Development of an intelligent mobile robot for landmine detection

Abstract

Schätzungen der UNO zufolge fordern Landminen jedes Jahr 15.000 Todesopfer. Zusätzlich zu dem menschlichen Leid, welches durch die unverantwortliche Verwendung von Landminen verursacht wird ergeben sich auch verheerende wirtschaftliche Folgen für betroffene Regionen.<br />Im Sinne einer "Humanitären Landminenentfernung" ist es erforderlich alle Minen, sowie nicht explodierte Munitionsteile in einem vorab definierten Gebiet zu entfernen. Die späteren Nutzer eines gesäuberten Landstriches müssen sich auf die Qualität des Entminungsprozesses verlassen können. Bis jetzt kann eine solch hohe Konfidenz nur mit manuellen Entminungsmethoden gewährleistet werden. Es ist erstrebenswert, dass diese mühsame und gefährliche Arbeit in Zukunft von intelligenten Robotern ausgeführt wird. Die größte Herausforderung für mobile Roboter besteht darin, dass Landminen selten in ebenen, leicht zugänglichen Gelände verlegt werden.<br />Nachdem Minenfelder nicht bewirtschaftet werden sind sie meist von Vegetation überwachsen. Der Zugang wird zusätzlich oftmals durch Felsen, Bäume und Hanglagen erschwert. Solche Geländearten stellen hohe Anforderungen an die Fortbewegungsart eines Roboters. Es ist das Ziel dieser Arbeit einen Prototyp zu entwickeln, welcher in der Lage ist Landminen in schwierigem Gelände aufzuspüren. Zu diesem Zweck wird ein iterativer Design und Simulationsprozess angewendet, welcher es erlaubt Designalternativen effizient zu untersuchen. Um mit den niedrigen Löhnen in von Landminen betroffenen Ländern konkurrieren zu können besteht der neu entwickelte Roboter hauptsächlich aus preiswerten, kommerziell verfügbaren Komponenten.<br />Der Roboterprototyp kann über eine Funkverbindung ferngelenkt werden und sucht dabei selbstständig nach Landminen mit Hilfe eines Metalldetektors. Im Fall eines potentiellen Minenfundes wird die entsprechende Stelle mit Farbe markiert. Die Evaluierung des Roboterprototyps sowie abschließende Bemerkungen vervollständigen diese Dissertation.<br />

According to estimations of the United Nations landmines still claim about 15.000 victims a year. Aside from the human tragedy the mutilation or killing of innocent people brings there also arise devastating economical effects for mine affected regions which belong to the world's poorest countries.<br />For humanitarian demining it is necessary to prove that all mines and unexploded ordnance are removed from a specified area to a certain depth. The beneficiaries of such programs must be certain that cleared land is safe for their use. Until now this high level of confidence can only be reached by manually probing the ground which is an exhausting and dangerous work. It is desirable that this task is carried out by intelligent mobile robots in the near future. The biggest challenge for such mobile robots is that landmines are seldom laid on even surfaces. Most minefields are difficult accessible due to heavy vegetation, obstacles and slopes. Such terrain types pose high demands on the locomotion system of a demining robot. It is the aim of this work to implement a mobile robot capable of detecting landmines in rough terrain. For developing its locomotion system an iterative design/simulation approach is applied which allows evaluating mechanical design alternatives efficiently. To compete with low labor costs in mine affected countries the robot consists mostly of low-cost commercial off-the-shelf components.<br /> The prototype is steered remotely through rough terrain and searches automatically for landmines on its way. A suspicious spot can be marked by colored paint. An evaluation of the robot's performance and the resulting analysis as well as summarizing cogitations form the completion of this thesis.<br />