Autonome Mobile Systeme 2009 (eBook)

21. Fachgespräch Karlsruhe, 3./4. Dezember 2009
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2010 | 2010
X, 278 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-642-10284-4 (ISBN)

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Autonome Mobile Systeme 2009 -
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Der Band dokumentiert das 21. Fachgespräch Autonome Mobile Systeme (AMS 2009). Die Veranstaltung bietet Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie ein Forum für den Gedankenaustausch und eine Basis, um Kooperationen auf diesem Forschungsgebiet zu initiieren. Die Beiträge befassen sich mit Themen wie humanoide Roboter und Flugmaschinen, Perzeption und Sensorik, Kartierung und Lokalisation, Regelung, Navigation, Lernverfahren, Systemarchitekturen sowie mit der Anwendung von autonomen mobilen Systemen.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
Advanced Data Logging in RoboCup 11
1 Introduction 11
2 Related Work 13
3 Shared World Model 13
4 Camera Framework and PTU 13
4.1 Observer 14
4.2 Rendering Framework 15
5 Camera Pose Framework 15
5.1 Camera Pose Calculation 16
6 Summary and Future Work 17
References 18
Data Association for Visual Multi-target Tracking Under Splits, Merges and Occlusions 19
1 Introduction 19
2 Overall System Description 20
3 Time Forward Prediction 21
4 Data Association Between Detections and Tracks 22
5 Handling of Split and Merge Effects and Reconstruction of Compatible Object Measurements 23
5.1 Determination of the Point-to-Track Affiliation Probabilities 24
5.2 Point Cloud Based Reconstruction of the Track’s Position and Orientation 24
5.3 Grid-Based Reconstruction of the Track’s Extent 25
6 State, Existence and Observability Innovation 25
7 Experimental Results 26
8 Conclusion 26
References 26
Fusing LIDAR and Vision for Autonomous Dirt Road Following – Incorporating a Visual Feature into the Tentacles Approach 27
1 Introduction 27
2 Driving with Tentacles 28
2.1 Tentacle Evaluation and Selection 28
3 Evaluating Tentacles by Visual Appearances 29
3.1 Perspective Mapping and Gaze Control 29
3.2 Determine Visual Quality 30
4 Rating Tentacles by Color Intensity Feature 31
5 Results and Conclusions 33
6 Acknowledgements 34
References 34
Improved Time-to-Contact Estimation by Using Information from Image Sequences 35
1 Introduction 35
2 Time-to-Contact Calculation 36
2.1 Theory of Time-to-Contact Calculation 36
2.2 TTC Estimation Using Model Equations 37
3 Adaptive Parameter Estimation and Its Effect 38
3.1 Iterative Parameter Estimation 38
3.2 Results of the Proposed Estimation Procedure 38
4 Extension of the Approach to General Movements 39
4.1 Forward Movement with Changing Velocity 40
4.2 Simple Rotational Movement 40
4.3 Cornering 41
4.4 Results 41
5 Conclusions 42
References 42
Monocular Obstacle Detection for Real-World Environments 43
1 Introduction and RelatedWork 43
2 Monocular Scene Reconstruction 44
2.1 State Representation 45
2.2 Feature Tracking 45
2.3 Descriptor Update 46
2.4 Feature Initialization 47
3 Obstacle Detection 47
4 Results 47
5 Conclusion and Future Work 50
References 50
Stereo-Based vs. Monocular 6-DoF Pose Estimation Using Point Features: A Quantitative Comparison 51
1 Introduction 51
2 Accuracy Considerations 53
3 6-DoF Pose Estimation 54
4 Experimental Evaluation 55
5 Discussion and Outlook 57
Acknowledgment 57
References 58
Probabilistisches Belegtheitsfilter zur Schätzungdynamischer Umgebungen unter Verwendung multipler Bewegungsmodelle 59
1 Einleitung 59
2 Probabilistische Belegheitsfilterung mit Gruppen 60
2.1 Zellfeldrepräsentation 60
2.2 Dekomposition der Verbundwahrscheinlichkeit 61
2.3 Modellierung der Gruppen 62
2.4 Berechnung der Filtergleichungen 63
3 Evaluierung 65
4 Zusammenfassung und Ausblick 66
5 Danksagung 66
Literaturverzeichnis 66
A Computational Model of Human Table Tennis for Robot Application 67
1 Introduction 67
1.1 What Can We Learn from Human Table Tennis? 67
1.2 A Review of Robot Table Tennis 68
2 Modelling Human Table Tennis 69
2.1 Movement Phases 69
2.2 Movement Primitive Selection and Parametrization 69
2.3 Movement Generation 70
3 Computational Realization of the Model 70
3.1 Overview 70
3.2 Determining the Goal Parameters 71
3.3 Trajectory Generation 72
4 Evaluations 72
4.1 Simulated Setup 73
4.2 Performance of the Model 73
5 Conclusion 73
References 74
A Vision-Based Trajectory Controller for Autonomous Cleaning Robots 75
1 Introduction 75
2 Biologically Inspired Visual Navigation 76
2.1 Local Visual Homing 76
2.2 Topological Navigation 77
3 Trajectory Controller 77
4 Experiments 78
4.1 Setup 78
4.2 Results 80
5 Summary and Outlook 81
References 82
Automatic Take Off, Hovering and Landing Control for Miniature Helicopters with Low-Cost Onboard Hardware 83
1 Introduction 83
2 Features of the Wii Remote Infrared Camera 84
3 The UAV System 85
4 Retrieving the Pose by Means of Camera and IMU 86
4.1 Pattern Analysis 86
5 Flight Control 86
5.1 Height Controller 87
5.2 Roll/Pitch and Yaw Controller 87
6 Experimental Results 87
7 Conclusion and Future Work 89
References 90
Foot Function in Spring Mass Running 91
1 Introduction 91
2 Methods 92
2.1 Spring-Mass-Model with Foot-Segment 92
2.2 Analyzing Periodic Solutions 92
2.3 Dimensionless Ankle Stiffness 93
3 Results 94
4 Discussion 95
4.1 Leg Stiffness Modulation 96
4.2 Leg Lengthening 97
4.3 Shortcommings of the Model 97
References 98
From Walking to Running 99
1 Introduction 99
2 Methods 100
3 Results 102
4 Discussion 104
Acknowledgments 106
References 106
Generisches Verfahren zur präzisen Pfadverfolgung für Serienfahrzeuggespanne 107
1 Einleitung 107
2 Stand der Technik 108
3 Kinematisches Modell 109
4 Das zweistufige Regelungsverfahren 110
4.1 Bestimmung des Soll-Radius 110
4.2 Bestimmung des Soll-Lenkwinkels 112
5 Evaluierung des Verfahrens 113
6 Zusammenfassung 114
Literaturverzeichnis 114
Learning New Basic Movements for Robotics 115
1 Introduction 115
2 Learning Methods for Motor Primitives 116
2.1 Imitation Learning for Dynamical Motor Primitives 117
2.2 Reinforcement Learning with PoWER 117
3 Robot Evaluation 118
3.1 Discrete Movement: Ball-in-a-Cup 119
3.2 Rhythmic Movement with Start-up Phase: Ball-Paddling 120
4 Conclusion 121
References 122
Nonlinear Landing Control for Quadrotor UAVs 123
1 Introduction 123
2 The Vehicle Control System 124
3 Automatic Landing on a Mobile Platform 126
3.1 Altitude Control 126
3.2 Nonlinear 2D-Tracking Controller 127
4 Simulation and Experimental Results 129
5 Conclusion and Future Works 130
6 References 130
Oscillation Analysis in Behavior-Based Robot Architectures 131
1 Introduction 131
2 Development Framework 132
3 Oscillation Analysis 133
4 Application and Results 135
5 Conclusion and Future Work 137
Acknowledgments 138
References 138
Variable Joint Elasticities in Running 139
1 Introduction 139
2 Materials and Methods 140
2.1 Experimental Data 140
2.2 Dynamic Joint Stiffness Analysis 140
3 Results 142
4 Discussion 144
Acknowledgements 146
References 146
3D-Partikelfilter SLAM 147
1 Einleitung 147
2 Das partikelfilterbasierte SLAM Verfahren 148
2.1 Ziehen neuer Positionen 149
2.2 Gewichtung der Partikel 150
2.3 Resampling 150
3 Reduktion des Speicherplatzes 151
4 Experimentelle Ergebnisse und Evaluation 152
5 Schlussfolgerung und Ausblick 153
Literaturverzeichnis 154
Absolute High-Precision Localisation of an Unmanned Ground Vehicle by Using Real-Time Aerial Video Imagery for Geo-referenced Orthophoto Registration 155
1 Introduction 155
2 Robotic Platforms 156
3 Cooperative UGV/UAV Localisation 157
3.1 Video Tracking of UGV 157
3.2 Pitch and Roll Compensation 158
3.3 Orthophoto Registration 159
4 Results 160
5 Conclusion 161
References 162
An Improved Sensor Model on Appearance Based SLAM 163
1 Introduction 163
2 Appearance-Based SLAM Approach with RBPF 165
2.1 RBPF with Local and Global Graph Models 165
2.2 Graph Matching 166
2.3 Adaptive Sensor Model 166
2.4 Dynamic Changes 168
3 Experiments and Results 168
4 Conclusion and Future Work 169
References 170
Monte Carlo Lokalisierung FahrerloserTransportfahrzeuge mit drahtlosen Sensornetzwerken 171
1 Einf¨uhrung 171
2 Funklokalisierung 172
2.1 Stand der Technik 172
2.2 Funklokalisierung mit dem nanoLOC System 173
3 Monte Carlo Funklokalisierung 173
3.1 Anfangsverteilung der Partikel 174
3.2 Sensormodell der Distanzmessung 174
3.3 Experimentelle Ergebnisse 176
4 Zusammenfassung 177
Literaturverzeichnis 178
Using a Physics Engine to Improve Probabilistic Object Localization 179
1 Introduction 179
2 State of the Art 180
3 Theoretical Concept 180
3.1 Rule Set Joint State Update 181
4 Implementation of the Proposed System 181
4.1 Probabilistic Models 181
4.2 The Trigger Function 182
4.3 Implementation of the Rule Set Joint State Update 183
4.4 The Physical Model: Bullet Physic Engine 183
5 Experimental Results 184
6 Conclusions and Future Works 185
Acknowledgment 186
References 186
Visual Self-Localization with Tiny Images 187
1 Introduction 187
2 Related Work 188
3 Robots 189
4 Global Image Features 189
4.1 Weighted Gradient Orientation Histograms 189
4.2 Weighted Grid Integral Invariants 190
4.3 Color/Grayscale Grid Histograms 190
4.4 Pixelwise Image Comparison 190
5 Localization Process 190
6 Experimental Results 191
7 Conclusion 194
References 194
Coordinated Path Following for Mobile Robots 195
1 Introduction 195
2 Problem Statement 196
3 Controller Design 197
4 Results 199
4.1 Simulations 199
4.2 Real-World Experiments 200
5 Conclusions and Future Work 201
References 201
Kooperative Bewegungsplanung zur Unfallvermeidung im Straßenverkehr mit der Methode der elastischen Bänder 203
1 Einleitung 203
2 Anwendungsszenario 204
3 Kooperative Bewegungsplanung 204
3.1 Problemstellung 204
3.2 Ansätze aus der Robotik 205
4 Die Methode der elastischen Bänder 206
4.1 Grundlagen 206
4.2 Modellierung der Kräfte 206
4.3 Numerische Kräfteminimierung 208
4.4 Interpolation der Bewegung 208
5 Simulationsergebnisse 208
6 Fazit und Ausblick 210
Danksagung 210
Literaturverzeichnis 210
Perception of Environment Properties Relevant for Off-road Navigation 211
1 Introduction 211
2 Controlling Properties of the Environment 212
2.1 Positve Obstacles 212
2.2 Negative Obstacles, Water and Ground 213
3 Representation and Navigation Strategy 215
4 Classification Methods Realized on Ravon 215
5 Conclusion and Future Work 217
Acknowledgements 217
References 218
Aufbau des humanoiden Roboters BART III 219
1 Einleitung 219
2 Mechanischer Aufbau 220
2.1 übersicht 220
2.2 Konstruktion der Gelenke 221
2.3 Komponenten 221
3 Elektrischer Aufbau 222
3.1 Antriebe 222
3.2 Sensoren 223
3.3 SmartPower-Module 224
3.4 Leitrechner 225
4 Erste Gehversuche 225
5 Zusammenfassung 226
6 Literatur 226
Development of Micro UAV Swarms 227
1 Introduction 227
2 Related Work 227
3 Platform 228
3.1 Flight Platform 229
3.2 Ground Control Station 229
4 Towards Autonomy 231
5 Simulation and Evaluation 232
6 Application Scenarios 233
7 Conclusions 234
8 References 234
Die sechsbeinige Laufmaschine LAURON IVc 235
1 Einleitung 235
2 Systemüberblick 236
3 Verhaltensbasierte Steuerung 238
4 Lokalisation und Umweltmodellierung 238
5 Navigation 239
6 Semantische Missionssteuerung 240
7 Zusammenfassung und Ausblick 241
Literaturverzeichnis 242
Dynamic Bayesian Network Library Ein C++ Framework für Berechnungen auf dynamischen Bayes’schen Netzen 243
1 Stand der Technik 243
1.1 Bayes’sche Netze 243
1.2 Andere C++ Bibliotheken zur probabilistischen Inferenz 244
2 Konzept 245
2.1 Struktur der DBNL 245
2.2 Statische Netze 246
2.3 Dynamische Netze 247
2.4 Anfragen 247
2.5 Inferenz 248
3 Evaluation 249
4 Ausblick 249
Danksagung 250
Literaturverzeichnis 250
Modellgetriebene Softwareentwicklung für Robotiksysteme 251
1 Einleitung 251
2 Motivation und Stand der Technik 252
3 SmartSoft 253
4 Der modellgetriebene Ansatz 254
4.1 Platform Independent Model (PIM) 255
4.2 Platform Specific Model (PSM) 256
4.3 Codegenerierung aus dem PSM in die PSI 256
5 Beispiel 257
6 Zusammenfassung und Ausblick 258
Literaturverzeichnis 258
Situation Analysis and Adaptive Risk Assessment for Intersection Safety Systems in Advanced Assisted Driving 259
1 Introduction 259
2 Intersection Modeling 260
3 Behavior Modeling 260
4 Behavior Prediction 262
5 Adaptive Risk Assessment 264
6 Results 266
6.1 System and User Test Results 267
7 Conclusion 267
References 267
Transparente protokollierbare Kommunikation zwischen Funktionen kognitiver Systeme 269
1 Einleitung 269
2 Stand der Technik 270
3 Transparente Kommunikation f¨ur kognitive Systeme 271
4 Effiziente Protokollierung der Kommunikation 272
4.1 Aufzeichnungsmethode 272
4.2 Aufzeichnungsformat 273
4.3 Einsatz einer Aufzeichnung 274
5 Ergebnisse und Anwendungen 275
6 Danksagung 276
Literaturverzeichnis 276
Walking Humanoid Robot Lola An Overview of Hard- and Software 277
1 Introduction 277
2 Mechanical and Electronics System Design 278
2.1 Structural Components 278
2.2 Joint Design 279
2.3 Force/Torque Sensors 279
2.4 Inertial Measurement Unit 280
2.5 Electronics Architecture 280
3 Simulation 281
4 Control Aspects 282
4.1 Trajectory Generation 282
4.2 Stabilizing Control 283
5 Conclusions and Future Work 284
References 284

Erscheint lt. Verlag 16.3.2010
Reihe/Serie Informatik aktuell
Informatik aktuell
Zusatzinfo X, 278 S.
Verlagsort Berlin
Sprache deutsch
Themenwelt Mathematik / Informatik Informatik
Schlagworte Bayessches Netz • Humanoide Roboter • Kartierung • Lernen • Lernverfahren • Navigation • Perzeption • Roboter • Robotersysteme • Robotik • Sensorsnetzwerke • Softwareentwicklung • Systemarchitekturen • Video • Wissen
ISBN-10 3-642-10284-0 / 3642102840
ISBN-13 978-3-642-10284-4 / 9783642102844
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