Footstep planner and environment sensing system for a cost-oriented humanoid robot

Abstract

Es ist absehbar, dass in der nahen Zukunft humanoide Roboter Teil des menschlichen Alltags im Haushalt sowie am Arbeitsplatz sein werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass sie auf dem Markt zu einem vernünftigen Preis erhältlich sein werden. Die Forschung über kostenorientierte humanoide Roboter begann im Jahr 2011. An der technischen Universität Wien (TU Wien) ist derzeit ein kostenorientierter humanoider Roboter, genannt Archie, in Entwicklung. Er setzt sich derzeit aus zwei Beinen, einer Hüfte und einem Rumpf zusammen und verfügt über die grundlegenden Gehfähigkeiten. Diese Doktorarbeit gibt einen Überblick über die Steigerung der Fähigkeiten des Roboters auf Hardware und Softwareebene. Das Ziel dieser Arbeit ist es, dem Roboter die Wahrnehmungsfähigkeit der Umgebung zu ermöglichen. Eine weitere Zielsetzung ist, dem Roboter die Fähigkeit zur Durchführung einer autonomen Pfadplanung von einer bestimmten Startposition zu einem Zielpunkt, inklusive der Hindernisvermeidung auf dem Weg, zu geben. Zur Zielerreichung wurde einer Stereo-Kamera auf dem Roboter installiert. Dies ermöglicht es, Daten aus der Umgebung zu sammeln. Des Weiteren wurde ein leistungsfähiger On-Board Computer eingebaut, um die Autonomie des Roboters zu erhöhen. Im Hinblick auf die Software wurde eine „Detect And Avoid“ Software (Erkennung und Vermeidung) realisiert. Die Zielsetzung ist es, Archie die Möglichkeit der Umgebungserfassung, durch die Verarbeitung der Daten aus den Stereo-Kameras, zu geben. Weitere Ziele sind die Bereicherung der Map mit den erkannten Hindernissen, die Erkennung der aktuellen Position auf der Map und die Planung eines sicheren Pfads zu einer Zielposition

It is foreseeable that in the next future, humanoid robots will be part of everyday life in the household and in the workplace, and that they will be available on the market for a reasonable price. The research on cost-oriented humanoid robot started in 2011. At the Technische Universität Wien (TU Wien) a cost-oriented humanoid robot, named Archie, is in development. It is currently composed of two legs, a hip and a torso and it has basic walking capabilities. This PhD dissertation describes the efforts made to increase the capabilities of the robot at hardware as well as at software level. The goal of this work is to give the robot the capability of sensing the environment around it and to autonomously plan the path from its current position to a target position, while also avoiding the obstacles on the way. Such a goal required the addition to the robot of a stereo-camera in order to allow it to collect data from the environment around it. Furthermore, a powerful on-board computer was added in order to increase the autonomy level of the robot. From the software point of view, this work consisted in the first implementation of a detect and avoid software. It aims to give Archie the capability of mapping the environment, by processing the data coming from the stereo-cameras, enriching the map with the obstacles detected, knowing its position in the map and planning a safe trajectory from its position to a target position.