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Autonome Mobile Systeme 2009

21. Fachgespräch Karlsruhe, 3./4. Dezember 2009

Autor	Christoph Stiller, Jürgen Beyerer, Rüdiger Dillmann
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2010
Seitenanzahl	278 Seiten
ISBN	9783642102844
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	59,99 EUR

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.

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Inhaltsverzeichnis

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

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