Analyse, Modellierung und Programmierung des Geige-spielens an ...

10. Entwicklung echtzeitfähiger Simulink-Oberflächen
10.2.1. Arbeitsraum
Große Probleme bei der Ansteuerung des Roboters mithilfe der berechneten Trajektoriendaten
zeigten sich in der Einhaltung des Arbeitsraumes. Da das Spielen einer Violine
einen relativ großen Arbeitsbereich benötigt, ist eine angemessene Platzierung der Violine
oder eine Einschränkung des streichbaren Bereiches bereits in der Trajektorienberechnung
von Nöten. Letzteres sollte nach Möglichkeit vermieden werden. Eine speziell
hierfür erstellte Trajektorie, welche den vollen Arbeitsbereich in wenigen Streichvorgängen
in Anspruch nehmen würde, sollte sicherstellen, das der Roboter in der Lage sein
wird, alle möglichen Spiellagen für das Spielen beliebiger Titel zu erreichen. Gelangt der
Manipulator hingegen an seine Gelenkwinkelgrenzen oder in eine singuläre Stellung, so
ist die Inverse-Kinematik in Folge dessen nicht mehr in der Lage, geeignete Gelenkwinkel
zu generieren, was zu einem abrupten Abbruch der Bewegung und ein Wiedereinsetzen
an undefinierter Stelle zur Folge hätte. Dies stellt eine große Gefahr für den Roboter dar,
da zu große Sprünge zur Zerstörung der Antriebselemente führen können. Auch nach
optischen Gesichtspunkten sollte die Bewegung möglichst authentisch wirken, was zum
Beispiel die Stellung des Ellenbogens betrifft. Mit einer unnatürlichen evtl. für den Menschen
sogar undenkbaren Haltung sind zwar auch Streichbewegungen möglich, jedoch
nicht wünschenswert. Die Haltung des Armes kann vor allem durch die Anfangsposition,
mit welcher die Inverse-Kinematik gespeist wird, beeinflusst werden. Wird z. B. der Ellenbogen
in der Anfangsposition auf eine Seite gesetzt, so ist, bedingt durch Eigenschaft
der Inversen-Kinematik möglichst kleine Gelenkwinkeländerungen zu vollziehen, ein Umschwenken
auf die andere Seite unwahrscheinlich. Bei Bedarf sollte hierbei allerdings in
Betracht gezogen werden, die Inverse-Kinematik mit einem oder mehreren Referenzpunkten
zur Einhaltung der richtigen Stellung zu versehen. Die im Programm definierte Position
der Violine wurde unter dem Gesichtspunkt einer möglichst natürlichen Lage auf
iterativem Wege festgelegt und erfüllt alle Bedingungen der Arbeitsraumeinhaltung. Bei
einer Veränderung der Position wäre eine erneute Überprüfung, z. B. mit der bereits
weiter oben erwähnten speziellen Trajektorie, nötig, um fehlerhafte Rückwärtstransformationen
zu vermeiden.
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