Lehrstuhl Robotersysteme

Thor

Terraforming Heavy Outdoor Robot

Beschreibung

Das Projekt hat das Ziel Konzepte für die Automatisierung von Arbeitsmaschinen für die Agrar- und Forstwirtschaft sowie für den Einsatz im Baubetrieb zu entwickeln. Im Rahmen dieses Projektes sollen Konzepte aus der mobilen Robotik auf Baumaschinen übertragen und Unternehmen in diesem Bereich zugänglich gemacht werden. Als konkreter Anwendungsfall soll die autonome Steuerung eines Mobilbaggers der Firma Volvo CE, Konz behandelt werden. Ziel ist es, Teilaufgaben mit hoher Komplexität für den Fahrzeugführer ohne dessen Eingriff autonom ausführen zu können.

Das Autonome Mobilbagger Projekt THOR (Terraforming Heavy Outdoor Robot) verfolgt das lanfristige Ziel einen 18 Tonnen Mobilbagger (VOLVO EW-180B) vollautonom Landschaftsformungsaufgaben durchführen zu lassen. Dazu wird die reale Versuchsmaschine mit elektrohydraulischen Steuerventilen, Längenmesssensoren, Drehratengebern, Laser-Scannern und kraftvoller PC-Hardware ausgerüstet.

Da der reale Bagger enorme Grab- und Hubkräfte von einigen Zehntausend Newton aufbringen kann, entsteht für Menschen und Gebäude in der Umgebung ein enormes Gefahrenpotential. Um sicher und kostengünstig die implementierten Algorithmen testen zu können wurde daher eine realistische Simulations- und Testumgebung erstellt, welche ein naturgetreues Modell des Baggers selbst und seiner möglichen Umgebung beinhaltet. Mittels einer Physiksimulation wird das Verhalten der Maschine selbst und ihre Interaktion mit dynamischen Objekten in der Umwelt adäquat berechnet.

Bisherige Roboter sollten gerade nicht andere Objekte berühren oder gar beschädigen. Aus diesem Grund bestand bisher keine Notwendigkeit deformierbare Objekte oder Partikelsysteme in die Simulationsumgebung zu integrieren. Beim autonomen Mobilbagger geht es nun gerade darum einerseits mit den Umweltsensoren (Laser-Scanner, Kameras) Oberflächenveränderungen zu erkennen und andererseits auf Auswirkungen des Erdreiches auf die Maschine zu reagieren. Um das simulierte Testen zu ermöglichen, wurde eine Partikel-Erdsimulation erstellt welche die parallele Rechenkraft moderner Grafikkarten mittels der OpenCL Schnittstelle nutzt.

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Technische Daten

Freiheitsgrade - Oberwagen / Arm7
Freiheitsgrade - Unterwagen / Antrieb3
Gewicht18t
Losbrechkräfte100kN

Publikationsliste

Sortiere nach: Autor, Jahr, Titel

  • Advanced Scene Aware Navigation for the Heavy Duty Off-Road Vehicle Unimog.
    Patrick Wolf, Axel Vierling, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Proceedings of the 9th International Conference on Advanced Concepts in Mechanical Engineering (ACME2020), (2020)
  • Autonomous Off-Road Navigation using Near-Feature-Based World Knowledge Incorporation on the Example of Forest Path Detection.
    Patrick Wolf, Axel Vierling, Thorsten Ropertz, Simon Velden, Carlos Guzman und Karsten Berns
    Preprint submitted to Robotics and Autonomous Systems, (2020)
  • Behavior-Based Obstacle Detection in Off-Road Environments Considering Data Quality.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Informatics in Control, Automation and Robotics , Vol. 495, S. 786 - 809. (2020)
  • Autonomous trenching with hierarchically organized primitives.
    T Groll, S Hemer, T Ropertz und K Berns
    Automation in Construction, Vol. 98, S. 214 - 224. (2019)
  • Combining Onthologies and Behavior-Based Control for Aware Navigation in Challenging Off-Road Environments.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz, Philipp Feldmann und Karsten Berns
    Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2019), S. 135 - 146. (2019)
  • Design and Analysis of Behavior-Based Systems using Formal Techniques.
    Thorsten Ropertz
    RRLab Dissertations, (2019)
    https://www.dr.hut-verlag.de/978-3-8439-4189-1.html ISBN-13: 978-3-8439-4189-1
  • Distributed Coordination and Task Assignment of Autonomous Tandem Rollers in Road Construction Scenarios.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz, Alexander Matheis, Karsten Berns und Peter Decker
    36th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2019), S. 953 - 960. (2019)
  • White Paper. High Quality Road Construction using 5G-AMMCOA. Autonomous Mobile Machine Communication for Off-Road Applications.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz, Karsten Berns und Peter Decker
    , S. 1 - 7. (2019)
  • Behavior-Based Control for Safe and Robust Navigation of an Unimog in Off-Road Environments.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz, Karsten Berns, Martin Thul, Peter Wetzel und Achim Vogt
    Commercial Vehicle Technology 2018. Proceedings of the 5th Commercial Vehicle Technology Symposium – CVT 2018, S. 63 - 76. (2018)
  • Behavior-Based Low-Level Control for (semi-) Autonomous Vehicles in Rough Terrain.
    Thorsten Ropertz, Patrick Wolf und Karsten Berns
    Proceedings of ISR 2018, S. 386 - 393. (2018)
  • Cognitive Maps for Autonomous Machines in Construction and Civil Engineering.
    Gregor Zolynski
    (2018)
    https://www.dr.hut-verlag.de/978-3-8439-3628-6.html, Verlag Dr.Hut, ISBN: 978-3-8439-3628-6
  • Cooperation and Communication of Autonomous Tandem Rollers in Street Construction Scenarios.
    Thorsten Ropertz, Patrick Wolf, Karsten Berns, Jochen Hirth und Peter Decker
    Commercial Vehicle Technology 2018. Proceedings of the 5th Commercial Vehicle Technology Symposium – CVT 2018, S. 25 - 36. (2018)
  • Local Behavior-Based Navigation in Rough Off-Road Scenarios based on Vehicle Kinematics.
    Patrick Wolf, Thorsten Ropertz, Moritz Oswald und Karsten Berns
    2018 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), S. 719 - 724. (2018)
  • A Behavior-based Architecture for Excavation Tasks.
    Tobias Groll, Steffen Hemer, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    34th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC), S. 1005 - 1012. (2017)
  • Quality-Based Behavior-Based Control for Autonomous Robots in Rough Environments.
    Thorsten Ropertz, Patrick Wolf und Karsten Berns
    Proceedings of the 14th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics (ICINCO 2017), Vol. 1, S. 513 - 524. (2017)
  • Behavior-based Collision Avoidance using a Cylinder-Coordinate Octree.
    Daniel Schmidt, Fabian Göckel und Karsten Berns
    Proceedings of the 14th International Conference on Intelligent Autonomous Systems (IAS-14), (2016)
  • Entwicklung einer effizienten Abladesimulation.
    Philipp Feldmann
    (2016)
  • Shaping the Future - A Control Architecture for Autonomous Landscaping with an Excavator.
    Daniel Schmidt
    RRLab Dissertations, (2016)
    http://www.dr.hut-verlag.de/978-3-8439-2816-8.html ISBN-13: 978-3-8439-2816-8
  • Verification of Behavior-Based Control Systems in their Physical Environment.
    Thorsten Ropertz, Karsten Berns, Xian Li und Klaus Schneider
    Methoden und Beschreibungssprachen zur Modellierung und Verifikation von Schaltungen und Systemen (MBMV), S. 128 - 137. (2016)
  • Construction Site Navigation for the Autonomous Excavator Thor.
    Daniel Schmidt und Karsten Berns
    Proceedings of the Sixth International Conference on Automation, Robotics and Applications, (2015)
  • Detection of multiple object types within a pointcloud.
    Simon Böhm
    (2015)
  • Soft Robot Control with a Behaviour-Based Architecture.
    Christopher Armbrust, Lisa Kiekbusch, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Soft Robotics - Transferring Theory to Application, S. 81 - 91. (2015)
  • Automatic Generation of Safety Fields for Articulated Construction Vehicle Arms.
    Gregor Zolynski und Karsten Berns
    Proceedings of the 3rd Commercial Vehicle Technology Symposium CVT 2014, S. 47 - 55. (2014)
  • Behavior-based trajectory adaptation based on bucket-volume estimation.
    Daniel Schmidt und Karsten Berns
    Commercial Vehicle Technology 2014 – Proceedings of the 3rd Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2014), S. 347 - 356. (2014)
  • Camera and laser scanner fusion and probability checking.
    Stephan Schlosser
    (2014)
  • On the Benefits of Component-Defined Real-Time Visualization of Robotics Software.
    Max Reichardt, Gregor Zolynski, Michael Arndt und Karsten Berns
    4th International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots (SIMPAR 2014) , Vol. 8810, S. 376 - 387. (2014)
  • Point Cloud Collection and Analysis.
    Patrick Vatter
    (2014)
  • Safety for an Autonomous Bucket Excavator During Typical Landscaping Tasks.
    Gregor Zolynski, Daniel Schmidt und Karsten Berns
    New Trends in Medical and Service Robots, Vol. 20, S. 357 - 368. (2014)
  • Verification of Behavior-Based Networks - Using Satisfiability Modulo Theories.
    Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Proceedings for the joint conference of ISR 2014 and ROBOTIK 2014, S. 669 - 674. (2014)
  • Development of a behavior-based obstacle collision avoidance for the autonomous excavator THOR.
    Fabian Göckel
    (2013)
  • Development of the alignment and displacement functions for thors undercarriage.
    Christopher Schank
    (2013)
  • Generierung dynamischer Sicherheitsfelder für einen autonomen Mobilbagger.
    Mohammad Tavangar
    (2013)
  • Interconnection of the behavior-based control architecture and a detailed mechatronic machine model for realistic behavior verification of the Thor project.
    Daniel Schmidt, Tamas Juhasz, Karsten Berns und Ulrich Schmucker
    Informatik 2013, (2013)
  • Quantitative Aspects of Behaviour Network Verification.
    Christopher Armbrust, Lisa Kiekbusch, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Proceedings of the 26th Canadian Conference on Artificial Intelligence, Vol. 7884, (2013)
  • Tool-Assisted Verification of Behaviour Networks.
    Christopher Armbrust, Lisa Kiekbusch, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    Proceedings of the 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2013), S. 1813 - 1820. (2013)
  • Versatile and Efficient Point Cloud Splitting.
    Patrick Vatter
    (2013)
  • Behavior-based Arm Control for an Autonomous Bucket Excavator.
    Sergey Pluzhnikov, Daniel Schmidt, Jochen Hirth und Karsten Berns
    Proceedings of the 2nd Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2012), S. 251 - 261. (2012)
  • Estimation of Visibility and Self-Occlusion for Voxel Objects.
    Simon Böhm
    (2012)
  • Generating Behaviour Networks from Finite-State Machines.
    Christopher Armbrust, Daniel Schmidt und Karsten Berns
    Proceedings of the 7th German Conference on Robotics (ROBOTIK 2012), (2012)
  • Graphical Support for the Verification of Behaviour Networks.
    Thorsten Ropertz
    (2012)
  • Lkw-Erkennung für einen autonomen Mobilbagger.
    Martin Lichtenthal
    (2012)
  • Modellierung und verteilte Simulation eines autonomen Mobilbaggers.
    Dr Juhasz, Daniel Schmidt, Lisa Kiekbusch, Prof Schmucker und Prof Berns
    Tagungsband Fachtagung Digitales Engineering zum Planen, Testen und Betreiben Technischer Systeme, S. 123 - 130. (2012)
  • Point Cloud Gathering for an Autonomous Bucket Excavator in Dynamic Surroundings.
    Gregor Zolynski, Christopher Schank und Karsten Berns
    Proceedings of the 2nd Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2012), S. 262 - 271. (2012)
  • Verification of Behaviour Networks Using Finite-State Automata.
    Christopher Armbrust, Lisa Kiekbusch, Thorsten Ropertz und Karsten Berns
    KI 2012, (2012)
    http://www.shaker.de/de/content/catalogue/index.asp?lang=de&ID=8&ISBN=978-3-8440-0798-5
  • Modelling of Behaviour-Based Systems.
    Thorsten Ropertz
    (2011)
  • An autonomous excavator for landscaping tasks.
    Daniel Schmidt und Karsten Berns
    Proceedings for the joint conference of ISR 2010 and ROBOTIK 2010, S. 819 - 826. (2010)
  • Feasibility Study for the Automation of Commercial Vehicles on the Example of a Mobile Excavator.
    Carsten Hillenbrand, Daniel Schmidt, Nureddin Bennett, Peter Bach, Karsten Berns und Christian Schindler
    Commercial Vehicle Technology 2010 - Proceedings of the 1st Commercial Vehicle Technology Symposium (CVT 2010), S. 22 - 31. (2010)
  • Simulating Vehicle Kinematics with SimVis3D and Newton.
    Jens Wettach, Daniel Schmidt und Karsten Berns
    Proceedings of the 2nd International Conference on Simulation, Modeling, and Programming for Autonomous Robots (SIMPAR’10), S. 156 - 167. (2010)
  • Simulation and Control of an Autonomous Bucket Excavator for Landscaping Tasks.
    Daniel Schmidt, Martin Proetzsch und Karsten Berns
    Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2010), S. 5108 - 5113. (2010)
  • Soil Simulation and Behaviour-Based Control for Landscaping Tasks of an Autonomous Bucket Excavator.
    Daniel Schmidt
    (2009)
  • Dynamic modelling and control of a mobile bucket excavator.
    Daniel Schmidt
    (2008)

 

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