Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen

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1 ARIDuA Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen M.Sc. Sebastian Varga, Institut für Markscheidewesen und Geodäsie - TU Freiberg, Dipl.-Ing. Steve Grehl Seit dem 1. Juli 2017 fördert der Freistaat Sachsen aus den Fördermitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) die Nachwuchsforschergruppe zum Thema Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen.

2 Übersicht über die heutigen Themen Vorstellung Anforderung Sensorik/IoT Robotik Geologische Bewertung Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Max Mustermann Veranstaltungstitel

3 Informationsdreieck Interaktion Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag

4 R S I A Robotik Interaktion, Navigation, Manipulation Datenacquise Sensorik, Internet der Dinge Datenintegration Visualisierung, Data Mining, Big Data Analyseverfahren Geologie, Abbauplannung

5 M.Sc. Robert Lösch Robotik Dipl.-Ing. Steve Grehl Engineering & Computing M. Sc. Frederic Güth Elektronik- und Sensormaterialien M. Sc. Nasrin Rezaei-Abadchi Big Data Dipl.-Ing. Franziska Wolf Bergbau M. Sc. Sebastian Varga Geologie

6 R Prof. B. Jung Virtuelle Realität und Multimedia Fakultät 1 S Prof. Y. Joseph Elektronik- und Sensormaterialien Fakultät 5 I A Prof. A. Rehkopf Automatisierungstechnik Prof. H. Mischo Spezialverfahren und Abbautechnik unter Tage Prof. J. Benndorf Geodäsie und Markscheidewesen Fakultät 4 Fakultät 3

7 Design und Aufbau eines Smart Sensor Netzwerkes R S I A Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Frederic Güth Exkursion: Dräger

8 Anwendung von Robotern untertage R Transportaufga ben (Grubenwehrequipment) Kartierung und Erstellung 3D- Modell Visualisierung der Umgebung durch Fotos und Videobilder A Aufbau eines drahtlosen Datennetzwerkes Sensordatenaufnahme Geologische Erkundung Informationshaushalt des Forschungsroboters Julius beim Einsatz untertage Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag

9 S A ARIDuA Vorstellung Anforderung Sensorik/IoT Robotik Geologische Bewertung Anwendung von IoT untertage Personentracking Maschinentracking Einbindung von Kommunikationsmedien Schaffung eines drahtlosen Datennetzwerkes Stationäres Monitoring von Sensordaten Monitoring von Sensordaten mit mobilen Sensorboxen Bluetooth Beacon zum Personentracking im Helm Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag 2018 Mobile Netzwerkboxen unter Tage 9

10 Smart Sensor Box S Komplexe Sensorik Gassensorik CO, NO2, O2, CO2 Strahlung, insbesondere Radon Flüssigkeitsanalytik, Bergwerkswässer Gase Wetter Smart Sensor Box Wasser Konstruktion einer Smart Sensor Box Aufnahme aller relevanten Komponenten Dimensioniert für Transport und Installation durch Roboter (202 x 122 x 75 mm) Schutz der Komponenten gegenüber Umwelteinflüssen O 2 Temperatur CO Standort ph-wert CO 2 Luftfeuchte H 2 S Luftdruck NO x Rn (Wettergeschwindigkeit) Orientierung Sulfatgehalt Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag

11 Manipulation der Smart Sensor Box R S RGB Image Depth Image Pointcloud Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag

12 Design und Anforderungen an den Roboter R A Fortbewegung: unebene Sohle, Schienen, aufgeschüttete lose Gesteinsmassen, Wasser Autonome Fahrweise oder stabile Fernsteuerung Bedienbarkeit für Bergmann Geringe Abmaße Akkukapazität Lokalisierung in georeferenzierter Karte (auch Höhen) Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag 2018 Sicherheit: Ex- Schutz, Akkus, Vermeiden des Versperren von Fluchtwegen 12

13 Wegpunktnavigation unter Tage R Simultanes Lokalisieren und Mapping (SLAM) zur Kartengenerierung Vorgabe globaler Wegpunkte durch einen Experten Lokalisierung über optische Merkmale im RGB Bild Hindernisvermeidung durch 3D und 2D Laserscanner über eine lokale Pfadplanung Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Steve Grehl 19. Geokinematischer Tag

14 Automatisierte geologische Kartierung Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

15 Aufgabenstellung 1. Differenzierung zwischen Erzgang und nicht werthaltigen Gestein, d.h. Ermittlung geologischer Grenzschicht 2. Identifikation der Erzminerale, d.h. geologische Kartierung des Erzganges unter Angabe für der Auftrittswahrscheinlichkeit einer Mineralklasse pro Gewinnungsblock Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

16 Forschungsfragen Wie kann die untertägige Situation charakterisiert werden? Mit welcher Sensorik /technischen Setup und welcher Sensorinformationen, kann der Erzgang unter Tage berührungslos und automatisiert klassifiziert werden? In welcher Auflösung und Genauigkeit können Erzgänge mit diesem Setup detektiert werden? Wie kann aus der qualitativen Aussage des Sensors eine quantitative Aussage gewonnen werden? Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

17 Motivation Herausforderungen Herausforderungen Dunkelheit Feuchte, Überbelichtung Unterschiedlicher Grad von Reflexion Inhomogenität der Kontur der Ortsbrust Unterschiedlicher Grad von Abschattung Ziele Definition des Messsystems Pixelweise Klassifikation (Auftrittswahrscheinlichkeit) der Mineralien an der Ortsbrust Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

18 Technisches Setup Anforderungen Inhomogenität der Ortsbrust: Inhomogenität Illumination Entfernungen Unterschiedlicher Grad von Reflexionen Unterschiedlicher Grad von Abschattung 4 dimmbare Halogenlampen Automation des Weißabgleichs Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

19 Multi-Sensor System für die geologische Kartierung Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

20 Hyperspektrales Messprinzip [4] Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

21 Konzept der automatisierten Klassifikation Ziel Blockweise Charakterisierung durch Verwendung der Gesamtheit der Pixelinformation Bestimmung der geologischen Grenze (Erz/taubes Gestein) Auftrittswahrscheinlichkeit einer Gesteinsklasse pro Pixel Herausforderungen Region/Pixel, die nicht korrekt klassifiziert sind Hyperspektrale Bildgebung als einzige Information ist problematisch Idee: Verwendung von nachbarschaftlichen Beziehungen (Räumliche Korelation) Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

22 Workflow Datenanalyse MPS UP CL Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

23 Multi-Point-Statistik - Workflow Kalibrierungsschritt : RGB-Bild wird von einer repräsentativen Region der Ortsbrust (geringer Grad an Abschattung/Reflexionen) erstellt Unüberwachte Klassifikation und manuelle Optimierung MPS-Simulation Input TI, korrekt klassifizierte Pixel als hard data Wahrscheinlichkeit pro Pixel Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

24 Versuchssetup TU Bergakademie Freiberg, Institut für Markscheidewesen und Geodäsie Sebastian Varga, Tel.: +49 (0)3731 /

25 Versuchssetup TU Bergakademie Freiberg, Institut für Markscheidewesen und Geodäsie Sebastian Varga, Tel.: +49 (0)3731 /

26 Ausblick Aktueller Projektstand: Klassifikation mit MPS implementieren und anhand des Models zu validieren Messfahrzeug ist einsatzbereit Im nächsten Schritt Tests im Bergwerk: Tests Sensorik im Einsatz Tests unter Tage Setup Beleuchtung testen Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen aridua.tu-freiberg.de Sebastian Varga 19. Geokinematischer Tag

27 Seit dem 1. Juli 2017 fördert der Freistaat Sachsen aus den Fördermitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF) die Nachwuchsforschergruppe zum Thema Autonome Roboter und Internet der Dinge in untertägigen Anlagen unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Helmut Mischo, Lehrstuhl für Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter Tage an der TU Bergakademie Freiberg. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sprecher: M.Sc. Sebastian Varga