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Pose Determination by Single Image-Assisted Total Station for Timber Construction Elements

Bestimmung der Pose von Holzbauteilen mit Video-Tachymeter

Stanislav Shevchuk, Gabriel Kerekes, Volker Schwieger

In modern construction culture sustainable materials (e. g., timber) and innovative automatized construction technologies are often used. One method is the automatic assembly of timber cassettes by robotic construction cranes, e. g., spider cranes. In order to assist the construction processes, high-precision tracking and pose determination of construction components in near real time are required. The studied approach was based on the application of image-assisted total stations using open-source computer vision algorithms. The use of ArUco fiducial markers was chosen as the simplest and most reliable support for object recognition, tracking and pose determination. This method provides 6DoF object pose determination from a single image. The approach was verified using a Trimble Ri, which uses a coaxial camera and a custom camera-to-telescope conversion model. Experiments were conducted while the timber cassettes were static as well as moving. The achieved pose accuracy finally varies from the range of millimeters to centimeters, depending on the distance between the object and the total station and the angle between the optical axis and the imaged object.

Die moderne Baukultur bedient sich häufig nachhaltiger Materialien (z. B. Holz) als auch innovativer ­automatisierter Bautechnologien. Eine Methode ist die automatische Montage von Holzkassetten mithilfe von Roboterbaukränen, z. B. Spinnenkränen. Um die Bauprozesse zu unterstützen, sind eine hochpräzise Positionsbestimmung, Lagebestimmung und Verfolgung der Bauteile in nahezu Echtzeit erforderlich. Der entwickelte Ansatz basiert auf der Nutzung eines Video-Tachymeters (in der Kombination mit Open-Source-Computer-Vision-Algorithmen). Die Verwendung von ArUco-Markern wurde als einfachstes und zuverlässigstes Hilfsmittel zur Objekterkennung, Verfolgung und Posenbestimmung gewählt. Diese ­Methode ermöglicht die Bestimmung der 6DoF-Position eines Objekts aus einem einzigen Bild. Der Ansatz wurde mit einem Trimble Ri verifiziert, der eine koaxiale Kamera und ein spezielles Kamera-zu-Teleskop-Konvertierungsmodell verwendet. Die Experimente wurden sowohl mit statischen als auch mit bewegten Holzkassetten durchgeführt. Die erzielte Posengenauigkeit variiert je nach Abstand zwischen dem Objekt und der Totalstation und in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen optischer Achse und abgebildetem Objekt. Sie erreicht abschließend Werte von Millimetern bis zu Zentimetern.

DOI: 10.14627/avn.2026.2.1
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