Demonstrator Engineering

DE ist ein wichtiger Grundstein für die Entwicklung von Konzepten, Lösungen und Realisierung von Demonstratoren: hier werden alle Zwischenschritte von dem eigentlichen Aufbau bis hin zum Betrieb behandelt.
Daraus resultieren Demonstratoren, die in vielen verschiedenen Forschungsgruppen, zum Beispiel zur Untersuchung des Faktors Mensch in der HRI oder aber der Entwicklung von Anwendungen und/oder Prototypen für neue interaktive Systeme, verwendet werden.
Das Zentrallabor (CLF) hat in diesem Rahmen eine ganze Reihe von Softwaretools entwickelt, welche Entwickler von vielseitigen Robotersystemen bei Ihrer Arbeit unterstützen, indem sie zum Beispiel komplexe Verhalten durch einfach verständliche Module kapseln und so viele komplexe, zur Entwicklung von Anwendungen unnötige, interne Details des Roboters abstrahieren.
Durch die andauernde Weiterentwicklung, Auswertung und Vorführung der Systeme im Zentrallabor werden Verbesserungen und neue Anforderungen, die sich im Rahmen von z.B. Nutzerstudien ergeben, wiederverwendbare Verhaltensmuster für diverse Demonstratoren und Anwendungsszenarien, welche wiederum andern Nutzergruppen zur Verfügung stehen, entwickelt.

Team of Bielefeld (ToBI) und die RoboCup@HOME Plattform

Das RoboCup Team of Bielefeld (ToBI) wurde im Jahr 2009 gegründet und nimmt seitdem erfolgreich in der @HOME Liga teil. Das RoboCup-Projekt, das Teil des jährlichen Lehrangebots der Uni ist, ist aus einer langjährigen Forschungserfahrung im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion hervorgegangen, bei der unter anderem mit Benutzern zusammen gearbeitet wurde, die über keinerlei Erfahrung im Umgang mit Robotern verfügten. Das Forschungsziel ist es den Roboter mit den notwendigen Fähigkeiten auszustatten, die das interaktive Lernen in einer natürlichen Umgebung durch natürliche Interaktion erlauben. 
Die Herausforderung ist zweigeteilt: Einerseits müssen wir verstehen, wie genau die Kommunikationsmechanismen der Menschen funktionieren und wie Menschen das Verhalten des Roboters interpretieren. Andererseits müssen wir die Technologie zur Verfügung stellen und entwickeln, mit der es möglich ist, die Umgebung sowie Personen zuverlässig wahrzunehmen, den Roboter zu navigieren, Objekte in der Umgebung zu identifizieren und  zu greifen und Dialoge nicht nur zu initiieren, sondern auch verstehen zu können. Folglich ist es wichtig über die typischen befehlsartigen Interaktionen mit Robotern hinaus zu gehen, um wechselseitig initiiertes Lernen von Handlungsabläufen zu ermöglichen. Das RoboCup Team ToBI wird durch das Zentrallabor (CLF) vor allem im Bereich der Hardware unterstützt. Die Plattform wird dort zur Verfügung gestellt, gewartet und erweitert. Zusätzlich stellt das Zentrallabor die Programmierumgebung und einen Teil der verwendeten Software Komponenten, die auf der Plattform verwendet werden, bereit. Das Team besteht zum Großteil aus Studierenden, weshalb sich jedes Jahr die Mitglieder des Team ToBI ändern. Das Zentrallabor gibt auf diese Art jungen, interessierten Studierenden die Möglichkeit und die Unterstützung, sich in die Hard- und Software eines Roboters einzuarbeiten und bereitet so die Studierenden auf weiterführende (Abschluss-)Arbeiten mit dem Roboter vor. Die Mitglieder des Team ToBI können so viele detaillierte Einblicke in die reale Entwicklungswelt - nicht nur in die eines Roboters - bekommen und viele praktische Erfahrungen sammeln.

Humanoid Robot Head (FloBi)

Im Rahmen der Entwicklung des humanoiden Roboterkopfes FloBI wurden diverse Soft- und Hardwarekomponenten zur flüssigen Motoransteuerung entwickelt.
Das Herz des Systems, mehrere eigens dafür entwickelte Motorcontroller-Platinen, wurden im Hause entworfen sowie im CLF Reflow Ofen bestückt. Um eine natürliche und flüssige positions- und geschwindigkeitsbasierte Bewegungssteuerung zu ermöglichen, wurde eine entsprechende Firmware entwickelt. Diese Firmware läuft direkt auf dem Atmel XMega Mikrocontroller der Motorcontroller Platinen. Zu den Aufgaben dieser Firmware gehört das Ansteuern von jeweils 3 Motoren, das Abhandeln des Kommunikationsprotokolls zum Host-PC, sowie die Überwachung diverser Vitalsignale (Motortemperatur, Spannungen, Strom, ...).
Passend zur Hardwareseite wurden entsprechende PC Steuerungs- und Kommunikationsverzeichnisse (in C++, Java, Python, Perl) im CLF entwickelt.
Das System kommt momentan in diversen FloBI Generationen und Prototypen zum Einatz und steuert dort sämtliche Motoren (15 Gesichtsaktuatoren + 3 Halsaktuatoren).
Die Arbeit des CLF beschränkt sich hierbei jedoch nicht nur auf den reinen Teil der Motorsteuerung: Erweiterungen und neue Aktuatorprototypen wurden im CLF geplant (CAD) und realisiert. Des Weiteren wurden die Verkabelung und die Montage der Einzelteile durch das CLF ausgeführt.

Bielefeld Interaction Technology Exponat (B.I.R.T.E.)

Dieser CLF Demonstrator vereint verschiedene Forschungsschwerpunkte des CITEC (autonome Roboter, augmented reality, virtuelle Agenten und Computer Vision) für eine  Wanderausstellung auf dem Schiff "Wissenschaft im Dialog". An Bord des Schiffes tourte das B.I.R.T.E[xponat] im Sommer 2009 durch verschiedene deutsche Städte.
Einen weiteren Auftritt hatte B.I.R.T.E. auf dem NRW Stand während der Hannover Messe 2009.
Die Planung und die anschließende Realisierung dieses Exponats wurde zum Teil von  Studierenden im Rahmen des "Intelligente Systeme" Praktikums durchgeführt.

Dialog Demonstrator

Der Dialog Demonstrator ist eine Forschungsplattform, die alle Forschungsbereiche des CITEC  beinhaltet und durch die jeweilig teilnehmenden Arbeitsgruppen repräsentiert sind: Angewandte Computerlinguistik, Angewandte Informatik, Cognitive Systems Engineering, Gender and Emotion in Cognitive Interaction, Psycholinguistik, Semantic Computing und Sociable Agents. Der Dialog-Demonstrator in seiner aktuellen Form behandelt ein typisches Dialogszenario: Ein virtueller Rezeptionist empfängt Personen und Gäste im CITEC Gebäude und stellt verschiedene Informationen zu Personen oder Orten verbal zur Verfügung. Ein Roboter führt dann den Gast zu der entsprechenden Räumlichkeit wenn dies gewünscht ist. Das Szenario wird mithilfe des virtuellen Agenten Vince und der Roboterplattform BIRON realisiert, die mittels einer zentralen Gedächtnisarchitektur gemeinsame Informationen über Personen und Räumlichkeiten sowie die Besucher austauschen. Das CITEC Zentrallabor ist für die Integration der verschiedenen Softwarekomponenten verantwortlich und stellt bzw. wartet die notwendige Hard- und Software, die für das Szenario benötigt werden.

Bielefeld Robot Companion (BIRON)

Der Roboter BIRON  (Bielefeld Robot Companion) basiert auf der BIRON Plattform, die von der Gruppe der Angewandten Informatik innerhalb des Home Tour Szenarios entwickelt wurde. Das Zentrallabor ist in einer Vielzahl der Forschungsbereiche des Roboters BIRON involviert und stellt sowohl Hardware als auch Software sowie Support für diesen Demonstrator zur Verfügung. Der Roboter BIRON und die Erfahrungen mit dieser Plattform dienten auch als Basis für die Gründung des RoboCup Teams ToBI im Jahr 2009. Die erste Version des Roboters BIRON wurde bereits 2001 entwickelt, was BIRON zu einer Robotik-Plattform machte, die seit über einem Jahrzehnt kontinuierlich weiterentwickelt wird. BIRON ist in einer Reihe von weiteren Forschungsprojekten beteiligt, deren Bandbreite von kognitiven Prozessen bei Menschen, Erwartungen gegenüber Robotersystemen und Verhalten in der Interaktiuon zwischen Mensch und Maschine, Computer-Vision für Mensch-Roboter Interaktion, durch das menschliche Vorbild inspiriertes Robotergedächtnis über räumliche Bewegungsmuster in einer mit Robotern geteilten Umgebung bis hin zu  sozialen Robotern und natürlich dem RoboCup@HOME Szenario reicht.