Robot navigation for Optical Rails Roboternavigation für „Optical Rails“ Joachim Penc, 2008

Abstract

This diploma thesis deals with the realization of Optical Rails, a navigation method based on omnidirectional views. The omnidirectional images are expanded into orthonormal basis functions, e.g. spherical harmonics which allows a compact representation of the views using the resulting coefficient vectors. The information provided by the coefficient vectors is then used to navigate a robot. This new approach is implemented and tested using the robots FISH-I and RON at the Visual Sensorics and Information processing (VSI) lab at the Goethe-University Frankfurt/Main. To reach the goal of navigating a robot using Optical Rails one has to design and calibrate vehicle models for the robots. The theory of Kalman filtering is worked out and an implementation of the Kalman filter to estimate the pose of the robots is utilized to visualize the results of Optical Rails. The software is tested and documented well to validate the concepts and to enable reproductable results.

Zusammenfassung

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Umsetzung von Optical Rails, einem Navigationsverfahren, das auf der Verwendung von omnidirektionalen Bildern beruht. Diese Bilder werden durch orthonormale Basisfunktionen, so genannte Kugelflächenfunktionen approximiert, was eine kompakte Darstellung der Bilder durch Koeffizientenvektoren ermöglicht. Die Information aus dieser Darstellung wird dann zur Navigation eines Roboters eingesetzt. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses neue Verfahren mit den in der Arbeitsgruppe für Visuelle Sensorik und Informationsverarbeitung (VSI) der Goethe-Universität Frankfurt am Main zur Verfügung stehenden Robotern FISH-I und RON in der Praxis anzuwenden und zu testen. Im Zuge dessen werden Fahrzeugmodelle für die beiden Roboter entworfen und eine umfangreiche Kalibrierung vorgenommen. Zudem wird die Theorie des Kalman-Filters erarbeitet und eine Anwendung des Kalman-Filters zur Posenschätzung für die beiden Roboter implementiert, um eine Visualisierung von Optical Rails zu ermöglichen. Die entwickelte und verwendete Software wird ausreichend getestet und dokumentiert, um die Validität der verwendeten Ansätze nachzuweisen und eine einfache Reproduktion der Ergebnisse zu ermöglichen.