24.05.2021
Informatik Patent ermöglich digitale Bestimmung von Lage und Orientierung eines Objektes im Raum
Thomas Gulde entwickelt Messsystem und Verfahren zur extrinsischen Kalibrierung
- Der Forschungsleiter der Fakultät Informatik, Prof. Dr. Cristóbal Curio mit Thomas Gulde. Beide forschten jahrelang gemeinsam an der Fakultät Informatik. Aus der gemeinsamen Arbeit entstand dann das von Thomas Gulde entwickelte Patent
Erfolg für die Forschung an der Fakultät Informatik. Wie berichtet wurde die Hochschule mit dem Siegel „Digital Innovator 2021“ der Zeitschrift Chip ausgezeichnet. Grundlage für die Auszeichnung ist unter anderen das Patent „Messsystem und Verfahren zur extrinsischen Kalibrierung“ von Thomas Gulde. Thomas Gulde forscht seit 2016 im Forscherteam Kognitive Systeme von Prof. Dr. Cristóbal Curio und absolvierte den Masterstudiengang Human Centered Computing an der Fakultät Informatik
Im nachfolgenden stellen wir Ihnen kurz die wesentlichsten wissenschaftlichen Aspekte des Patents von Thomas Gulde vor:
Titel
Messsystem und Verfahren zur extrinsischen Kalibrierung
Kurzfassung
Das von der Hochschule Reutlingen patentierte Verfahren dient zur Bestimmung von Lage und Orientierung eines Industriellen Roboterarms im Bezug zu einem Kamerasystem. Statt eines klassischen Kalibriermusters werden die Posendaten des Roboterarms direkt verwendet um die Transformationsbedingungen abzuleiten.
Hintergrund
Da Produktionsarbeitsbereiche immer mobiler und dynamischer werden, wird es immer wichtiger, den Gesamtzustand der Umgebung zuverlässig zu überwachen. Dort müssen Manipulatoren oder andere Robotersysteme teil-autonom zusammen mit Menschen und anderen Systemen in einem gemeinsamen Arbeitsbereich agieren können. Solche Wechselwirkungen erfordern, dass alle Komponenten in nicht-stationären Umgebungen den Zustand relativ zueinander wahrnehmen können.
Problemstellung
Es gibt diverse relativ aufwändige Kalibrierungs- und Überwachungsverfahren, welche meist zusätzliche Geräte wie z. B. Kalibrierplatten erfordern.
Lösung
Vision-Sensoren stellen eine reichhaltige Informationsquelle dar. Um diese Informationen künftig noch effizienter zu nutzen, hat Thomas Gulde einen neuen Ansatz entwickelt, um die zweidimensionale Pose der kinematischen Kette eines industriellen Manipulators aus einem Kamerabild zu bestimmen. Diese Positionsinformationen können in Verbindung mit den durch den Roboter bekannten 3D-Koordinaten berührungs- und markerlos zur extrinsischen Kalibrierung des Kamerasystems verwendet werden- Damit können bei einer Nutzung z. B. einer 360°-Kamera auf einem Helm (dessen relative Position dadurch stets bekannt ist) eines sich bewegenden Arbeiters im Arbeitsraum eines Roboters, Konfliktsituationen mit dem kollaborierenden Roboter vermieden werden, da der Roboter auf die Position des Arbeiters reagieren kann bzw. frühzeitige Warnungen für den Arbeiter signalisiert werden können.
Dynamische Kameraaufbauten können auf diese Weise direkt im Prozess an neue örtliche Gegebenheiten angepasst werden – ohne direkten Kalibrieraufwand und zusätzliche Komponenten wie Kalibrierplatten. So wird eine Unterbrechung des Produktionsprozesses bei Anwendung dieses Kalibrierungs-/ Überwachungssystems vermieden.
Vorteile, die sich durch die Entwicklung (Patent) ergeben
- Arbeitsschutz in der Mensch-Maschine-Interaktion
- Arbeitsschutz für kollaborierende Roboter
- Eine neuartige, markerlose extrinsische Kamera-Kalibrierung basierend auf der geschätzten Pose der Robotergelenke
- Keine Unterbrechung des Produktionsprozesses
- Realisierung einer 2D-Pose-Schätzung eines einzelnen mehrachsigen industriellen Manipulators
Anwendungsbereiche
Die von Thomas Gulde entwickelte Technologie bietet viele praktische Vorteile in Bereichen wie der (teil-) automatisierten Fertigung sowie bei weiteren Technologiezweigen, in denen Roboter mit einer sich verändernden Umgebung interagieren müssen. AR-Anwendungen, die online-Kontrolle von Robotern sowie weitere Bereiche der Mensch-Roboter-Kollaboration profitieren ebenfalls.
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