Rettungsrobotersysteme / Rescue Robot Systems

Bearbeitung hochaktueller Probleme aus dem Bereich autonomer Rettungsroboter. Bei der Bearbeitung kleinerer Aufgabenstellungen in Teams lernen die Studierenden typisch ingenieurmäßiges Arbeiten kennen. Im Rahmen von (inter-)nationalen Wettbewerben (z. B. RoboCup) kann die Leistungsfähigkeit der entwickelten Lösungen erprobt werden.

Solving highly topical problems in the field of autonomous rescue robots. Through working on small assignments in teams students will become familiar with typical engineering tasks/procedures. The performance of the developed solutions can be tested in (inter-)national competitions (e. g. RoboCup), presenting the results in a practice-oriented manner

Nach schweren Unfällen und Katastrophen haben die eintreffenden Rettungskräften oft das Problem, dass sie nicht zum eigentlichen Einsatzort gelangen, weil der Weg dorthin mit Trümmern verlegt, durch Feuer versperrt oder durch die sich entwickelnde Hitze einfach unbegehbar ist. Hier können mobile Roboter ein effektives Hilfsmittel sein. Neben der Entwicklung eines robusten Systems sind intelligente Funktionen eine grundlegende Herausforderung in diesem Arbeitsgebiet.

Eine Aufgabe besteht in der selbständigen Erstellung von Karten des Einsatzortes, da evtl. vorher existierende Karten nach z. B. einem Erdbeben nicht mehr zu gebrauchen sind. Ohne eigene Karte wäre ein Roboter weder in der Lage, das Gebiet systematisch zu erkunden, noch könnte er den menschlichen Rettungskräften die genaue Position der gefundenen Opfer melden. Die Detektion von Opfern geschieht zunächst sichtgestützt mit Hilfe von Kameras. Aber auch akustische Signale, eine erhöhte Kohlendioxidkonzentration sowie mit Hilfe von Wärmebildkameras registrierte körperwarme Bereiche können auf lebende Opfer hinweisen.

Neben autonomen sollte ein Roboter im Ernstfall auch teleoperiertes Verhalten beherrschen, um mit den Rettungskräften kommunizieren und diesen einen Überblick über die Situation im Katastrophengebiet geben zu können. Hier könnte es erforderlich sein, die Lage von Verschütteten zu übermitteln oder neue Befehle entgegenzunehmen. Jederzeit muss ein Roboter in der Lage sein, zu erkennen, ob er noch im Kontakt zur Einsatzzentrale steht, oder vollständig autonom agieren muss. Ein Fernziel ist die Etablierung von Teams aus kooperierenden Robotersystemen und menschlichen Bedienern.

Im GET Lab wird seit 2007 der GETbot, ein mobiler Rettungsroboter, entwickelt, der 2008 und 2009 bei den German Open der Rescue Real Robot Liga mit sehr gutem Erfolg (2008: 3. Platz; 2009: 2. Platz) startete. Im Rahmen dieser Projektgruppe soll der GETbot in seiner Funktionalität erweitert werden.

After severe accidents rescue personnel is often unable to get to the actual location because the path is obstructed by debris or fire or can simply not be reached due to extreme heat caused by fires. In those situations mobile robots can be an effective resource. In addition to developing robust systems, intelligent functions in these systems is one of the fundamental challenges of this field of research.

Independently developing maps of the site is just one task since previously existing maps may be useless after e. g. an earthquake. Without a map the robot would not be able to systematically search the area nor could it inform human rescue workers of the exact location of the detected victims. The initially vision-supported detection of victims is achieved by cameras. But acoustic signals, an elevated carbon dioxide concentration and regions of body heat registered by thermal imaging cameras may also point to live victims.

In addition to autonomous performance, a robot should in emergency situations also master teleoperated behavior to be able to communicate with rescue workers and provide them with an overview of the situation in the disaster area. In this case, it might be required to transmit the coordinates of a buried victim or accept new orders. At any given time, a robot has to be able to detect whether or not it is still in touch with the operations center or if it has to act completely autonomous. Establishing cooperative teams of robot systems and human operators is a long-term objective.

For the past year, the GETbot, a mobile rescue robot, has been developed at the GET Lab. In April 2008, it competed for the first time in the German Open of the Rescue Real Robot League. Within this project team the functions of the GETbot are to be expanded.

Faktenwissen / factual knowledge:

Grundlegende Kenntnisse u. a. in Bereichen der

• Natürlichen Informationsverarbeitung
• Mustererkennung
• Bild- und Sprachverarbeitung
• Robotik

Fundamental knowledge of e. g.

• Natural information processing
• Pattern recognition
• Image and speech processing
• Robotics

Methodenwissen / methodic competence:

• (Nicht-)lineare Systemtheorie
• Dynamische Systeme
• (Mehrdimensionale) Signalverarbeitung
• Künstliche neuronale Netze und Softcomputing
• Bild- und Sprachverarbeitung
• Mehrgrößenregelungen
• Robotik
• Planungsverfahren
• Evaluierungsstrategien und Lösungsmethodiken für Anwendungsprobleme

• (Non-)linear system theory
• Dynamic systems
• (Multidimensional) signal processing
• Artificial neuronal networks and softcomputing
• Image and speech processing
• Control
• Robotics
• Planning process
• Evaluation strategies and solution methods for application problems

Transferkompetenz / transfer competence:

Übertragung der in vorangegangenen Einzelveranstaltungen vermittelten Kenntnisse auf konkrete Aufgaben in der Robotertechnik

Transferring the knowledge acquired in previous courses to concrete problems in robotics

Normativ-bewertende Kompetenz / normative competence:

Erkennen und Bewerten von Funktion und Verhalten komplexer technischer Prozesse und ihre Einbindung in das gesellschaftliche Umfeld unter ethischen Gesichtspunkten

Identification and evaluation of function and behavior of complex technical processes and their integration into the social environment while also considering ethical aspects

Schlüsselqualifikationen / soft skills:

• Souveräner Umgang mit dem vermittelten Theorie- und Methodenschatz
• Fähigkeit des Recherchierens und der Bewertung von (englischsprachiger) Fachliteratur

• Competent handling of the theories and methods acquired
• Ability to research and evaluate (English-language) technical literature

Bearbeitung der unterschiedlichen Aufgaben in der Projektgruppe, regelmäßige Diskussion mit den Projektbetreuern und abschließende Präsentation der Ergebnisse

Working on various assignments in the project team, regular discussion with project supervisors and concluding presentation of results

• Abgeschlossenes Grundstudium (Semester 1-4 der verschiedenen Studiengänge)
• Erfolgreicher Abschluss eines Bachelorstudiums

• Completed basic study period (semester 1-4 of the various study programs)
• Bachelor degree

Keine / None

Mündliche Prüfung / oral exam

Literaturhinweise werden während der Veranstaltung verteilt.

A list of selected literature will be handed out during the course.

• Mertsching, Bärbel: Materialien zur Vorlesung Robotik (Skript).