Rough Terrain Motion Planning for Actively Reconfigurable Mobile Robots

• Bewegungsplanung für Roboter mit variabler Fahrwerksgeometrie in unwegsamem Gelände

Brunner, Michael; Schlick, Christopher (Thesis advisor); Flemisch, Frank Ole (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Nach dem verheerenden Tohoku-Erdbeben und der darauf folgenden Kernschmelze im Atomkraftwert Fukushima Daiichi im Jahre 2011 wurden Roboter mit anpassbarem Fahrwerk, wie der iRobot Packbot, zur Aufklärung des Katastrophengebiets eingesetzt. Diese Roboter untersuchten anstelle von Menschen die kontaminierten Bereiche der Anlage. Andere Umweltkatastrophen wie die zwei großen Erdbeben in Norditalien im Mai 2012 hatten viele Opfer zur Folge und beschädigten eine große Anzahl historischer Gebäude schwer. Aufgrund der Einsturzgefahr dieser Gebäude, war es für Einsatzkräfte zu gefährlich diese Gebäude zu betreten. Daher wurden für die Inspektion der Gebäudeintegrität auch hier Roboter mit veränderbarem Fahrwerk eingesetzt, die in der Lage sind,über Schutt und Trümmerteile zu fahren. Diese Arbeit entwickelt ein neues Navigationssystem, das es bereiften Robotern wie auch Robotern mit Kettenantrieb ermöglicht, unwegsames Gelände sicher zu befahren. Das System besteht aus einer Planungs- und einer Reglungskomponente, wobei der Fokus der Arbeit auf der Bewegungsplanung liegt. Das Planungsverfahren verwendet einen hierarchischen Ansatz zur Bestimmung geeigneter Bewegungen für Robotern mit aktiv anpassbarem Fahrwerk. Zunächst wird eine Umgebungskarte benutzt, um die Befahrbarkeit des Geländes unter Berücksichtigung von Unsicherheiten zu schätzen. Basierend auf dieser Analyse wird ein vorläufiger, approximativer Pfad bestimmt, der die Bewegungsmöglichkeiten des Robotersystems beachtet. Ein anschließender detaillierter Planungsschritt verfeinert diese vorläufige Lösung an den Stellen, an denen es notwendig ist. Dabei werden die Aktuatoren des Roboters und die Stabilität des Gesamtsystems zusätzlich zu den bisherigen Kriterien evaluiert. In diesem Zusammenhang spielt die Bestimmung der Roboterlage in unwegsamem Gelände eine besondere Rolle. Diese Arbeit stellt zwei Verfahren zur detaillierten Bewegungsplanung vor, einen deterministischen und einen randomisierten Ansatz.Die vorgestellten Verfahren werden sowohl in der Simulation als auch in Feldstudien untersucht. Die Ergebnisse erlauben es, die breite Verwendbarkeit des Verfahrens zu bewerten. Darüber hinaus zeigen diese, dass eine solche Bewegungsplanung notwendig ist, um Roboter sicher in unwegsamem Gelände zu bewegen.