Kooperative Bewegungsstrategien für Roboter in unbekannten ...

2 Einsatz von Roboter-Teams in unbekannten Umgebungen 29
bezüglich der Formationserhaltung schwer umzusetzen. Messungen wurden mit vier bis
acht 50 cm großen Robotern, die durch Farbmarkierungen eindeutig identifizierbar und
mit Kamera und Laser bestückt waren, über eine flache Strecke von 19 m durchgeführt.
Die Erstellung aller getester Formationen benötigte maximal 3 m, wobei die Roboter
nah beieinander, aber zufällig angeordnet starteten. Bei ungehinderter Bewegung
blieben manche Formationen danach im Durchschnitt weit über 90% der Zeit stabil.
Neuaufbau nach Ausfall eines Roboters (zum Teil auch des conductors) gelang stets für
alle Formationstypen, während der Formationswechsel nur dort gelegentlich Probleme
machte, wo dies einen conductor-Wechsel bedeutete. Als stabil und in jedem Punkt
überdurchschnittlich erwies sich die (ggf. unvollständige) Rautenformation, ansonsten
schnitten in die Länge gehende gegenüber in die Breite gehenden Formationen überwiegend
besser ab. Alle Experimente beinhalteten moderate Toleranzbereiche bei den
zulässigen Abstands- und Winkelabweichungen.
2.3 Abgrenzung des im vorliegenden Kontext relevanten
Problembereichs
Viele Ansätze zur Lokalisierung und Bewegung einer Gruppe beruhen wie gezeigt darauf,
dass ein Modell oder eine Karte der Welt, in der sich die Roboter aufhalten, vorliegt. Für
den Einsatz in unbekannten Umgebungen kommen sie daher nicht in Frage, denn die Roboter
müssen dort Beschaffenheit und Aussehen des Terrains selbst lernen. Häufig wird
auch davon ausgegangen, dass genügend Objekte zur Verfügung stehen, anhand derer
sinnvolle Merkmale identifizierbar sind, wie es in Bürogebäuden oder Ähnlichem der Fall
sein mag. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht immer zu gewährleisten; vor allem in unstrukturierten
outdoor-Umgebungen mangelt es oft an Vorwissen über Charakteristika
von Landmarken, oder diese sind überhaupt nicht in ausreichender Zahl vorhanden. Ein
Beispiel dafür liefern wüstenartige Oberflächen, die etwa auf anderen Planeten wie dem
Mars denkbar wären. Indoor-Umgebungen bergen eine mögliche Schwierigkeit, die speziell
bei der auf vision basierenden Navigation auftritt, und zwar, dass die Beleuchtung
nicht hinreicht, um aussagekräftige Kamerabilder zu erzeugen. Bergwerken, U-Bahn-
Schächten und anderen Tunnelsystemen, die für die Benutzung eines Roboter-Teams
interessant sein können, kann eine solche Problematik unterliegen.
Entsprechend Howard et al. 2003, Kurazume & Hirose 2000a und Weiteren wird
im Rahmen dieser Arbeit dementgegen untersucht, welche Möglichkeiten der Fortbewegung
bei Aufrechterhaltung des Wissens über die eigenen Standorte für ein Team
in unbekannten, merkmalsarmen Umgebungen bestehen. Im Grunde wird dabei nur eine
einzige wesentliche Annahme über die Struktur der Welt gemacht, wenngleich diese
zweifellos eine deutliche Einschränkung bedeutet: Alle folgenden Untersuchungen beziehen
sich auf flache Umgebungen mit Hindernissen, also solche, zu denen sich Karten
in zwei Dimensionen beschreiben lassen. Entsprechend lassen sich Oberflächen in begehbare
und nicht begehbare Stellen unterteilen. Zu dieser Vereinfachung, die sich auch
bei vielen Anderen finden lässt (etwa Krotkov 1989 oder Rekleitis et al. 1997),
sei angemerkt, dass sie hier in erster Linie der Handhabbarkeit der noch vorzustellen-