Selbstadaptive Roboterarchitektur REACTiON
REACTiON (Robust bEhAvior-based ConTrol for Off-road Navigation) ist eine modulare, verhaltensbasierte Roboterarchitektur zur zuverlässigen Wahrnehmung, Navigation und Steuerung autonomer Systeme in komplexen und unstrukturierten Umgebungen. Die Architektur wurde insbesondere für autonome Offroad-Fahrzeuge entwickelt. Ihr Grundprinzip besteht darin, komplexe autonome Funktionen in einzelne, miteinander vernetzte Verhaltensmodule zu zerlegen. Diese können situationsabhängig aktiviert, gehemmt und kombiniert werden, sodass sich das Robotersystem flexibel an veränderte Umwelt- und Betriebsbedingungen anpassen kann.
Architektur und Funktionsweise
REACTiON basiert auf dem Konzept der Integrated Behavior-Based Control (iB2C) und unterscheidet drei grundlegende Modultypen:
- Behaviors: Übernehmen einzelne Steuerungs-, Planungs- und Entscheidungsaufgaben.
- Percepts: Verarbeiten Sensordaten und bewerten die Qualität der Wahrnehmungsergebnisse.
- Fusion: Kombinieren oder wählen Informationen und Steuerungsausgaben anhand ihrer Aktivität beziehungsweise Qualität aus.
Die Architektur verbindet diese Module zu einem Gesamtsystem aus Wahrnehmung, Navigation, Steuerung und Sicherheit.
Zentrale Komponenten
- Wahrnehmung und Umweltwissen: Bewertung der Sensordatenqualität, Sensorfusion, Hinderniserkennung und Umgebungskartierung.
- Navigator und Pilot: Globale Routenplanung und lokale Anpassung der Navigation an die aktuelle Umgebung.
- Low-Level Control: Reaktive Fahrzeugsteuerung unter Berücksichtigung von Hindernissen, Geländeeigenschaften und Fahrdynamik.
- Fail-Safe: Überwachung sicherheitskritischer Zustände und Einleitung geeigneter Schutzmaßnahmen.
- Hardwareabstraktion: Einheitliche Schnittstellen für unterschiedliche Robotikplattformen sowie reale und simulierte Systeme.
Anwendung in der Offroad-Robotik
Die Architektur wurde unter anderem am Unimog U5023 umgesetzt. Dabei wurden verhaltensbasierte Steuerungsverfahren entwickelt, die Fahrzeugfunktionen abhängig von Gelände und Betriebszustand anpassen. Zu den untersuchten Funktionen gehören die adaptive Gangwahl, die Steuerung der Differenzialsperren und die Reifendruckregelung zur Verbesserung der Traktion.
Wissenschaftliche Veröffentlichung
Behavior-Based Control for Safe and Robust Navigation of an Unimog in Off-Road Environments
Wolf, P., Ropertz, T., Berns, K., Thul, M., Wetzel, P. & Vogt, A. (2018).