3-D collision checking for improving machine operator's spatial awareness

Abstract

In this thesis, methods to improve machine operator's spatial awareness are studied. The aim is to allow a machine to be teleoperated from distance. As a background, the research on the methods for environment modelling is reviewed, the comparison of environment representation methods, and an introduction to collision checking techniques is made. In this work, a novel approach to represent partly dynamic environment obtained from a staticly mounted range sensor was developed. In addition, a 2-D collision checking system using this representation to warn of possibly incoming collisions was developed. The developed environment model works precisely with partly dynamic environment when incoming range data is accurate enough and does not contain major artifacts or noise. When the environment model is created successfully, the collision checking system works accurately and is fast compared to pure 3-D collision methods.

Tässä työssä tutkittiin menetelmiä työkoneen käyttäjän ympäristötietoisuuden parantamiseksi siten, että työkonetta olisi mahdollista etäohjata. Työssä tutkitaan menetelmiä, joilla ympäristöä voidaan mallintaa tehokkaasti, ja miten luotua ympäristömallia voidaan hyödyntää törmäystarkastelusovelluksessa. Työssä päädyttiin toteuttamaan uudenlainen menetelmä, jolla voidaan yksinkertaisesti esittää osittain muuttuva ympäristö kiinteästi sijoitetulla kameralla kuvattuna. Lisäksi toteutettiin törmäystarkastelu ja yksinkertainen mahdollisesta törmäyksestä varoittava algoritmi hyödyntämällä työssä luotua ympäristömallia. Luotu ympäristömalli toimii hyvin ja sietää liikettä ympäristössä, kunhan saatava ympäristömittaustieto on riittävän tarkkaa eikä sisällä merkittäviä stereokuvauksesta johtuvia virheitä. Kun ympäristömalli on luotu onnistuneesti, kehitetty törmäystarkastelu toimii tarkasti ja on erittäin tehokas verrattuna kolmiulotteisiin menetelmiin.