Obstacle Recognition and Path Re-Planning

Kontext

Verschiedentliche Motivationen begründen einen sich erhärtenden Bedarf an smarter, assistiver Technologie in Form autonomer Assistenzroboter. Ein gesellschaftlicher Druck geht dabei besonders von der alternden Bevölkerung in Verbindung mit dem angespannten Pflegesektor aus. Hier sind die Hoffnungen groß, das Leben von alten Menschen sowie von Pflegekräften deutlich zu erleichtern, indem Assistenzroboter zukünftig ein breites Spektrum von Unterstützung in unterschiedlichen Alltagssituationen bieten können. Zwar sind die Entwicklungen in der Robotik rasant schnell, aber reale Anwendungsfälle beschränken sich bislang eher auf industrielle Fertigungsroboter. Ein Knackpunkt im Bereich der Assistenzroboter ist der Mangel an Funktionsvielfalt, welche einen Roboter überhaupt erst interessant macht. Ein Lösungsansatz ist hier das Bereitstellen einer gemeinsamen, erweiterbaren Entwicklungsplattform. Der Segway Robotics „Loomo“ bietet hierfür eine Basis bestehend aus Hardware- und Softwareplattform. Die Hardware besteht aus einem Segway/Ninebot Self-Balancing Vehicle in Kombination mit einer Intel-Atom-basierten Recheneinheit und verschiedentlichen Sensoren und Aktuatoren zur Wahrnehmung und Interaktion mit der Umgebung. Die Softwareplattform bildet Android in Verbindung mit einem SDK zur Ansteuerung der Sensorik und Aktorik. Die Implementierung von Funktionen für spezifische Anwendungsfälle erfolgt in Form von Android-Apps mit Zugriff auf das Steuerungs-SDK. Weiterhin erlaubt Loomo auch die Erweiterung der Hardware mittels Erweiterungskupplung bestehend aus belastbarer Metallaufhängung, USB-Anbindung und zusätzlicher Stromversorgung.

Ziel

Um reale Anwendungsszenarien abbilden zu können, müssen zunächst Basisfunktionalitäten geschaffen werden. So sollte Loomo zu einer Art Butler entwickelt werden. Hierzu muss Loomo seine Umgebung kennenlernen und erkunden können sowie geeignete Kommunikationsstrategien, entsprechend der Anforderungen seiner Nutzer, unterstützen. Ziel dieses Komplexpraktikums soll es sein, die Navigation von Loomo in bekannten Umgebungen zu verbessern.

Anforderungen

Die Zielerreichung setzt eine umfassende Planung voraus. Das Szenario soll in einer einzelnen App bereitgestellt werden. Die Funktionalitäten selbst sollen jedoch klar getrennt werden, um diese bei Bedarf in einer anderen App weiterverwenden zu können.

3.1 Teilaufgaben: Navigation verbessern 4 Konzeption einer geeigneten Navigationsstrategie bei bekannter Umgebung. 4 Konzeption einer geeigneten Strategie zum Erkennen und Umfahren von Hindernissen. 4 Entwurf einer grafischen Nutzerschnittstelle zur Steuerung der zu entwickelnden App. 4 Einbezug von bereits bekannten Mechanismen zur Obstacle Avoidance und Navigation auf Basis von Graphen. 4 Implementierung der Anwendung. 4 Dokumentieren Sie Ihre Arbeit präzise. 4 Erfüllen Sie Bonus-Anforderungen (bspw. verschiedene Navigationsstrategien (kürzester Weg, Travelling-Salesman-Problem bei mehreren Wegpunkten, …)