Kooperative Bewegungsstrategien für Roboter in unbekannten ...

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sisanforderungen der Autonomie und Eigenständigkeit der Roboter hat und wie sich
daraus Vorteile ziehen lassen. In diesem Zuge lässt sich untersuchen, ob spezielle Bewegungsstrategien
sinnvoll sein könnten, nach denen sich die Roboter eines Teams in ihrer
Umwelt voranbewegen und anhand der anderen lokalisieren können. Entsprechende Verfahren
erweisen sich insbesondere dann als wichtig, wenn die Struktur des Einsatzgebiets
unbekannt ist und die Umgebung nicht hinreichend aussagekräftige Merkmale für die
alleinige Orientierung an umliegenden Objekten besitzt.
Ziele dieser Arbeit im vorliegenden Kontext
Lokalisierung stellt innerhalb der Robotik ein grundlegendes und insbesondere für einzelne
Roboter weitreichend untersuchtes Problem dar. Zahlreiche Ansätze existieren für
die möglichst genaue Bestimmung der Positionen und Blickrichtungen von Robotern,
welche von unterschiedlichem Vorwissen über das Einsatzgebiet ausgehen und auf verschiedenen,
aber natürlich stets mit Ungenauigkeit behafteten Sensordaten beruhen.
Viele der unterliegenden Mechanismen funktionieren jedoch nur, wenn eine Karte der
Umgebung vorliegt oder wenn die Roboter Objekte sehen, deren Standorte ihnen bekannt
sind oder die sich zumindest wiederkehrend identifizieren lassen.
In dieser Arbeit wird von einem rein theoretischen Standpunkt aus dementgegen betrachtet,
wie Roboter das Vorhandensein anderer Mitglieder ihres Teams nutzen können,
um sich unter Aufrechterhaltung vernünftiger Positions- und Orientierungsschätzungen
in einer unbekannten, merkmalsarmen Umgebung fortbewegen zu können. Auch für
solch eine kooperative Lokalisierung von Roboter-Teams finden sich in der aktuellen
Literatur bereits einige, wenn auch ungleich weniger Ansätze. Den meisten ist gemein,
dass allen Robotern ein Kommunikationsmedium zur Verfügung steht, durch das sie Informationen
über ihre jeweiligen Lagen auszutauschen können. Die zugrunde liegenden
Roboterkonfigurationen variieren hingegen stark in der Verwendung von Sensoren und
der Erkennbarkeit der einzelnen Teammitglieder. Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen,
dass jeder Roboter eine fest installierte monokulare Kamera besitzt, durch die
er seine nähere Umgebung wahrnehmen kann. Darüber hinaus habe jeder ein gegenüber
der Umgebung signifikantes Aussehen und kann von den anderen als Roboter identifiziert
werden; nicht aber lasse sich aus einem Kamerabild die Identität eines Roboters
ermitteln und ebenso wenig, in welche Richtung er von seinem aktuellen Standort aus
blickt. Diese Voraussetzungen sind vergleichsweise bodenständig und erweisen sich als
realitätsnah, was zweifelsohne wichtig ist, um trotz der Vernachlässigung praktischer
Experimente und Simulationen gerechtfertigte Aussagen machen zu können.
Ein erstes Ziel besteht nun darin, ausgehend von der beschriebenen Situation ein in
Teilen neues Lokalisierungsverfahren zu entwickeln, durch das ein Roboter die zu ihm
relative Position eines anderen anhand eines einzelnen Kamerabilds berechnen kann.
Anstatt dabei auftretende Ungenauigkeiten nur abzuschätzen, sollen auf Basis der Abbildungsgeometrie
von Kameras formal Obergrenzen möglicher Abweichungen hergeleitet
werden, um die erreichbare Güte der Lokalisierung in Abhängigkeit zur Lage der
Roboter zueinander allgemein angeben zu können. Weiter verkörpert die Entwicklung
darauf aufbauender Techniken zur kooperativen Lokalisierung eines Teams ein Ziel,
das die Übertragung relativer in globale Koordinaten und somit Möglichkeiten zur Be-