Publikationen

As the application scenarios of mobile robots are getting more complex and challenging, scene understanding becomes increasingly crucial. A mobile robot that is supposed to operate autonomously in indoor environments must have precise knowledge about what objects are present, where they are, what their spatial extent is, and how they can be reached; i.e., information about free space is also crucial. Panoptic mapping is a powerful instrument providing such information. However, building 3D panoptic maps with high spatial resolution is challenging on mobile robots, given their limited computing capabilities. In this paper, we propose PanopticNDT – an efficient and robust panoptic mapping approach based on occupancy normal distribution transform (NDT) mapping. We evaluate our approach on the publicly available datasets Hypersim and ScanNetV2. The results reveal that our approach can represent panoptic information at a higher level of detail than other state-of-the-art approaches while enabling real-time panoptic mapping on mobile robots. Finally, we prove the real-world applicability of PanopticNDT with qualitative results in a domestic application.

Internet and mobile communication are the foundation of today’s worldwide interaction and connectivity. Recently, several approaches have been introduced in order to add resilience to communication networks mainly by using low cost and commodity hardware by e.g., facilitating smart phones interconnected via LoRa communication. We extend those ideas by introducing a novel and versatile networking architecture for emergency communication in the context of crisis situations (e.g., when cellular coverage is gone) for mobile devices to keep communication overhead low by following an ad hoc and distributed multi-hop networking approach. In this work, we present a demo of our network to handle emergency communication. It features the long-range, wide area communication technique (LoRa), a web-based chat client with a user-friendly interface, a novel data processing approach, as well as a routing algorithm to ensure fast and efficient communication.

In the context of assistive mobile service robotics for elderly living in nursing homes, but also for robots realizing autonomous transport in large public buildings in general, a fundamental challenge is to overcome closed doors on their way. We review the state of the art for autonomous door opening by mobile robots and present a modular framework for enabling various robots in this task. The necessary building blocks are introduced, and evaluation results for their application on two different robot platforms are presented. A common property of our platforms, which can be found on many commercial lowcost robots is the use of differential drives. This is limiting the maneuverability and is, therefore, an important constraint for the realization of door manipulation strategies. Furthermore, our method is not dependent on computationally expensive computer vision methods but utilizes the usually available laser-range scanner for localizing and analyzing the door to be manipulated.

Die Automobilindustrie steht aufgrund sich wandelnder Anforderungen, strengerer Vorschriften und technologischem Fortschritt vor großen Herausforderungen. Hieraus resultierende Trends wie die Elektrifizierung, die Automatisierung und der Entfall mechanischer Verbindungen zwischen Fahrer oder Fahrerin und den Brems- und Lenksystemen (By-Wire-Systeme) erlauben verbesserte Konzepte für die zur Fahrzeugbewegung benötigten Systeme. Der Entfall mechanischer Verbindungen in automatisierten Systemen reduziert allerdings die Möglichkeiten eines menschlichen Eingriffs in Gefahrensituationen. Dies impliziert sicherheitsrelevante Verfügbarkeitsanforderungen an die beteiligten Systeme. Durch diese ergeben sich neue Freiheitsgrade, die bei der Bewertung potenzieller Systemvarianten berücksichtigt werden müssen. Um unter Einhaltung aller Anforderungen die optimalen Varianten zu identifizieren, wird in dieser Arbeit ein Konzept zur modellbasierten Analyse und ganzheitlichen Optimierung sicherheitsrelevanter Systeme vorgeschlagen. Dieses ermöglicht eine recheneffiziente Bewertung einzelner Systemvarianten und erlaubt somit auch die Variation und den Vergleich möglicher Systemtopologien und jeweils zugehöriger Sicherheitsmaßnahmen. Hierzu wird ein zweistufiger Modellierungsansatz eingeführt, der verhaltensbasierte und logische Systemelemente kombiniert. So wird eine Reduktion der Anzahl der Bewertungsdurchläufe zur Bestimmung der Auswirkungen aller Komponentenausfälle ermöglicht. Des Weiteren wird ein algebraischer Berechnungsansatz zur Analyse des stochastischen Verhaltens vorgeschlagen, um die relevanten Sicherheitskennzahlen unter Berücksichtigung beliebiger Wahrscheinlichkeitsverteilungen und des dynamischen Systemverhaltens zu ermitteln. Dieser Ansatz liefert im Gegensatz zu simulationsbasierten Verfahren genaue und reproduzierbare Ergebnisse bei vergleichsweise geringer Rechenzeit. Für die Variation möglicher Systemtopologien und Sicherheitsmaßnahmen wird ein Ansatz zur ganzheitlichen Optimierung vorgeschlagen, um anhand relevanter Leistungs- und Sicherheitskennwerte die vielversprechendsten Systemvarianten zu ermitteln. Die Anwendung des Konzepts sowie dessen Effektivität wird anhand der Optimierung eines elektrischen Antriebssystems unter Berücksichtigung funktionaler Anforderungen sowie unterschiedlicher sicherheitsrelevanter Verfügbarkeitsanforderungen demonstriert.