Roams - der Kartierungsroboter

Roboter erstellt 3D-Landkarten

Roams sieht aus wie ein großes Spielzeugauto mit einem Gestell auf dem Dach. Das Gestell hält ein Lasermesssystem, mit dem der Roboter seine Umgebung abtastet. Aus den Daten generiert ein Computer dann eine dreidimensionale Landkarte.

Einen Roboter, der eigenständig ein Gelände erkundet und dreidimensionale Landkarten des durchfahrenen Gebietes erstellt, haben Wissenschaftler vom Stevens Institute of Technology in Hoboken im US-Bundesstaat New Jersey entwickelt. Finanziert wurde die Forschung von der US-Armee.

Kartierung mit Laser und Kamera

Remotely Operated and Autonomous Mapping System, kurz Roams, haben die Wissenschaftler um Biruk Gebre ihren robotischen Pfadfinder genannt, der aussieht wie ein verkleinerter Kastenwagen. Oben auf dem Fahrzeug sitzen ein Lasersystem und eine Videokamera, die die Umgebung des Roboters abtasten.

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Light Detection and Ranging (Lidar) heißt dieses System. Es ist dem Radar vergleichbar, nur dass es zur Entfernungsmessung keine Funkwellen, sondern Lichtimpulse einsetzt. Das System sendet einen solchen Lichtimpuls aus und misst, wie lange es dauert, bis das Licht, das von einem Gegenstand reflektiert wird, wieder bei dem System ankommt. Aus diesen Daten und den Bildern der Videokamera wird dann eine dreidimensionale Karte errechnet.

2D-Lidar wird zum 3D-Lidar

Eines der Projektziele war, ein möglichst günstiges System zu bauen. So setzen Gebre und seine Kollegen beispielsweise kein teures 3D-Lidarsystem ein, sondern ein deutlich günstigeres 2D-Lidar. Dafür haben sie eine kardanische Aufhängung konstruiert und können es so wie ein 3D-Lidar einsetzen: Zum Kartieren wird die Aufhängung in Rotation versetzt und gekippt, damit das Lidar und die Kamera die Umgebung aufnehmen können. Während der Fahrt wird das Lidar fixiert und dient zur Hinderniserkennung.

Das genutzte Lidar hat zwar eine geringere Auflösung als ein 3D-Lidar. Dennoch liefere es Karten, die genau genug für bestimmte militärische Zwecke sind oder auch für Gebäudevermessungen, sagte Gebre dem US-Wissenschaftsmagazin Technology Review. Dafür koste der Prototyp des Roams nur 15.000 bis 20.000 US-Dollar.

Stehenbleiben zum Abtasten

Der Roboter fährt auf vier Rädern zu seinem Einsatzort. Dann bleibt er stehen und tastet die Umgebung ab. Das dauert etwa eine halbe Minute. Dabei manövriert er mit Hilfe des Lidar, mit insgesamt fünf Kameras und mit Infrarotsensoren. Derzeit muss ein Mensch dem Roboter in etwa anderthalb Kilometern Entfernung folgen. Der Roboter soll aber so weiterentwickelt werden, dass der Mensch ihn nur aussetzen muss und er alles weitere selbstständig erledigt.

Gebre und sein Team haben Roams in der vergangenen Woche auf der Konferenz Technologies for Practical Robot Applications vorgestellt, die vom internationalen Ingenieursverband Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) veranstaltet wurde.