Navigation Autonomer Mobiler Systeme (Winter 2007/8)

Navigation of Autonomous Mobile Systems

Veranstalter

Prof. Dr. Bernd Krieg-Brückner
Dr. Bernd Gersdorf

Veranstaltungskennziffer: 03-05-H-712.52
Kategorie: Praktische Informatik, Aufbau (ECTS: 4)
S 2: Do 8:30-10:00, Cartesium 4.018 (früher SH D1020)

Thema

Das Rad hat den Menschen davon befreit, eine Last tragen zu müssen, er musste sie nur noch schieben. Das Automobil nahm ihm auch dieses ab, ab lenken musste er noch. Was übrig bleibt, ist noch die Vision eines selbstlenkenden Fahrzeugs, mit anderen Worten eines vollständig autonomen mobilen Systems.
In einigen Einsatzgebieten, besonders im Innenraum, ist diese Vision schon Realität: Fahrerlose Transportsysteme transportieren Güter in Fabrikhallen oder auch Gepäck an Flughäfen; Serviceroboter bringen im Krankenhaus das Essen und Museumsroboter führen Besucher durch die Ausstellung.
Dieses Seminar beschäftigt sich mit den Verfahren und Algorithmen zur Navigation autonomer mobiler beräderter Systeme. Sie diskutiert verschiedene Bausteine eines Navigationssystems: Von der Kinematik (Welche Bewegung der Räder zu welcher Bewegung des Fahrzeugs?) und der Regelung (Wie hält man eine Geschwindigkeit?) bis hin zur metrisch-lokalen Bahnplanung (wie genau nimmt man eine Kurve ohne anzustossen), und topologisch globalen Planung im Routengraph (Welchen Weg wählt man von A nach B?).

Seminarthemen

(Die Termine können noch getauscht werden)

25.10.	Vorstellung der Seminarthemen, sowie erste Vergabe von Themen.
01.11.	Mathematische Grundlagen Eine Stippvisite im Internet zu mathematischen Grundlagen der Navigation. Trigonometrische Funktionen Polarkoordinaten Euklidischer Raum Metriken Geodäte Mannigfaltigkeit Abstandsberechnung Vortrag von: Bernd Gersdorf Ausserdem: Verteilung der verbliebenen Seminarthemen.
08.11.	Verlegt auf den 14.12 wegen Abwesenheit der Veranstalter (s.u.).
15.11.	Kinematik eines mobilen Fahrzeugs / Roboters LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 13, 13.1, 13.2. Erklärung typischer Fahrzeugtypen (Einrad, Auto, Auto mit Anhänger, Differentialantrieb) und deren mathematischer Beschreibung. Differentielle Einschränkungen durch den Fahrzeugtyp und durch Massenträgheit. Algorithmische Lösungen zum Bewegen dieser Fahrzeuge (Java-Demo?). Vortrag und Folien von: Manfred Eppe
22.11.	Geschwindigkeitsregelung, Bahnregelung. Oriolo, Venditeili, WMR Control Via Dynamic Feedback Linearization: Design, Implementation and Experimental Validation Für ein einfaches Fahrzeug mit Differentialantrieb werden Verfahren vorgestellt, wie man von einer Ausgangsposition ein Ziel (ohne Hindernisse dazwischen) erreichen kann. Es werden Trajektorien (Wege mit Geschwindigkeiten) errechnet und beim Fahren korregiert (Regelung). Vortrag und Folien von: Bastian Treger
29.11.	FÄLLT AUS. Ursprünglich geplanter Vortrag jetzt am 13.12.
06.12.	Fußgängernavigation Wie navigieren Fussgänger in einer grossen Halle? Unterlagen dazu gibt es direkt von BKB oder von mir. Vortrag und Folien von: Saber Bedoui, Vu Hoang Thach
13.12.	Topologische Navigation: Der Routengraph. ACHTUNG: Ursprünglich am 29.11 geplant. Werner, Krieg-Brückner, Herrmann, Modelling navigational knowledge by Route Graphs" , in "Spatial Cognition II", S. 295-317. Krieg-Brückner, u.A., Specification of an Ontology for Route Graphs , Kapitel 1-4, 6. Routengraphen sind spezielle road maps, mit denen Wege durch komplexe Umgebungen (Gebäude, Aussengelände) beschrieben werden. Sie sind das Bindeglied zwischen einer lokalen Bahnplanung (quantitatives Fahren auf engem Raum) und der globalen Bahnplanung (was ist der schnellste Weg zur Küche). Vortrag Folien von: Thomas Wolfram, Björn Beckmann
14.12. (ACHTUNG: Freitag 08:30-10:00, Cartesium 0.001)	Suchalgorithmen zur Bahnplanung. LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 5.4, 5.5. Suchalgorithmen, die durch Probieren von zufälligen Wegen, Fahrkommandos oder Zwischenzielen ein Ziel zu erreichen versuchen. Einfürung der zur Beschreibung dieser Algorithmen notwendigen mathematischen Modelle. Vortrag und Folien von: Fatma Akin, Aneliya Maneva
20.12.	Fußgängernavigation II Ein weiterer Artikel zur Fußgängernavigation, Unterlagen direkt bei B. Krieg-Brückner. Vortrag und Folien von: Sascha Rollin, Ramon Beckmann
24.12 - 04.01	Semesterferien.
10.01.	Reaktive Hindernisvermeidung. LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 8. Vorstellung klassischer Algorithmen zur reaktiven Bahnplanung. Vortrag und Folien von: Tim Nulpa, Sebahattin Kücüek
17.01.	Nearness Diagramm Navigation. Minguez, Montano, Nearness Diagram (ND) Navigation: Collision Avoidance in Troublesome Scenarios. Hier wird ein reaktiver Bahnplaner für einen Roboter vorgestellt, der seit kurzem in unserem Rollstuhl ROLLAND benutzt wird. In den Referenzen des Papiers wird auch auf eine Erweiterung für nicht-holonome Systeme hingewiesen. Vortrag und Folien von: Janine Siebert
24.01.	Bildverarbeitung zur Roboternavigation. Guilherme, DeSouza, Kak: Vision for Mobile Robot Navigation: A Survey (PDF). Ein Überblick über die für mobile Roboter entwickelten Bildauswertungsverfahren zur Navigation der letzten 20 Jahre. Vortrag Folien von: Modar Ibraheem
31.01.	Lokalisation mit Partikel Filtern Thrun, Burgard, Fox, Probabalistic Robotics, Kapitel 4.3. LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 11.6.2 (Referenzen). Partikel Filter sind ein mathematisches Verfahren, das zur Lokalisation eines Roboters eingesetzt werden kann. Er setzt das unscharfe Bild seiner Umgebung in eine geschätzte Positionsinformation um. Vortrag und Folien von: Andreas Schmidt-Dannert
07.02.	Optimale Wege von Radfahrzeugen LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 15.3. In der Fahrschule erlernt man das rückwärts Einparken, da diese Technik das Fahrzeugheck tief in schmale Lücken bringt. In diesem Vortrag geht es um optimale Wege, um mit einem Fahrzeug (mit differentiellen Einschränkungen) einen Zielpunkt auf küzestem Weg zu erreichen (ohne Hindernisses). Vortrag und Folien von: Kai Cierpka
08.02. (ACHTUNG: 8:30, Rotunde Cartesium)	Diskrete Planung (Ursprünglich am 13.12. geplant). LaValle, Planning Algorithms, Kapitel 2, 2.1, 2.2, 2.3. Elementare Algorithmen zur Wegeplanung, wie Dijkstra's Suchverfahren nach kürzesten Wegen in einem Graphen, dem daraus abgeleiteten A*-Verfahren, Rückwärtssuche u.a. Vortrag und Folien von: Khatuna Khvedelidze, Teona Khizanishvili

Lesenswert:

Hinweise für Präsentationen.

Teilnahme

Studierende der Informatik, Digitale Medien, besonders empfohlen für Teilnehmer des Projekt Rolland@Home.

Prüfungsleistung

Durch Seminarvortrag mit Abgabe der Folien.

Hinweis

Diese Veranstaltung wurde ursprünglich von Dr. Udo Frese geplant und angeboten (vielen Dank für die Vorarbeiten).

Autor: Dr. Bernd Gersdorf

B. Gersdorf

Zuletzt geändert am: 3. März 2008