Der selbstüberwachte Roboter – erfolgreicher Abschluss eines Cyber Valley Research Fund Projekts

Prof. Dr. Jörg Stückler, Leiter der Forschungsgruppe, hat gemeinsam mit seinem engagierten Team das Projekt "Self-supervised learning of mobility affordances for vision-based navigation" den Bereich der mobilen Robotik vorangebracht und nun beendet. Ihr Forschungsinteresse: Das Team ist überzeugt, dass mobile Roboter, ob in der Logistik oder in autonomen Fahrzeugen, ihre Navigation entsprechend der Umgebung flexibel anpassen können sollten. 

Der Cyber Valley Research Fund unterstützte das Projekt von März 2020 bis zu seinem Abschluss im Oktober 2023. Das Team untersuchte neuartige Ansätze zur selbstüberwachten Anpassung kinematischer und dynamischer Modelle von mobilen Robotern auf Rädern. Ziel des Teams war es, modularisierte Wahrnehmungs- und Bewegungssteuerungsmethoden zu entwickeln, die es Robotern ermöglichen, durch Interaktion mit der Umgebung zu lernen. Stücklers Team entwickelte eine Methode, die mithilfe von Kamerabildern und Trägheitsmessungen die Bewegung eines Roboters zu erfassen und bewerten.   

Sie verbesserten zwei Arten von Roboterplattformen: eine für den Innen- und eine für den Außeneinsatz. Zunächst konzentrierten sie sich auf Roboter mit Rädern für den Innenbereich, die durch die Vorgabe einer Zielgeschwindigkeiten gesteuert werden. Dann erweiterten sie das erarbeitete Modell, um die Parameter für einen Roboter mit autoähnlichen, lenkbaren Vorderrädern anzupassen. Es funktionierte, denn die Auswertung ihrer Anpassungstechnik zeigte zwei Verbesserungen im Vergleich zur bisherigen Offline-Kalibrierung oder visuell-inertialen Bahnabschätzung ohne Informationen eines Bewegungsmodells. Mit dem neuen Techniken konnte die Gruppe einerseits die Fahrbahn des Roboters viel besser abschätzen, und andererseits wurden die Vorhersagen deutlich genauer.  

Der Cyber Valley Forschungsfonds, der von sechs Partnern unterstützt wird, hat fünf Millionen Euro in die Förderung von Innovation und wissenschaftlicher Exzellenz investiert. Forschungsgruppen wurden aufgefordert, Projektvorschläge einzureichen, wobei ethische und gesellschaftliche Erwägungen eine entscheidende Rolle im Bewertungsprozess spielten. 

Aus diesem Projekt, eines von mehreren Cyber Valley Forschungsprojekten, sind die folgenden Veröffentlichungen entstanden: 

• Li, H., Stueckler, J. Tracking 6-DoF Object Motion from Events and Frames. In Proc. of IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation (ICRA), 2021. DOI: 10.1109/ICRA48506.2021.9561760 

• Li, H., Stueckler, J. Visual-Inertial Odometry with Online Calibration of Velocity-Control Based Kinematic Motion Models. IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L), 2022. DOI: 10.1109/LRA.2022.3169837 

• Li, H., Stueckler, J. Online Calibration of a Single-Track Ground Vehicle Dynamics Model by Tight Fusion with Visual-Inertial Odometry. Accepted for IEEE International Conference on Robotics and Automation (2024). Preprint arXiv:2309.11148. 

• Li, H., Stueckler, J. Observability Analysis of Visual-Inertial Odometry with Online Calibration of Velocity-Control Based Kinematic Motion Models abs/2204.06651, CoRR/arxiv, 2022