Kooperative Bewegungsstrategien für Roboter in unbekannten ...

2 Einsatz von Roboter-Teams in unbekannten Umgebungen 27
theoretischen Standpunkt aus vorgestellte Methode dar, bei der sich zwei Roboter abwechselnd
gegenseitig mit einem robot tracker (bevorzugt einer Kamera) beobachten,
um Odometriefehlern entgegenzuwirken. Der sich aktuell und stets geradlinig bewegende
Roboter wird vom anderen solange wie möglich mit dem Ziel getrackt, die zwischen
ihnen liegende Fläche zu explorieren. Anschließend wird der sich bewegende zum beobachtenden
und umgekehrt. Auf diese Weise wird die als zweidimensional angenommene
und durch ein Polygon mit Löchern (sozusagen Hindernissen) modellierte Welt nach
speziellen Algorithmen erkundet. Kommunikation wird als vollständig vorausgesetzt,
so dass die Roboter stets ihre geschätzte Position kennen. Die Überlegungen werden
auch auf mehrere Roboter ausgedehnt, die dabei mit jeweils zwei Tracking-Sensoren
ausgestattet sind. Experimente finden sich in Rekleitis et al. 1998, wo zwei zylinderförmige
Roboter zur Verfügung stehen (siehe Abbildung 2.4 links); einer übernimmt
die Rolle als Beobachter, der mittels Kamera ein eindeutiges Muster auf dem anderen
Roboter erkennt, das aufgrund des bekannten Aussehens Rückschlüsse auf die Position
und sogar die Orientierung (jedoch auf lediglich 5 ◦ genau) zulässt. „By mounting the
observing camera above (or below) the striped pattern of the other robot, the distance
from one robot to the other can be inferred from the height of the stripe pattern in
the image, due to perspective projection (scaling of the pattern could also be used)“
(Rekleitis et al. 2001). Nach 50 Bewegungen nicht angegebener Länge wurde in 100
Tests eine durchschnittliche Positionsabweichung von etwa 5 cm ermittelt.
Die Bewegungsschemata der beschriebenen Beispiele sind in Abbildung 2.3 veranschaulicht.
„While the mover–observer approach has proven successful, it slows down overall
speed, and requires the rovers to stay within visible range at all times. Moreover, if no
environmental information is taken into account, measuring the other robots’ positions
will not resolve the unbounded growth of errors inherent to relative localization“
(Trawny 2003, S. 12). Trotz der also nicht zu umgehenden Fehlerakkumulation der
Posenschätzung, birgt rein relative Lokalisierung den enormen Vorteil, dass sie prinzipiell
unabhängig jeglicher Beschaffenheiten der Umgebung einsetzbar ist. Darüber
hinaus vermeiden Strategien, die auf alternierender Bewegung basieren, überhöhte Berechnungsaufwände,
da nicht ständig die gemeinsame Posenverteilung aller Roboter
aktualisiert werden muss. Daher wird auch das in dieser Arbeit unterliegende Konzept
abwechselnde Bewegung als Ausgangspunkt haben, wobei einige Elemente der in diesem
Abschnitt angesprochenen Aspekte kooperativer Lokalisierung in abgewandelter Form
auftreten werden. Die Frage nach einer etwaigen Einbettbarkeit in andere Mechanismen
zur Lokalisierung autonomer mobiler Roboter-Teams zwecks Lösung des Problems
akkumulierender Fehler folgt später in Kapitel 5.
Untersuchung der Anordnung in Formationen
Ehe die Ausgangssituation für die im Folgenden angestellten Betrachtungen definiert
wird, sei abschließend ein Blick auf bestehende Mechanismen für Roboterformationen
und deren Analysierbarkeit geworfen. Dies gibt Aufschluss darüber, welche Aspekte bei
der Entwicklung von Bewegungsstrategien bedacht werden müssen, damit eine Gruppe
von Robotern sich gleichzeitig vernünftig fortbewegen und lokalisieren kann.