Autonome Navigation eines Feldroboters

Abstract

Diese Arbeit baut auf dem eigentlich bereits abgeschlossenen Forschungsprojekt „FRANC-Field Robot for Advanced Navigation in bio-Crops“ auf. Für den im Zuge dieses Projektes entwickelten Prototypen eines Feldroboters sollte in einem ersten Schritt die Eignung der Navigationswerkzeuge, des für den Roboter vorgesehenen Software-Frameworks, evaluiert werden. Durch eine Simulation, in der die von diesen Tools geforderte Roboterkinematik durch ein Funktionsmodell imitiert worden war, wurde gezeigt, dass sie als im Grunde für FRANC geeignet anzusehen sind. Weiterführend wurde die Fusion ausgewählter kostengünstiger Sensoren einer näheren Betrachtung unterzogen, um ihre Verwendbarkeit für navigatorische Zwecke abschätzen zu können. Der Fokus lag bei diesem Teil der Arbeit zum einen auf der Fusion von Inertialsensoreinheit mit Magnetometer, GPS und Odometrie mittels erweitertem Kalman-Filter, zum anderen auf der Entwicklung eines Kalman-Filters zur Lageberechnung über die Fusion der Daten von Gyroskop, Magnetometer und Accelerometer unter dezidierter Berücksichtigung externer Beschleunigungen, da für zukünftige Entwicklungsschritte, bei denen die räumliche Navigation auf unebenen Untergründen eine Rolle spielen wird, eine Auseinandersetzung mit diesem Thema unabdingbar ist.

This work is based on the research project „FRANC-Field Robot for Advanced Navigation in bio-Crops“ which actually had already been finished. The first part of this thesis aims to evaluate, whether the navigation tools of the softwareframework, which was designated for the prototype built in the course of the project, are suitable for the robot. A simulation of a function model imitating the kinematic behaviour required by the navigation tools, showed, that they are basically applicable for FRANC. Apart from this, the fusion of selected, cheap sensors was the subject of a closer examination to estimate their applicability for navigation purposes. Therefore an extended kalman filter was used for the fusion of a inertial measurement unit with a magnetometer, GPS and odometry. In addition another kalman-filter, for calculating the pose via the fusion of gyroscope, magnetometer and accelerometer, was developed, which firmly incorporates the occurrence of external accelerations. This was also done with respect to prospective development steps, where the navigation on three-dimensional, uneven terrain is going to play a major role.