Masterarbeit - Lokalisierung mobiler Roboter auf Freiflächen mittels ferner Visual-Features

Ausschreibung für die Fachrichtungen wie z.

B.:

Automatisierungstechnik, Elektrotechnik, Informatik, Kybernetik, Regelungstechnik, Softwaredesign, Softwareengineering, technische Informatik oder vergleichbare.

In der Forschungsgruppe „Professional Service Robots – Outdoor“ entwickeln wir autonome, mobile Roboter für eine Vielzahl von Outdoor-Anwendungen, beispielsweise in der Land- und Forstwirtschaft sowie in der Logistik. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung einer autonomen Outdoor-Navigationslösung sowie der Hardware der Roboter.

Mobile Roboter auf großen Freiflächen (z.

B. Reinigungs- oder Servicerobotik auf Solarparks, Werksgeländen, Flughäfen, landwirtschaftlichen Arealen) stoßen an eine strukturelle Grenze:
LiDAR-basierte Lokalisierung degeneriert in offenen Bereichen, da geometrische Features fehlen. GNSS/RTK ist nicht überall verfügbar oder zuverlässig. Die Mission muss heute unterbrochen werden oder läuft mit unkontrolliert wachsendem Drift weiter.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Evaluation eines Bridging-Lokalisierungsverfahrens, das die Roboter-Mission auch in LiDAR-degenerierten Bereichen fortsetzen kann. Der Ansatz kombiniert mehrere Informationsquellen:

• Ferne, am Horizont sichtbare Landmarken, die evtl. in der Anfangsphase der Mission, solange die LiDAR-Lokalisierung zuverlässig arbeitet, automatisch erfasst und referenziert wurden
• Ggf. semantische Bildmerkmale aus Foundation-Models für die robuste (kontextabhängige) Wiedererkennung von Landmarken
• Interne Sensorik des Roboters: IMU, Odometrie
• Das geplante Bewegungsmuster des Roboters als Trajektorien-Prior

Im Rahmen der Arbeit sind insbesondere folgende Aspekte zu bearbeiten:

• Aufarbeitung des Stands der Technik zu Lokalisierung in feature-armen Außenumgebungen (insb. Visual-SLAM) sowie Methoden zur Place Recognition, z.
  
  B. mittels Foundation-Models und Vision-Language-Modellen
• Auswahl und Bewertung geeigneter Algorithmen hinsichtlich Robustheit, Latenz und Einsetzbarkeit auf der Zielplattform
• Konzeption einer Systemarchitektur, die das vorgeschlagene Bridging-Konzept in einen bestehenden Lokalisierungs-Stack einbettet, einschließlich Detektion der LiDAR-Degeneration und Modus-Übergängen
• Entwurf und prototypische Implementierung eines Verfahrens zur automatischen Erfassung ferner Landmarken während der Phasen funktionierender Lokalisierung
• Integration der gewonnenen Landmarken-Beobachtungen in ein Lokalisierungsmodul und Integration mit existierender LiDAR-Lokalisierung
• Experimentelle Validierung in Simulation und auf einer realen Plattform mit Bewertung

• Gültige Immatrikulation an einer deutschen Hochschule oder Universität
• Hintergrund in Informatik, Softwareentwicklung, Elektrotechnik, autonomen Systemen oder ähnlichen Bereichen
• Kenntnisse in C++/Python
• Erfahrung mit ROS, Bildverarbeitung, pointcloud-processing oder machine learning von Vorteil
• Analytisches Denken und Erfahrung in der Algorithmenentwicklung
• Begeisterung für mobile Robotik
• Sehr gute Deutsch- oder Englischkenntnisse

• Spitzentechnologie im Bereich der mobilen Outdoor-Robotik
• Praktische Arbeit mit unseren Robotern in unseren eigenen Testumgebungen in Stuttgart
• Übernahme von Verantwortung und Freiheit zur Umsetzung eigener Ideen
• Zusammenarbeit mit den besten Studierenden aus ihrem jeweiligen Fachgebiet

Wir wertschätzen und fördern die Vielfalt der Kompetenzen unserer Mitarbeitenden und begrüßen daher alle Bewerbungen – unabhängig von Alter, Geschlecht, Nationalität, ethnischer und sozialer Herkunft, Religion, Weltanschauung, Behinderung sowie sexueller Orientierung und Identität. Schwerbehinderte Menschen werden bei gleicher Eignung bevorzugt eingestellt. Unsere

Aufgaben sind vielfältig und anpassbar – für Bewerber
* innen mit Behinderung finden wir gemeinsam Lösungen, die ihre Fähigkeiten optimal fördern.

Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt die Fraunhofer-Gesellschaft eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft.