Rik Kruidhof is ceo van de Haagse start-up Robot Security Systems. Hij studeerde werktuigbouwkunde aan de UT en werkte bij ASML en TNO als interim-manager voor mechatronisch risicovolle projecten. Paul van den Berg is senior software-engineer en scrummaster/coach bij Alten. Hij was technisch verantwoordelijk voor de ontwikkeling van Sam.

23 January 2015

Het Haagse Robot Security Systems ontwikkelde samen met Alten een beveiligingsrobot, Sam genaamd. Met behulp van onder meer lidar, ultrageluidsensoren en warmtecamera’s kan hij zelfstandig inspectierondjes rijden en verdachte zaken opsporen, terwijl hij voor het besliswerk een hulplijn opzet naar de meldkamer.

Robots zijn hot de laatste maanden. De een vindt ze een bedreiging voor de werkgelegenheid, de ander denkt dat ze binnenkort zelfbewust zullen worden. Hoe dat zou moeten gaan, weet eigenlijk niemand, maar de consensus is dat we steeds meer robots in het dagelijks leven zullen gaan tegenkomen.

Bij Robot Security Systems (RSS) in Den Haag ligt de horizon wat dichterbij: daar maken we robots voor in de beveiliging. Het zijn geen Robocops die al schietend de straten (on)veilig maken, maar betrouwbare wachters die trouw rondjes rijden in donkere en verlaten gebouwen. Hierbij speuren ze onuitputtelijk naar mensen die er niet zouden moeten zijn en staan ze constant paraat om te reageren op binnenkomende alarmen. Eigenlijk exact zoals menselijke bewakers zouden doen. En ze hebben zelfs een naam: Sam, een afkorting van Secure, Autonomous, Mobile.

De belangrijkste eigenschap van Sam is dat hij volledig zelfstandig zijn werk kan doen – alleen dan kunnen klanten besparen op hun beveiligingsbudget. Dat roept natuurlijk de vraag op: waar haalt de robot zijn stroom vandaan? Daarvoor hebben we een laadstation ontworpen, waar Sam op gezette tijden naartoe rijdt om zijn accu’s te vullen.

RSS Rik Kruidhof
Sam poseert voor de foto met de ceo van Robot Security Systems, Rik Kruidhof.

De locatie van het laadstation staat aangegeven op de kaart in het geheugen van de robot. Die wordt tijdens het eerste rondje van de avond geüpdatet met nieuwe of verdwenen objecten: onhandig neergezette pallets, verkeerd geparkeerde heftrucks, allerlei onverwachte situaties waar Sam mee om moet kunnen gaan. Bij een eventueel alarm in de nacht kan de robot zo meteen naar de melding racen zonder dat hij eerst de snelste weg moet zoeken.

De kaart maakt Sam met lidar. Hiervoor zit er in een inham in het midden van de robot een laserscanner gemonteerd waarmee hij 270 graden om zich heen kan kijken. Zo scant Sam zijn omgeving en bepaalt hij zijn exacte positie op de kaart. Om te voorkomen dat hij zijn hoofd stoot, is hij ook uitgerust met echolocatiesensoren. Die sturen een brede bundel ultrasoon geluid voor de robot uit, dat terugkaatst op objecten.

Deze sensoren zijn niet afdoende om mensen in het gebouw te detecteren. Het belangrijkste wapen van Sam in de strijd tegen indringers is zijn warmtecamera met geavanceerde beeldherkenningsalgoritmes. Al rijdend kan de robot hiermee de warmtestraling van mensen oppikken en onderscheiden van andere warmtebronnen zoals radiatoren, printers, laadstations en muizen.

Sam werkt nauw samen met het alarmsysteem en een centrale meldkamer om het gebouw in de gaten te houden. Als een sensor van het alarm bij een deur of raam wordt geactiveerd, kan de robot autonoom op onderzoek uitgaan. De communicatie tussen beide loopt via een beveiligde gprs-verbinding, die ook binnen gebouwen een goede connectie garandeert. Over deze 2G-dataverbinding loopt ook een heartbeat om te controleren of Sam nog reageert.

Om goed zijn werk te kunnen doen, moet de robot kunnen samenwerken met mensen. Daartoe is hij voorzien van een rfid-paslezer waarmee bevoegde personen zich bij hem kunnen identificeren. Uiteindelijk is Sam een machine, dus moet hij een noodknop hebben. Bij het indrukken ervan gaat natuurlijk onmiddellijk het alarm af.

De robot moet ook overweg kunnen met mensen op afstand, in de meldkamer. Via een ingebouwde beveiligingscamera kan Sam hen laten meekijken. Voor deze communicatie heeft gprs een te beperkte bandbreedte, dus hiervoor gebruiken we een beveiligde vpn-tunnel over wifi. Daarnaast is de robot uitgerust met een microfoon en luidsprekers om een audioverbinding op te zetten vanuit de meldkamer.

RSS lidar
Met lidar brengt Sam voortdurend zijn omgeving in kaart.

Logische informatiebrokken

Sam is een gezamenlijke ontwikkeling van RSS en Alten. RSS nam hierbij de kennis rond de markt en beveiliging voor zijn rekening, terwijl Alten de technische expertise rond automatisering en robotica inbracht. Door op één locatie een team te vormen met mensen van beide organisaties, bleven de lijntjes kort en was de robot binnen een jaar klaar.

Sam heeft een brede scala aan actieve componenten aan boord, waaronder krachtige elektromotoren, een beveiligingscamera, een warmtecamera, een digitale videorecorder om de beelden op te slaan, lidar en ultrageluidsensoren, draadloze verbindingen en computers. Deze werken op spanningen uiteenlopend van 3,3 tot 48 volt, allemaal komend vanuit de centrale accu onder in de robot. Dit lage zwaartepunt zorgt voor maximale stabiliteit als Sam met tien kilometer per uur de bocht neemt.

De besturing van de robot is een gelaagd systeem. De verbindingen met de sensoren, actuatoren, accu’s en andere onderdelen komen eerst samen in een i/o-bordje met interfaces als ethernet, rs232, can en i2c, en relais om componenten te kunnen schakelen. Ook zijn de controllers om de elektromotoren aan te sturen hier ondergebracht.

Het i/o-bord staat onder controle van een tweede bordje met een cpu voor de afhandeling van realtime taken. Dit zijn relatief simpele klussen die niet te veel rekenkracht vereisen, maar wel directe actie. Een route volgen is een taak die typisch hier wordt afgehandeld: niet te ingewikkeld, maar wel met de noodzaak om direct te stoppen als een obstakel voor de robot valt.

De cpu voor realtime taken is ook verantwoordelijk voor de communicatie met het ‘brein’ van Sam, de robot-pc. De processor zorgt hierbij voor een simpele voorbewerking van de sensorinformatie en synchroniseert de gegevensstromen met de pc, zodat de niet-tijdkritieke taken daar netjes synchroon lopen met het robotgedrag.

In de robot-pc wordt ten slotte alle informatie uit de sensoren gecombineerd tot een virtueel beeld van de wereld om het gedrag te bepalen. Daar draaien ook de algoritmes om mensen te detecteren in het warmtecamerabeeld. Basaal gezegd, is dit beeld de kaart van het gebouw met daarop de positie van alle obstakels en Sam zelf. Het gedrag van de robot wordt bepaald door een softwareapplicatie gebouwd in Microsoft Robotics Developer Studio (MRDS), een speciaal voor robotica ontwikkelde omgeving. Omdat de keten van stappen alle gegevens verwerkt tot kleine, logische informatiebrokken, kunnen we het gedrag van de robot sturen door deze brokken langs een relatief simpele set regels te leggen. De sleutel tot een robuuste, betrouwbare robot zoals Sam is het maken van een zo simpel en eenduidig mogelijke set regels. Door duidelijke prioriteiten te geven aan de verschillende acties kan hij heel consequent reageren op allerlei gebeurtenissen, zelfs als de omgeving heel complex wordt.

RSS Sam

Groter, sterker en sneller

Met de huidige basisfunctionaliteit van surveilleren, detecteren en verifiëren is Sam een geschikte optie voor de meeste beveiligingstaken. We hebben ondertussen ook al opties in de pijplijn voor lastigere omgevingen. Een liftinterface moet de robot bijvoorbeeld in staat stellen tussen verschillende verdiepingen te bewegen, met extra camera’s zoals een actieve nachtkijker kan hij in andere omgevingen werken en door verschillende objectieven te gebruiken, kan hij ook op grotere afstand mensen detecteren.

Daarnaast krijgt Sam er binnenkort een grote broer bij voor buiten: Sam XL. Deze robot wordt groter, sterker en sneller, en krijgt bovendien meer sensoren om in de veranderlijke buitenomgeving toch betrouwbaar te kunnen zoeken naar indringers. Deze versie wordt als eerste ingezet om de kades in de Rotterdamse haven te bewaken, maar is ook geschikt voor onder meer industriële complexen en vliegvelden.

De belangrijkste basis om op terug te vallen, vormen uiteindelijk de menselijke collega’s van Sam. Als de robot een potentiële indringer ontdekt, geeft hij dit netjes door aan de meldkamer. Die kan eventueel politie naar het gebouw sturen. Als Sam om een of andere reden een technisch mankement heeft, dan meldt hij dit ook bij de meldkamer, waarna die kan besluiten een surveillancewagen in te zetten. Daarnaast gaat er een signaal naar onze technische dienst zodat wij een monteur op pad kunnen sturen. De verbinding met de buitenwereld zorgt er dus voor dat Sam altijd de beveiliging van het pand kan garanderen.

Edited by Pieter Edelman