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Der DLR Multisensorielle 3D-Modellierer (3DMo)

The DLR 3D-Modeler

Der multisensorielle DLR 3D-Modellierer ist ein Gerät für die fotorealistische 3D-Modellierung von Umgebungen in Echtzeit.
Im Jahr 2006 wurde der DLR 3D-Modellierer erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Technische Daten

Größe:	17cm × 20cm × 11cm
Gewicht:	850g
Sensorik:	• Stereo-Kamera • Dual LSP • Contact Probe (optional) • inertiale Messeinheit (optional) • Infrarot-Tracking-System (external, optional)
Kommunikation:	Ethernet über FireWire
Arbeitsraum:	• 50-2000mm Abstand • 270-30°, abhängig vom Abstand
Besonderheiten:	• Tragbar oder auf Referenzsystem montierbar • Nutzbar zum visuellen Pose-Tracking mittels Software

Systembeschreibung

Der multisensorielle DLR 3D-Modellierer wurde entwickelt, um verschiedene Sensorprinzipien und Arten der Datenfusion zur Erstellung fotorealistischer 3D-Modelle zu untersuchen. Der Modellierer kann handgeführt oder automatisiert an einem Roboter eingesetzt werden. Ein Roboter ist dadurch in der Lage, ein fotorealistisches Modell seiner Umgebung zu generieren, indem er mit seinem Endeffektor verschiedene Sensoren bewegt (Hand-Auge-System). Der 3D-Modellierer besteht aus einem Kernmodul und applikationsspezifischen Erweiterungen. Das Kernmodul besteht aus zwei digitalen Kameras, einem miniaturisierten rotierendem Laserscanner sowie zwei Linienlasermodulen. Zudem ist ein Farbdisplay und ein Computer eingebaut, der interne Berechnungen ermöglicht. Der Modellierer kann über eine Schnellwechselkupplung mit einem Handgriff mit verschiedenen Tasten verbunden werden. Seitliche Marker sind auf die gleiche Weise optional zu befestigen, um optisches IR-Tracking zu ermöglichen. Alternativ kann eine Inertialmesseinheit (IMU) angebracht werden.

	Komponenten Drei identische, spielfreie mechanische Kupplungen ermöglichen schnellen und einfachen Austausch aller Komponenten. Der Modellierer kann per Hand oder ferngesteuert bedient werden. Das Display zusammen mit dem Handgriff ermöglicht menügesteuerten Zugriff.
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	Sensorsynchronisation und -kalibrierung The concept of multisensory data acquisition in real-time, as realized by the DLR Multisensory 3D-Modeller, demands a time synchronisation concept as well as spatial calibration routines to display the 3-D sensor data in the same world coordinate frame.
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	Lageschätzung IR-reflektierende Marker können am DLR 3D-Modellierer angebracht werden, um berührungsloses Lagetracking zu ermöglichen, ohne dass es eines Roboterarmes oder eines externes Positionierungssystems wie z.B. dem FaroArm bedarf.
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	Schritthaltende Oberflächenrekonstruktion Die Entwicklung von Tiefensensoren ermöglicht das Erstellen von 3D-Modellen durch berührungslose Messung der gewünschten Objektoberflächen. Diese Modelle können für Virtual-Reality Anwendungen wie z.b. virtuelle Museen oder Produktpräsentationen sowie für die Bahnplanung und Kollisionsvermeidung im Robotik-Bereich verwendet werden.
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	Autonome Objektmodellierung Am RMC wird Robotersystemen ermöglicht, 3D-Modelle von unbekannten Objekten oder Szenen voll autonom zu erstellen. Der Roboter muss selbst entscheiden, wo man als nächstes scannt, mit dem Ziel, eine hohe Modellqualität in so wenigen Ansichten oder Scans wie möglich zu erreichen.
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	Veröffentlichungen Veröffentlichungen, die im Zusammenhang mit dem DLR 3D-Modellierer stehen.
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3DMo – Bildergalerie

3D-Scanvorgang im handgeführten Betrieb

Im handgeführten Betrieb kann man intuitiv und einfach dreidimensionale Modelle von Objekten erzeugen.

Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

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Verwendung des 3D-Modellierers als Teil des Kopfes eines humanoiden Roboters

Der Modellierer kann als Teil des Kopfes eines humanoiden Roboters wie Rollin' Justin eingesetzt werden, um ihm die Möglichkeit zu geben, seine Umgebung visuell wahrzunehmen.

Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

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Der handgeführte DLR 3D-Modellierer

Der Modellierer ermöglicht ein optisches Tracking im Infrarotbereich.

Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

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3DMo-Komponenten

Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

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Ausgewählte Veröffentlichungen

K. H. Strobl, E. Mair, T. Bodenmüller, S. Kielhöfer, T. Wüsthoff, and M. Suppa. Portable 3-D Modeling using Visual Pose Tracking. Computers in Industry, Volume 99, August 2018, pp. 53-68, ISSN 0166-3615, https://doi.org/10.1016/j.compind.2018.03.009.
K. H. Strobl. Loop Closing for Visual Pose Tracking during Close-Range 3-D Modeling. In G. Bebis et al. (Eds.): ISVC 2014, Part I, LNCS 8887, pp. 390--401. Springer International Publishing Switzerland (2014).
K. H. Strobl, E. Mair, and G. Hirzinger. Image-Based Pose Estimation for 3-D Modeling in Rapid, Hand-Held Motion. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2011), Shanghai, China, pp. 2593-2600, May 2011.
K. H. Strobl, E. Mair, T. Bodenmüller, S. Kielhöfer, W. Sepp, M. Suppa, D. Burschka, and G. Hirzinger. The Self-Referenced DLR 3D-Modeler. Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2009), St. Louis, MO, USA, pp. 21-28, October 2009, best paper finalist.
M. Suppa, S. Kielhöfer, J. Langwald, F. Hacker, K. H. Strobl, and G. Hirzinger. The 3D-Modeller: A Multi-Purpose Vision Platform. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2007), Rome, Italy, 2007.
K. H. Strobl, W. Sepp, E. Wahl, T. Bodenmüller, M. Suppa, J. F. Seara, and G. Hirzinger. The DLR Multisensory Hand-Guided Device: The Laser Stripe Profiler. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2014), pp. 1927-1932, New Orleans, Louisiana, USA, April 26 - May 1, 2004.
M. Suppa and G. Hirzinger. A Novel System Approach to Multisensory Data Acquisition. Intelligent Autonomous Systems 8 (IAS-8), pp. 996-1004, Amsterdam, March 10-13, 2004.

Kontakt

Dr.-Ing. Tim Bodenmüller
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Robotik und Mechatronik, Perzeption und Kognition
Oberpfaffenhofen-Weßling
Tel.: +49 8153 28-1874
Fax: +49 8153 28-1134

Der DLR Multisensorielle 3D-Modellierer (3DMo)

Komponenten

Sensorsynchronisation und -kalibrierung

Lageschätzung

Schritthaltende Oberflächenrekonstruktion

Autonome Objektmodellierung

Veröffentlichungen

3DMo – Bildergalerie

3D-Scanvorgang im handgeführten Betrieb

Verwendung des 3D-Modellierers als Teil des Kopfes eines humanoiden Roboters

Der handgeführte DLR 3D-Modellierer

3DMo-Komponenten

Ausgewählte Veröffentlichungen