Entwicklung robuster Bildverarbeitungsalgorithmen für Serviceroboter mittels konfigurierbarer reaktiver Ablaufstrukturen

Immer mehr Roboter dringen in das private Umfeld des Menschen ein, wobei sie allerdings meistens nur für eine bestimmte Aufgabe, wie zum Beispiel Rasen mähen oder Staub saugen, vorgesehen sind. Der universelle Serviceroboter, der dem Menschen viele verschiedene Aufgaben abnehmen kann, scheint noch viele Jahre Entwicklungszeit zu benötigen. Ein notwendiger Aspekt dieser Roboter ist es, die Umgebung zu erfassen und zu verstehen, wofür oftmals Kameras benutzt werden. Dabei unterscheiden sich Serviceroboter grundlegend von Industrierobotern, die immer dieselben Aufgaben in vorher bekannter Umgebung mit vordefinierten Lichtverhältnissen ausführen. Da Serviceroboter teilweise in unbekannter Umgebung agieren und die Beleuchtung je nach Tageszeit starken Einfluß auf Kamerabilder hat, muss die automatische Auswertung der Bilder sehr leistungsfähig sein und ist deshalb heute noch immer ein aktuelles Forschungsthema. Die vorliegende Arbeit stellt ein Software-Werkzeug vor, das es einem Anwendungsentwickler ermöglicht, komplexe Bildverarbeitungsalgorithmen zu entwickeln, ohne dass eine Zeile Programmcode geschrieben werden muss. Neben der benutzerfreundlichen schnellen Entwicklung von Algorithmen wurde großer Wert auf hohe Ausführungsgeschwindigkeit gelegt, die unter anderem durch automatische Parallelausführung von Softwarefunktionen ermöglicht wird. Während der Anwendungserstellung wählt der Entwickler verschiedene Funktionsblöcke aus einer Bibliothek aus, ordnet sie in einer beliebigen Reihenfolge an und konfiguriert die Parameter der Blöcke. Durch Vorkompilierung der Funktionsblöcke, können die Algorithmen mit dem Werkzeug sofort getestet und deren Ergebnisse in 2D und 3D angezeigt werden. Die Benutzerfreundlichkeit wurde in einem Nutzertest mit 49 Teilnehmern erwiesen. Um die Wirksamkeit des entwickelten Werkzeugs und des umschließenden Rahmenwerks zu zeigen, werden mehrere Anwendungen vorgestellt. Eine Beispielanwendung fusioniert Tiefeninformation aus zwei verschiedenen Kameratypen. Außerdem werden Algorithmen vorgestellt, die mit veränderlichen Lichtverhältnissen robust umgehen können. Das neu entwickelte Werkzeug und die vorgestellten Algorithmen werden am Serviceroboter FRIEND getestet, der am Institut für Automatisierungstechnik der Universität Bremen entwickelt wird. Der FRIEND-Roboter wird derzeit im ReIntegraRob- Forschungsprojekt (2010-2013) an einem Bibliotheksarbeitsplatz eingesetzt, mit dessen Hilfe eine körperlich stark behinderte Frau wieder ins Berufsleben zurückgekehrt ist.