ISBN 978-3-8439-1048-4

978-3-8439-1048-4, Reihe Robotik und Automation

Frank Schmidt-Brücken
Kooperative Lokalisierung in mobilen heterogenen Sensornetzen

219 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Technik kleiner, mobiler Roboter hat in den letzten Jahren einen Stand erreicht, der einen Einsatz für technologisch bisher nicht realisierbare Tätigkeiten in greifbare Nähe rücken lässt. Exemplarisch sei die Unterstützung von Rettungsteams bei der Suche nach verletzten Personen in einem nach einer Naturkatastrophe unübersichtlichen oder unwegsamen Gelände genannt. Dabei sind es Eigenschaften wie Beweglichkeit, Ausdauer und Systematik bei der Durchführung einer Aufgabe, die mobile Roboter für diese Aufgabe auszeichnen. Ein erheblicher Zeitgewinn bei der Durchführung derartiger Suchaufgaben lässt sich aus deren guter Parallelisierbarkeit erzielen. Hierfür können mehrere für Teilaufgaben spezialisierte mobile Roboter eingesetzt werden, die dann ein mobiles heterogenes Sensornetz bilden.

Bei der Lokalisierung sind alle Schwarmteilnehmer üblicherweise auf sich gestellt und besitzen deshalb annähernd die gleichen Positionssensoren. Eine Unterstützung der Positionsbestimmung der einzelnen Teilnehmer durch das Netz findet dabei nicht statt. Die kooperative Positionsbestimmung nutzt die räumliche Nähe einiger Teilnehmer sowie deren Sensoren zur relativen Positionsbestimmung zwischen Teilnehmern, um für diese eine durch das Netz gestützte absolute Positionsschätzung durchzuführen. Dabei vermisst ein kooperativer Teilnehmer seine relative Position zu anderen Schwarmteilnehmern und nutzt einen vorhandenen Kommunikationskanal, um deren autonom bestimmte Positionen und Positionsunsicherheiten zu erfragen. Die gesammelten Daten kann er zu verbesserten Positionsschätzungen für alle beteiligten Teilnehmer fusionieren. Als letzten Schritt sendet er die neu bestimmten Positionen an die entsprechenden Teilnehmer, die diese wiederum für ihre eigene Navigation nutzen, wodurch sich der kooperative Charakter ergibt. Da das Verfahren gänzlich ohne die Speicherung von Daten über andere Teilnehmer auskommt, führt bereits die erste Begegnung zweier Teilnehmer bei diesen zu einer gestützten Positionsschätzung.

Der Nachweis der Funktionalität des entwickelten Verfahrens sowie der Integrität der Positionsschätzung wird mittels umfangreicher Simulationen geführt. Hierzu wird eine aus Sicht der kooperativen Lokalisierung ungünstige Schwarmkonstellation als Arbeitsmodell definiert, anhand dessen eine Sensitivitätsanalyse hinsichtlich vorkommender Parameter durchgeführt wird.