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DARPA Grand Challenge
Autonome intelligente Roboter ~Seminar~
21.06.2007
Oualid Hamdi
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*Inhaltsverzeichnis1.Einleitung2.Die Grand Challenge 2.a.Die Route 2.b.Regeln3.Die Hardware4.Die Software5.Zusammenfassung
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Einleitung
• Die Grand Challenge ist ein Wettbewerb, der von der DARPA ausgetragen wird. (Rennen zwischen autonomen Roboterfahrzeugen).
• DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ist eine Zentrale Forschungs- und Entwicklungsorganisation des DOD (Department of Defence), des Verteidigungsministerium der USA.
• Aufgabe: Forschung + Entwicklung von Technologien ->diese Technologien sollen bis 2015 eingesetzt werden. ->Zumindest sollen 2/3 alle Miltärvehikel autonom
fahren.
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Die Grand Challenge
• Die Erste Grand Challenge: -Datum: 13.März 2004 -Ort: Mojava-Wüste in US-
Bundesstaat NEVADA (USA) -Strecke: 150 Meilen (~241 Km) -Zeit: 10 Stunden -Anzahl der Teams: 106 -Gewinn-Preis : US$ 1.Mio
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Die Grand Challenge• Ergebnis: -> Das Erfolgreichste Fahrzeug konnte nur 7,4 Meilen (~11,9 Km) zurücklegen -> weniger als 5 % von der gesamten Strecke.
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Die Grand Challenge
• Die zweite Grand Challenge: -Datum: 8-9.Oktober 2005 -Ort: Mojava-Wüste (NEVADA) -Strecke:132,2 Meilen (~ 212,76 Km) -Zeit: 10 Stunden -Anzahl der Teams: 195 -Gewinn-Preis: $ 2.Mio
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Die Grand Challenge
• Ergebnis: ->nur 4 Teams von den 195 haben die Strecke in weniger als 10 Stunden geschafft. ->Sieger des Rennens war der Team der Universität Stanford mit einem modifizierten VW Touareg namens „Stanley“, der die Strecke in 6 h, 53 min, 58 s geschafft hat. ( d.h eine Durschnittgeschwindigkeit von Etwa 31 km/h)
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Die Grand Challenge
Das Team von Stanford feiert Stanley
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Die Grand Challenge
• Die dritte Grand Challenge: [DARPA Urban Challenge 2007]
-Datum: 3.November 2007 -Ort: Bebautes Gebiet (innerstädtischen Kurs) -Strecke: 60 Meilen -Zeit: 6 Stunden -Anzahl der Teams: 79 (Stand Juni 2007) -Gewinn-Preis: US$ 2.Mio (für Sieger) + US$ 1.Mio
(Zweiter) +US$ 500.000 (für dritter)
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Die Grand Challenge
• Regeln: Strafen: Die DARPA hat auf der Strecke offizielle Beobachter.
Verursacht ein Fahrzeug einen Unfall oder fährt es gefährlich wird es disqualifiziert. Verkehrsbehinderung werden mit Zeitstrafen geahndet.
Kollisionen: Kollisonen -> Fahrzeuge werden durch den E-Stop
angehalten und der Kurs aufgeräumt. -Die Fahrzeuge, welche die Kollision verursacht haben
können disqualifiziert werden. -Die Fahrzeuge, die durch die Kollision geschädigt wurden ->reparieren und neu starten.
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Die Grand Challenge
-Farzeuge müssen parken können (correct parking)
-Fahrzeuge müssen im Regen und im Nebel funktionieren
-wichtig sind Abstände zwischen den Fahrzeugen
-Hier sind Verkehrsregeln, vor allem Vorfahrtregeln an Kreuzungen…
zu beachten.
-DARPA liefert das Wegnetz, 24 Stunden bevor das Rennen beginnt
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Die Grand Challenge-Die Route
-Die Teilnehmer, wurden darauf hingewiesen, dass siesich auf folgende Hindernisse einstellen müssen: *Sandiger Boden *Bäche *Böschungen *Wasserlacken *Berge …-Es gab aber auch unnatürliche Hindernisse : z.b ein Tunnel der 150 mlang ist, der von Teilnehmer durchfahren werden musste.
->Problem: GPS (Global Position System) funktionierte im Tunel nicht!!(Fahrzeuge könnten sich nur auf ihren angebrachten Sensorenverlassen)
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Die Grand Challenge-Die Route
Hindernisse-Route
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Die Grand Challenge-Regeln
• Das Fahrzeug muss autonom am Boden fahren und innerhalb von 10 Stunden die Strecke absolvieren.
• Das Fahrzeug darf ein von der DARPA Gebiet nicht verlassen.
• Das Fahrzeug darf öffentliche zugängliche Signale, wie das GPS nutzen.
• Das Fahrzeug darf kein anders Fahrzeug berühren.• Es ist eine autonome Service Station erlaubt, die sich
ungefähr auf halber Strecke befindet. • Möchten Teams aus anderen Staaten (nicht USA)
teilnehmen, müssen Sie einen Team-Leader haben, der die amerikanische Nationalität hat.
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Die Grand Challenge-Die Hardware
-Die Ladefläche des „Stanley“ wurde zur Gänze dafür benutzt für:
.Prozessoren .Kabel .1Gigabit Ethernet-Switch .Schnittstellen für die Sensoren (die an der Außenseite angebracht sind
- Es wurde im Laderaum die Energieversorgung (Stromnetz + Ersatzbatterien) untergebracht.
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Die Grand Challenge-Die Hardware
-Stanleys Innenleben-
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Die Grand Challenge-Die Hardware
- „Stanley“ ist mit 6 Pentium M Motherbords ausgestattet, die eine
schnellere Ausführung der Befehle bei geringerem Energieverbrauch
ermöglichen.
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Die Grand Challenge-Die Hardware
Sensoren und Antennen im Dachgepäck
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Die Grand Challenge-Die Hardware
SICK Lasermesssystem:
- Sick -> Deutsches Unternehmen -> spezialisiert in Herstellung von Sensoren.
-Es wird so gennante LIDARs verwendet: -LIDAR ist eine Abkürzung von RADAR (radiowave detection and ranging) und bedeutet <<light detection and
ranging>> -statt Funkwellen (RADAR), werden Laserstrahlen
verwendet. -mit diesen Laserstrahlen wird die Umgebung getestet. -die Reichweite eines LIDAR kann bis auf 80 m konfiguriert werden.
-“Stanley“ verwendet 8 LIDARs
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Die Grand Challenge-Die Hardware
• Wie arbeitet eine LIDAR? -Pulzlaufzeit-Prinzip -Ein gepulster Laserstrahl wird von Objekten in der
Umgebung reflektiert und im Empfänger des Scanners registriert . -Zeit zwischen Senden und Empfangen <->Entfernung -Fächerformige Abtastung durch internen Drehspiegel. -Kontur entsteht durch Folge von Impulsen.
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Die Grand Challenge-Die Hardware
• Was misst man damit? -Die Lasermesssysteme können in 3 unterschiedlichen
Modis arbeiten: .Messung der Entfernungswerte .Messung Empfangsenergiewerte .Kombination von beidem Messmethoden
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Die Grand Challenge-Die Software
-Betriebsystem Linux.
- 31 Softwaremodule mit insgesamt rund 100.000 Zeilen Quelltext (Programmierzeilen) (Windows XP besteht aus über 40 Millionen Zeilen Quelltext!!)
-Das Team musste ca. 250 MB Daten pro Stunde von den Lasern
verarbeiten.
-Wurde noch die Kamera hinzugeschaltet, erhöhte sich der Datenfluss
um 1 GB pro 5 Minuten.
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Die Grand Challenge-Die Software
Erkennung der Umwelt:
-Die durch die 5 Laserscanner registrierten Daten der Umgehbung konnten visualisiert werden.
-das folgende Bild zeigt einen Weg mit seitlichen Hindernissen.
Die verschiedene Farbe entsprechen die physikalische Lasersensoren. (siehe Bild)
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Die Grand Challenge-Die Software
Laser Daten
Hindernisse
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Die Grand Challenge-Die Software
- „Stanley“ macht 30 frames/sec.
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Die Grand Challenge-Die Software
-Eine weitere wichtige Visualisierung bildet die so genannte *Drivability Map*, welche den aktuellen Erkennungszustand
des System abbildet.
-Dies ist durch Integration der Daten von allen 3 Sensor-Typen (RADAR, LIDAR, Kamera) entstanden.
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Die Grand Challenge-Die Software
Drivability Map
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Zusammenfassung
- Die Grand Challenge = Wettbewerb (Rennen), der durch die verwendete Technologien, die USA in Kriegfall helfen soll, humane Verluste zu vermeiden.
- Das Team der Elite-Universität Stanford konnte diesen Erfolg für
sich buchen. Ihr autonome Roboter „Stanley“ gewann die letzte Grand Challenge mit eine hervorragender Hardware und eine professionelle Software, den schwierigsten Parcours durch die Wüste.
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Zusammenfassung
Team Vehikle Computional Power
Bteri. Prozessor
Sensoren
LIDAR RADAR Cams GPS Anten.
StanfordRacingTeam
VW Touareg
Linux Pentium M
5 1 1 3 6
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Quellen
• www.wikipedia.org• www.grandchallenge.org• www.darpa.mil• http://www.stanford.edu/• www.spiegel.de• http://www.volkswagen.at• www.designnews.com
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !!
