Navigation und Positionierung eines autonomen mobilen Roboters anhand von Landmarken zum Andocken an einer Ladestation

Das Fraunhofer Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (IAIS) entwickelt im Projekt ProfiBot ein modulares Roboterbaukastensystem für die berufliche Mechatronikausbildung. Es wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Diese Arbeit hat die Entwicklung eines Systems zum Ziel, mit dem es möglich ist, einen ProfiBot-Roboter an einer Dockingstation zu positionieren und eine Ladung der Akkus durchzuführen. Dies umfasst die Entwicklung der Algorithmen und Architekturen zur Navigation, die Konstruktion und die Herstellung der Dockingstation. Das System wurde so konzipiert, dass es sich gegenüber verschiedenen Störfaktoren, wie beispielsweise unterschiedlichen Lichtverhältnissen, Bodenbeschaffenheiten oder markanten Objekten im Raum, robust verhält. Bei den verwendeten Komponenten wurde darauf geachtet, dass sie in das Konzept des Roboterbaukastensystems passen. Das System ist portabel und kann auf einfache Weise erweitert werden. Die Navigation des Systems basiert auf einem Richtfeuer aus zwei infraroten LEDs, die an der Dockingstation in Höhe und Tiefe versetzt montiert sind. Sie werden mithilfe einer Kamera vom Roboter wahrgenommen und ausgewertet. Anhand der Abstände der LEDs zueinander kann der Roboter sich dann präzise vor der Dockingstation positionieren. Die Dockingstation setzt sich aus den beschriebenen LEDs, einem Ladegerät für die Akkus des Roboters und einer Kontaktvorrichtung zusammen. Letztere besteht aus einem gebogenen Messingblech, das sich - sobald es vom Roboter überfahren wird - an dessen Kontaktplatte anschmiegt und dadurch einen elektrischen Kontakt herstellt. Der Kontakt an der Dockingstation wurde durch eine mechanisch verschiebbare Abdeckung und einen Endlagenschalter vor unmittelbarer Berührung geschützt. Am Roboter wird der Ladestrom erst freigegeben, wenn ein Schalter, der hinter einer Blende montiert wurde, von der vom Roboter zurückgeschobenen Schutzabdeckung der Dockingstation gedrückt wird. Das System wurde im Zuge dieser Arbeit unter verschiedenen Bedingungen (Bodenbeschaffenheit, Lichtverhältnisse) getestet. Dabei war es in allen Fällen möglich, den Roboter andocken zu lassen. Probleme gab es nur dann, wenn eine starke Sonneneinstrahlung oder eine andere starke Infrarotlichtquelle die Auswertung beeinflusste. Es ist geplant, die Dockingstation als zusätzliches Modul in den ProfiBot Baukasten zu integrieren.