2013 |
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Dietrich, André; Zug, Sebastian; Kaiser, Jörg The R in Robotics – rosR: A new Language Extension for the Robot Operating System (Article) The R Journal, 5 (2), pp. 117–128, 2013, ISSN: 2073-4859. (Abstract | Links | BibTeX | Tags: R, Robotic, ROS, rosR, Sensor Systems) @article{rosR,
title = {The R in Robotics – rosR: A new Language Extension for the Robot Operating System}, author = {André Dietrich and Sebastian Zug and Jörg Kaiser}, url = {http://journal.r-project.org/archive/2013-2/dietrich-zug-kaiser.pdf}, issn = {2073-4859}, year = {2013}, date = {2013-12-05}, journal = {The R Journal}, volume = {5}, number = {2}, pages = {117–128}, abstract = {The aim of this contribution is to connect two previously separated worlds: robotic application development with the Robot Operating System (ROS) and statistical programming with R. This fruitful combination becomes apparent especially in the analysis and visualization of sensory data. We therefore introduce a new language extension for ROS that allows to implement nodes in pure R. All relevant aspects are described in a step-by-step development of a common sensor data transformation node. This includes the reception of raw sensory data via the ROS network, message interpretation, bag-file analysis, transformation and visualization, as well as the transmission of newly generated messages back into the ROS network. }, keywords = {R, Robotic, ROS, rosR, Sensor Systems} } The aim of this contribution is to connect two previously separated worlds: robotic application development with the Robot Operating System (ROS) and statistical programming with R. This fruitful combination becomes apparent especially in the analysis and visualization of sensory data. We therefore introduce a new language extension for ROS that allows to implement nodes in pure R. All relevant aspects are described in a step-by-step development of a common sensor data transformation node. This includes the reception of raw sensory data via the ROS network, message interpretation, bag-file analysis, transformation and visualization, as well as the transmission of newly generated messages back into the ROS network.
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Tino Brade Jörg Kaiser, Sebastian Zug Expressing validity estimates in smart sensor applications (Conference) ARCS 2013 – 26th International Conference on Architecture of Computing Systems 2013, VDE VERLAG GmbH, 2013. (Abstract | BibTeX | Tags: Reliability, Sensor Systems, Smart Sensors, Validity) @conference{brade2013expressing,
title = {Expressing validity estimates in smart sensor applications}, author = {Tino Brade, Jörg Kaiser, Sebastian Zug}, year = {2013}, date = {2013-01-01}, booktitle = {ARCS 2013 – 26th International Conference on Architecture of Computing Systems 2013}, journal = {ARCS 2013}, publisher = {VDE VERLAG GmbH}, abstract = {Distributed control applications need reliable data from remote sensors. This paper presents a method for describing the validity of continuously valued sensor data that represents the confidence an application can put in remote information. Validity is dependent on the completeness of the sensor failure model and the quality of the respective checking mechanisms. Finally, the results of the various individual tests have to be combined into a single validity value. The paper describes how to derive an expressive notion of validity and gives an example how to exploit it in a Kalman filter for sensor fusion.}, keywords = {Reliability, Sensor Systems, Smart Sensors, Validity} } Distributed control applications need reliable data from remote sensors. This paper presents a method for describing the validity of continuously valued sensor data that represents the confidence an application can put in remote information. Validity is dependent on the completeness of the sensor failure model and the quality of the respective checking mechanisms. Finally, the results of the various individual tests have to be combined into a single validity value. The paper describes how to derive an expressive notion of validity and gives an example how to exploit it in a Kalman filter for sensor fusion.
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2012 |
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Zug, Sebastian; Penzlin, Felix; Dietrich, André; Nguyen, Tran Tuan; Albert, Sven Are laser scanners replaceable by Kinect sensors in robotic applications? (Inproceeding) 2012 IEEE International Symposium on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2012), pp. 144-149, IEEE Magdeburg, Germany, 2012. (Abstract | Links | BibTeX | Tags: Kinect, Robotic, Sensor Systems) @inproceedings{ROSE2012,
title = {Are laser scanners replaceable by Kinect sensors in robotic applications?}, author = {Sebastian Zug and Felix Penzlin and André Dietrich and Tran Tuan Nguyen and Sven Albert}, url = {http://eos.cs.ovgu.de/wp-content/uploads/2013/11/Kinect_vs_Hokuyo_Web2.pdf}, year = {2012}, date = {2012-11-16}, booktitle = {2012 IEEE International Symposium on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2012)}, pages = {144-149}, address = {Magdeburg, Germany}, organization = {IEEE}, abstract = {Laser scanners are omnipresent in robotic applications. Their measurements are used in many scenarios for robust map building, localization, collision avoidance, etc. But regarding the required precise measurement and mechanic system a laser scanner is quite expensive. Hence the robotic community is looking for alternative sensors. Since 2009 a new 3D sensor system — Microsoft Kinect — developed for computer games is available and applied in robotic applications. With an appropriate filter tool-chain its output can be mapped to a 2D laser scanner measurement. The reduced data set is ready to be processed by the established algorithms and methods developed for laser scanners. But will the Kinect sensor replace laser scanners in robotic applications? This paper compares the technical parameters of the new sensor with established laser scanners. Afterwards we investigate the possibilities and limits of a Kinect for three common robotic applications — map building, localization and obstacle avoidance.}, Laser scanners are omnipresent in robotic applications. Their measurements are used in many scenarios for robust map building, localization, collision avoidance, etc. But regarding the required precise measurement and mechanic system a laser scanner is quite expensive. Hence the robotic community is looking for alternative sensors. Since 2009 a new 3D sensor system — Microsoft Kinect — developed for computer games is available and applied in robotic applications. With an appropriate filter tool-chain its output can be mapped to a 2D laser scanner measurement. The reduced data set is ready to be processed by the established algorithms and methods developed for laser scanners. But will the Kinect sensor replace laser scanners in robotic applications?
This paper compares the technical parameters of the new sensor with established laser scanners. Afterwards we investigate the possibilities and limits of a Kinect for three common robotic applications — map building, localization and obstacle avoidance. |
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Zug, Sebastian; Brade, Tino; Kaiser, Jörg; Potluri, Sasanka An approach supporting fault-propagation analysis for smart sensor systems (Inproceeding) Berlin, Springer-Verlag (Ed.): Proceedings of the SAFECOMP 2012, Workshop on Architecting Safety in Collaborative Mobile Systems (ASCOMS), pp. 162-173, 2012. (BibTeX | Tags: Fault-Tolerance, Sensor Systems, Simulink) @inproceedings{ASCOM2012,
title = {An approach supporting fault-propagation analysis for smart sensor systems}, author = {Sebastian Zug and Tino Brade and Jörg Kaiser and Sasanka Potluri}, editor = {Springer-Verlag Berlin}, year = {2012}, date = {2012-09-25}, booktitle = {Proceedings of the SAFECOMP 2012, Workshop on Architecting Safety in Collaborative Mobile Systems (ASCOMS)}, pages = {162-173}, keywords = {Fault-Tolerance, Sensor Systems, Simulink} } |
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Zug, Sebastian Architektur für verteilte, fehlertolerante Sensor-Aktor-Systeme (PhD Thesis) Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, 2012. (Abstract | Links | BibTeX | Tags: Distributed Systems, Fault-Tolerance, Framework, Programming Abstraction, Programming Abstractions, Sensor Systems, Sensor-Aktor-Systems, Smart Sensors) @phdthesis{DissZug,
title = {Architektur für verteilte, fehlertolerante Sensor-Aktor-Systeme}, author = {Sebastian Zug}, url = {http://edoc2.bibliothek.uni-halle.de/hs/content/titleinfo/20249}, year = {2012}, date = {2012-02-28}, institution = {Arbeitsgruppe "Eingebettete Systeme und Betriebssysteme" am Institut für "Verteilte Systeme"}, school = {Otto-von-Guericke Universität Magdeburg}, abstract = {Sensor-Aktor-Systeme bestehen in heutigen Anwendungen zumeist aus einer fest gefügten Hardwarestruktur: Die zur Designzeit definierte Anzahl von Sensoren liefert eine Abbildung der Umgebung, die von einem (Mikro-)Controller analysiert wird, um ausgehend vom Resultat dieser Verarbeitung einen oder mehrere Aktoren anzusteuern. In Anbetracht der wachsenden Zahl von eingebetteten Informationsquellen und Sensornetzen (Bewegungsmelder, Überwachungskameras, automatische Türen, andere mobile Systeme usw.) sollte die Wahrnehmung auf deren Messdaten ausgeweitet werden. Ausgehend davon untersucht diese Arbeit die Voraussetzungen einer adaptiven Konfiguration, die einen flexiblen Datenaustausch sicherstellt. Mit der Ausnutzung aller relevanten Informationen lassen sich für die Präzision und Sicherheit erhebliche Gewinne erzielen. Für einen solchen nahtlosen Datenaustausch ergibt sich eine Reihe von Anforderungen. Zunächst bedarf es einer abstrakten Beschreibung der Sensoren und ihrer Messungen, die alle für die Verarbeitung entscheidenden Informationen bereitstellt. Dies können Angaben über die Sensorkeule, die physikalische Einheit, die Position des Sensors usw. sein. Bestehende Ansätze zur (Selbst-)Beschreibung decken den Umfang der für die adaptive Verarbeitung notwendigen Informationen nicht ab, sodass eine Erweiterung dieser Konzepte nötig ist. Weiterhin wird ein Bewertungsschema für die Validierung der Messdaten vorgeschlagen, da die Güte der Ausgaben eines Sensors ausgehend vom Wirkprinzip, den Fehlerquellen und den nachgeordneten Detektionsmechanismen stark schwanken kann. Es kombiniert eine statische Validitätsaussage über den einzelnen Sensorknoten mit einer dynamischen Bewertung des einzelnen Datensatzes, wobei diese Aussage das Ergebnis der Fehlerdetektion widerspiegelt. Mit diesem mehrschichtigen Ansatz lassen sich unterschiedlichste Messwerte während der Verarbeitung objektiv beurteilen. Nicht alle verfügbaren Informationen sind im Sinne einer Aufgabenstellung relevant, das heißt, sie sind möglicherweise zu alt, unpräzise, invalide oder betreffen einen Überwachungsbereich außerhalb des Fokus der Aufgabe. Entsprechend wurde eine Selektionsstrategie konzipiert, die der eigentlichen Verarbeitung vorangestellt ist und die Datenerfassung koordiniert. Im Weiteren diskutiert die Arbeit Fragen der adaptiven Fusion, die von einer veränderlichen Zahl von relevanten Sensoren und Datensätzen ausgeht. Die genannten Konzepte werden in einer generischen Architektur integriert, die deren Integration bei der die Programmierung von Sensor-Aktor-Netzen sicherstellt. In drei Testszenarien werden sowohl die Ansätze dieser Arbeit als auch die für verschiedene domänenspezifische Sprachen entwickelten Frameworks evaluiert.}, Sensor-Aktor-Systeme bestehen in heutigen Anwendungen zumeist aus einer fest gefügten Hardwarestruktur: Die zur Designzeit definierte Anzahl von Sensoren liefert eine Abbildung der Umgebung, die von einem (Mikro-)Controller analysiert wird, um ausgehend vom Resultat dieser Verarbeitung einen oder mehrere Aktoren anzusteuern. In Anbetracht der wachsenden Zahl von eingebetteten Informationsquellen und Sensornetzen (Bewegungsmelder, Überwachungskameras, automatische Türen, andere mobile Systeme usw.) sollte die Wahrnehmung auf deren Messdaten ausgeweitet werden. Ausgehend davon untersucht diese Arbeit die Voraussetzungen einer adaptiven Konfiguration, die einen flexiblen Datenaustausch sicherstellt. Mit der Ausnutzung aller relevanten Informationen lassen sich für die Präzision und Sicherheit erhebliche Gewinne erzielen.
Für einen solchen nahtlosen Datenaustausch ergibt sich eine Reihe von Anforderungen. Zunächst bedarf es einer abstrakten Beschreibung der Sensoren und ihrer Messungen, die alle für die Verarbeitung entscheidenden Informationen bereitstellt. Dies können Angaben über die Sensorkeule, die physikalische Einheit, die Position des Sensors usw. sein. Bestehende Ansätze zur (Selbst-)Beschreibung decken den Umfang der für die adaptive Verarbeitung notwendigen Informationen nicht ab, sodass eine Erweiterung dieser Konzepte nötig ist. Weiterhin wird ein Bewertungsschema für die Validierung der Messdaten vorgeschlagen, da die Güte der Ausgaben eines Sensors ausgehend vom Wirkprinzip, den Fehlerquellen und den nachgeordneten Detektionsmechanismen stark schwanken kann. Es kombiniert eine statische Validitätsaussage über den einzelnen Sensorknoten mit einer dynamischen Bewertung des einzelnen Datensatzes, wobei diese Aussage das Ergebnis der Fehlerdetektion widerspiegelt. Mit diesem mehrschichtigen Ansatz lassen sich unterschiedlichste Messwerte während der Verarbeitung objektiv beurteilen. Nicht alle verfügbaren Informationen sind im Sinne einer Aufgabenstellung relevant, das heißt, sie sind möglicherweise zu alt, unpräzise, invalide oder betreffen einen Überwachungsbereich außerhalb des Fokus der Aufgabe. Entsprechend wurde eine Selektionsstrategie konzipiert, die der eigentlichen Verarbeitung vorangestellt ist und die Datenerfassung koordiniert. Im Weiteren diskutiert die Arbeit Fragen der adaptiven Fusion, die von einer veränderlichen Zahl von relevanten Sensoren und Datensätzen ausgeht. Die genannten Konzepte werden in einer generischen Architektur integriert, die deren Integration bei der die Programmierung von Sensor-Aktor-Netzen sicherstellt. In drei Testszenarien werden sowohl die Ansätze dieser Arbeit als auch die für verschiedene domänenspezifische Sprachen entwickelten Frameworks evaluiert. |
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Zug, Sebastian; Dietrich, André; Kaiser, Jörg Fault-Handling in Networked Sensor Systems (Inbook) Rigatos, Gerasimos (Ed.): Fault Diagnosis in Robotic and Industrial Systems, Concept Press Ltd., St. Franklin, Australia, 2012. (Links | BibTeX | Tags: Fault-Tolerance, Sensor Systems) @inbook{EOS-2012.000-ZDK,
title = {Fault-Handling in Networked Sensor Systems}, author = {Zug, Sebastian and Dietrich, André and Kaiser, Jörg}, editor = {Gerasimos Rigatos}, url = {http://www.iconceptpress.com/www/site/download.paper.php?paperID=11062304503058 http://www.iconceptpress.com/www/site/papers.webView.php?publicationID=BK008A}, year = {2012}, date = {2012-01-01}, booktitle = {Fault Diagnosis in Robotic and Industrial Systems}, publisher = {Concept Press Ltd.}, address = {St. Franklin, Australia}, keywords = {Fault-Tolerance, Sensor Systems} } |
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Brade, Tino; Zug, Sebastian; Kaiser, J"org SardaS – Simulink Framework für die Entwicklung von intelligenten Sensoren (Inproceeding) 13. Forschungskolloquium am Fraunhofer IFF, Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung (IFF), 2012. (BibTeX | Tags: Middleware, Programming Abstractions, Sensor Systems, Simulink, Smart Sensors) @inproceedings{IFF2012,
title = {SardaS – Simulink Framework für die Entwicklung von intelligenten Sensoren}, author = {Tino Brade and Sebastian Zug and J”org Kaiser}, year = {2012}, date = {2012-01-01}, booktitle = {13. Forschungskolloquium am Fraunhofer IFF}, publisher = {Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung (IFF)}, keywords = {Middleware, Programming Abstractions, Sensor Systems, Simulink, Smart Sensors} } |
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Zug, Sebastian; Steup, Christoph; Dietrich, André; Brezhnyev, Kyrylo Design and Implementation of a Small Size Robot Localization System (Inproceeding) IEEE International Symposium on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2011), Montreal, Quebec, Canada, 2011. (Abstract | BibTeX | Tags: Fault-Model, Robot Localisation, Sensor Systems) @inproceedings{EOS-2011.000-ZSDB,
title = {Design and Implementation of a Small Size Robot Localization System}, author = {Sebastian Zug and Christoph Steup and André Dietrich and Kyrylo Brezhnyev}, year = {2011}, date = {2011-09-01}, booktitle = {IEEE International Symposium on Robotic and Sensors Environments (ROSE 2011)}, address = {Montreal, Quebec, Canada}, abstract = {The position of a mobile robot can be determined very precise today. A large number of high level sensor systems in combination with processing algorithms running on powerful hardware can provide (nearly) every requirement. But in case of limited financial and computational resources new approaches beside laser scanners and stereo cameras are necessary. In this paper we propose a localization system motivated by RoboCup Junior competitions but also suitable for similar applications. The paper describes the theoretical investigation of a multi sensor system, based on this the implementation with real hardware and its validation.}, keywords = {Fault-Model, Robot Localisation, Sensor Systems} } The position of a mobile robot can be determined very precise today. A large number of high level sensor systems in combination with processing algorithms running on powerful hardware can provide (nearly) every requirement. But in case of limited financial and computational resources new approaches beside laser scanners and stereo cameras are necessary. In this paper we propose a localization system motivated by RoboCup Junior competitions but also suitable for similar applications. The paper describes the theoretical investigation of a multi sensor system, based on this the implementation with real hardware and its validation.
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Zug, Sebastian; Dietrich, André; Kaiser, Jörg An Architecture for a Dependable Distributed Sensor System (Article) IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 60 Issue 2, pp. 408 – 419, 2011. (Abstract | BibTeX | Tags: Dependability, Fault Tolerance, Sensor Systems) @article{EOS-2011.000-ZDK,
title = {An Architecture for a Dependable Distributed Sensor System}, author = {Sebastian Zug and André Dietrich and Jörg Kaiser}, year = {2011}, date = {2011-02-01}, journal = {IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement}, volume = {60 Issue 2}, pages = {408 — 419}, publisher = {IEEE Instrumentation and Measurement Society}, abstract = {In future smart environments mobile applications will ?nd a dynamically varying number of networked sensors that offer their measurements results. This additional information supports a mobile robot to operate faster, with a higher precision and enhanced safety. The potentially increased redundancy obtained in such scenarios however is seriously affected by new uncertainties. Firstly, the dependency on wireless communication introduces new latencies and faults and secondly, the sensors of the environment may be of low quality or even faulty. Therefore this quality has to be assessed dynamically. Our work aims at providing a generic programming abstraction for fault-tolerant sensors and fusion nodes that copes with the varying quality of measurements and communication.}, keywords = {Dependability, Fault Tolerance, Sensor Systems} } In future smart environments mobile applications will ?nd a dynamically varying number of networked sensors that offer their measurements results. This additional information supports a mobile robot to operate faster, with a higher precision and enhanced safety. The potentially increased redundancy obtained in such scenarios however is seriously affected by new uncertainties. Firstly, the dependency on wireless communication introduces new latencies and faults and secondly, the sensors of the environment may be of low quality or even faulty. Therefore this quality has to be assessed dynamically. Our work aims at providing a generic programming abstraction for fault-tolerant sensors and fusion nodes that copes with the varying quality of measurements and communication.
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