Proceedings of the 7th International Conference on Emergent Technologies and Factory Automation (ETFA-99), S. 1405–1414.
	T. Röfer, A. Lankenau (1999). Ein Fahrassistent für ältere und behinderte Menschen. In G. Schmidt, U. Hanebeck, F. Freyberger (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 1999, S. 334–343, Informatik aktuell. Springer.

1998     nach oben

	A. Behrens, S. Kubon (1998). Objektverfolgung durch aktive Konturen und Objekterkennung. In A. Bühlmeier, J. Kollmann, B. Krieg-Brückner, T. Röfer (Hrsg.), Sensomotorik autonomer Systeme, Informatik Bericht. ISSN 0722-8996. Universität Bremen.
	B. Krieg-Brückner, T. Röfer, H.-O. Carmesin, R. Müller (1998). A Taxonomy of Spatial Knowledge for Navigation and its Application to the Bremen Autonomous Wheelchair. In C. Freksa, C. Habel, K. F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition, Band 1404, S. 373–397, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.
	A. Lankenau, O. Meyer, B. Krieg-Brückner (1998). Safety in Robotics: The Bremen Autonomous Wheelchair. In Proceedings of the 5th Int. Workshop on Advanced Motion Control (AMC '98), S. 524–529.
	A. Lankenau, T. Röfer (1998). Architecture of the Bremen Autonomous Wheelchair. In B. Hildebrand, R. Moratz, Ch. Scheering (Hrsg.), Architectures in Cognitive Robotics. Technical Report, Nr. 98/13, S. 19–24. SFB 360 "Situierte Künstliche Kommunikatoren". Universität Bielefeld.
	T. Röfer (1998). Routenbeschreibung durch Odometrie-Scans. In H. Wörn, R. Dillmann, D. Henrich (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 1998, S. 122–129, Informatik aktuell. Springer.
	T. Röfer (1998). Strategies for Using a Simulation in the Development of the Bremen Autonomous Wheelchair. In R. Zobel, D. Moeller (Hrsg.), Simulation-Past, Present and Future, S. 460–464. Society for Computer Simulation International.
	T. Röfer (1998). Panoramic Image Processing and Route Navigation. Nr. 7, BISS Monographs. Shaker-Verlag.
	T. Röfer, A. Lankenau (1998). Architecture and Applications of the Bremen Autonomous Wheelchair. In P. P. Wang (Hrsg.), Proceedings of the 4th Joint Conference on Information Systems, Band 1, S. 365–368. Association for Intelligent Machinery.
	T. Röfer, R. Müller (1998). Navigation and Routemark Detection of the Bremen Autonomous Wheelchair. In T. Lüth, R. Dillmann, P. Dario, H. Wörn (Hrsg.), Distributed Autonomous Robotics Systems, S. 183–192. Springer.

1997     nach oben

	J. Kollmann, A. Lankenau, A. Bühlmeier, B. Krieg-Brückner, T. Röfer (1997). Navigation of a Kinematically Restricted Wheelchair by the Parti-Game Algorithm. In Spatial Reasoning in Mobile Robots and Animals, AISB-97 Workshop, S. 35–44. Manchester University.
	A. Lankenau, O. Meyer (1997). Der autonome Rollstuhl als sicheres eingebettetes System. Master's Thesis.
	T. Röfer (1997). Routemark-Based Navigation of a Wheelchair. In Proceedings of the 3rd ECPD International Conference on Advanced Robotics, Intelligent Automation and Active Systems, S. 333–338.
	T. Röfer (1997). Controlling a Wheelchair with Image-based Homing. In Spatial Reasoning in Mobile Robots and Animals, AISB-97 Workshop, S. 66–75. Manchester University.
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