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Rettungsrobotersysteme / Rescue Robot Systems

Modulhandbuch
Module Manual
L.048.28010 Rettungsrobotersysteme
Rescue Robot Systems

Deutsch / English
Koordination:
coordination
Mertsching, Bärbel Prof. Dr.-Ing.
Lehr- und Forschungseinheit:
teaching unit
Kognitive System
Cognitive Systems
Auskünfte:
information
Mertsching, Bärbel Prof. Dr.-Ing.
Typ:
type
6PG oder 4PS
6PG or 4PS
Credits/ECTS: 9 oder 6
9 or 6
Homepage: http://getwww.uni-paderborn.de/teaching/rrs
Zeitmodus:
semester
Winter- und Sommersemester
winter and summer semester
Termine:
dates
Vorbesprechung, Dienstag 12. Okt. 2010 um 13.00 Uhr in P 1.6.02.1.
preliminary meeting, Tuesday, Oct. 12 2010 at 1:00 pm in P 1.6.02.1.
Kurzbeschreibung / short description

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 from the field 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) and presenting the results in a practice-oriented manner

Inhalt / Content

Nach schweren Unfällen und Katastrophen haben die eintreffenden Rettungskräften oft das Problem, dass sie nicht zum eigentlichen Einsatzort gelangen, weil der Weg dort hin 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 heated caused by fires. In those situations mobile robots can be an effective resource. In additon to developing a 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 tele-operated 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 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.

Lernziele / learning objectives
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
  • Erkenntnis der Bedeutung von Teamleistung
  • Competent handling of the theories and methods acquired
  • Ability to research and evaluate (English-language) technical literature
  • Recognizing the importance of teamwork
Methodische Umsetzung / methodic implementation
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
Inhaltliche Voraussetzungen / prerequisites
Folgende Module sind Voraussetzung für dieses Modul / the following modules are prerequisites:
  • 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
Kombinationshinweise - Überschneidungen / overlapping modules
Die Kombination mit folgenden Modulen ist nicht zulässig / it is not feasible to combine with these modules:
Keine / None
Prüfungsmodalitäten / assessments
1. 100% Mündliche Prüfung / oral exam
Summe / sum 100%
Unterrichtssprache / teaching language
Deutsch / Englisch
German / English
Lernmaterialien, Literaturangaben / learning material, literature
Literaturhinweise werden während der Veranstaltung verteilt
A list of selected literature will be handed out during the course
Ablaufinformationen, Terminplan, etc. / practical implementation, schedule
Bemerkungen / comments