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"Rolland" - Der Bremer Autonome Rollstuhl

 
Rolland

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.   detail     www   pdf
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.   detail     www   pdf

2003     nach oben

Axel Lankenau, Thomas Röfer, Bernd Krieg-Brückner (2003). Self-Localization in Large-Scale Environments for the Bremen Autonomous Wheelchair. In Christian Freksa, Wilfried Brauer, Christopher Habel, Karl F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition III, Band 2685, S. 34–61, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.   detail   pdf

2002     nach oben

Axel Lankenau, Thomas 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.   detail   pdf
Thomas 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.   detail   pdf
Thomas Röfer, Axel Lankenau (2002). Route-Based Robot Navigation. In Christian Freksa (Hrsg.). Künstliche Intelligenz - Themenheft Spatial Cognition, S. 29–31. Fachbereich 1 der Gesellschaft für Informatik e.V., arenDTaP.   detail   pdf

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.   detail   pdf
Axel Lankenau, Thomas Röfer (2001). A Safe and Versatile Mobility Assistant. In Reinventing the Wheelchair. IEEE Robotics and Automation Magazine, Band 7, S. 29–37.   detail
Axel Lankenau, Thomas Röfer (2001). Selbstlokalisation in Routengraphen. In Paul Levi, Michael Schanz (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2001, S. 157–163, Informatik aktuell. Springer.   detail   pdf
Thomas 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.   detail   pdf
Thomas Röfer (2001). Konsistente Karten aus Laser Scans. In Paul Levi, Michael Schanz (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2001, S. 171–177, Informatik aktuell. Springer.   detail   pdf

2000     nach oben

Jörg Kollmann, Thomas Röfer (2000). Echtzeitkartenaufbau mit einem 180°-Laser-Entfernungssensor. In Rüdiger Dillmann, Heinz Wörn, Markus von Ehr (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 2000, S. 121–128, Informatik aktuell. Springer.   detail   postscript
Axel Lankenau, Thomas Röfer (2000). The Role of Shared Control in Service Robots - The Bremen Autonomous Wheelchair as an Example. In Thomas Röfer, Axel Lankenau, Reinhard Moratz (Hrsg.), Service Robotics - Applications and Safety Issues in an Emerging Market. Workshop Notes, S. 27–31.   detail   pdf
Axel Lankenau, Thomas 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).   detail
Axel Lankenau, Thomas 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.   detail   pdf
Alexandra Musto, Klaus Stein, Andreas Eisenkolb, Thomas Röfer, Wilfried Brauer, Kerstin Schill (2000). From Motion Observation to Qualitative Motion Representation. In Christian Freksa, Wilfried Brauer, Christopher Habel, Karl F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition II, Band 1849, S. 115–126, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.   detail   pdf
Rolf Müller, Thomas Röfer, Axel Lankenau, Alexandra Musto, Klaus Stein, Andreas Eisenkolb (2000). Coarse Qualitative Descriptions in Robot Navigation. In Christian Freksa, Wilfried Brauer, Christopher Habel, Karl F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition II, Band 1849, S. 265–276, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.   detail   pdf
Thomas 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.   detail
Thomas Röfer, Axel Lankenau (2000). Architecture and Applications of the Bremen Autonomous Wheelchair. In Paul P. Wang (Hrsg.), Information Sciences, Band 1-4 (126), S. 1–20. Elsevier Science BV.   detail
Thomas Röfer, Axel Lankenau, Reinhard Moratz (Hrsg.) (2000). Service Robotics - Applications and Safety Issues in an Emerging Market. Workshop Notes. European Conference on Artificial Intelligence 2000 (ECAI-2000).   detail   pdf

1999     nach oben

A. Lankenau, O. Meyer (1999). Formal Methods in Robotics: Fault Tree Based Verification. In Proc. of Quality Week Europe.   detail   postscript
Alexandra Musto, Klaus Stein, Andreas Eisenkolb, Thomas 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.   detail   postscript
Thomas Röfer (1999). Route Navigation and Panoramic Image Processing. In Ausgezeichnete Informatikdissertationen 1998, S. 132–141. B. G. Teubner, Stuttgart, Leipzig.   detail
Thomas Röfer (1999). Route Navigation Using Motion Analysis. In Christian Freksa, David M. Mark (Hrsg.), Proceedings of the Conference on Spatial Information Theory (COSIT-99), Band 1661, S. 21–36, Lecture Notes in Computer Science. Springer.   detail   pdf
Thomas Röfer, Axel Lankenau (1999). Ein Fahrassistent für ältere und behinderte Menschen. In Günther Schmidt, Uwe Hanebeck, Franz Freyberger (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 1999, S. 334–343, Informatik aktuell. Springer.   detail   postscript
Thomas Röfer, Axel Lankenau (1999). Ensuring Safe Obstacle Avoidance in a Shared-Control System. In Josep M. Fuertes (Hrsg.), Proceedings of the 7th International Conference on Emergent Technologies and Factory Automation (ETFA-99), S. 1405–1414.   detail   postscript

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.   detail
Bernd Krieg-Brückner, Thomas Röfer, Hans-Otto Carmesin, Rolf Müller (1998). A Taxonomy of Spatial Knowledge for Navigation and its Application to the Bremen Autonomous Wheelchair. In Christian Freksa, Christopher Habel, Karl F. Wender (Hrsg.), Spatial Cognition, Band 1404, S. 373–397, Lecture Notes in Artificial Intelligence. Springer.   detail   postscript
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.   detail   postscript
Axel Lankenau, Thomas Röfer (1998). Architecture of the Bremen Autonomous Wheelchair. In Bernd Hildebrand, Reinhard Moratz, Christian Scheering (Hrsg.), Architectures in Cognitive Robotics. Technical Report, Nr. 98/13, S. 19–24. SFB 360 "Situierte Künstliche Kommunikatoren". Universität Bielefeld.   detail
Thomas Röfer (1998). Routenbeschreibung durch Odometrie-Scans. In Heinz Wörn, Rüdiger Dillmann, Dominik Henrich (Hrsg.), Autonome Mobile Systeme 1998, S. 122–129, Informatik aktuell. Springer.   detail   postscript
Thomas Röfer (1998). Panoramic Image Processing and Route Navigation. Nr. 7, BISS Monographs. Shaker-Verlag.   detail   postscript
Thomas Röfer (1998). Strategies for Using a Simulation in the Development of the Bremen Autonomous Wheelchair. In Richard Zobel, Dietmar Moeller (Hrsg.), Simulation-Past, Present and Future, S. 460–464. Society for Computer Simulation International.   detail   postscript
Thomas Röfer, Axel Lankenau (1998). Architecture and Applications of the Bremen Autonomous Wheelchair. In Paul P. Wang (Hrsg.), Proceedings of the 4th Joint Conference on Information Systems, Band 1, S. 365–368. Association for Intelligent Machinery.   detail   postscript
Thomas Röfer, Rolf Müller (1998). Navigation and Routemark Detection of the Bremen Autonomous Wheelchair. In Tim Lüth, Rüdiger Dillmann, Paolo Dario, Heinz Wörn (Hrsg.), Distributed Autonomous Robotics Systems, S. 183–192. Springer.   detail   postscript

1997     nach oben

Jörg Kollmann, Axel Lankenau, Andreas Bühlmeier, Bernd Krieg-Brückner, Thomas 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.   detail   postscript
A. Lankenau, O. Meyer (1997). Der autonome Rollstuhl als sicheres eingebettetes System. Master's Thesis.   detail     www
Thomas 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.   detail   postscript
Thomas 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.   detail   postscript
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Autor: Dr. Thomas Röfer
 
  Rolland 
Zuletzt geändert am: 11. August 2006   impressum