Diplomarbeit Doku 031217_final_2 - Universität Bremen

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6. Algorithmen zur teilautonomen Umgebungserfassung 6 Algorithmen zur teilautonomen Umgebungserfassung Dieses Kapitel befasst sich mit dem Entwurf der Algorithmen zur teilautonomen Umgebungserfassung. An dieser Stelle werden somit die Methoden zur Verfügung gestellt, die die zuvor entworfenen Anforderungen umsetzen und die Daten- und Ablaufstrukturen aus dem vorangegangenen Kapitel verwenden. Das Kapitel 6 stellt den Abschluss des Entwurfs der Methoden zur Umgebungserfassung dar. Um eine im Sinne der Umgebungserfassung gültige abstrakte Ablaufstruktur zu erhalten, werden zunächst in Kapitel 6.1 Erweiterungen der Schnittstelle zur aufgabenorientierten Programmierung eingeführt. Kapitel 6.2 erläutert verschiedene Teil-Algorithmen, die für den komplexen Vorgang der Situationserfassung benötigt werden. Die Methoden der Objektidentifikation sind bereits in einem für diese Arbeit umfassenden Umfang im vorherigen Kapitel erläutert worden, so dass sie erst in Kapitel 6.3 zusammen mit den Methoden der Situationserfassung im „Gesamtablauf der Umgebungserfassung“ wieder aufgegriffen werden. Abschließend erfolgt im Kapitel 6.4 eine Zusammenfassung des Algorithmenentwurfs. 6.1 Erweiterung der Schnittstelle zur aufgabenorientierten Programmierung Wie aus der Definition 3-3 auf Seite 30 hervorgeht, gehört zu einer gültigen abstrakten Ablaufstruktur PS A die Festlegung einer Zielsituation S T . Die Definition 3-5 (Seite 31), die die Gültigkeit einer Situation in Bezug auf eine abstrakte Ablaufstruktur beschreibt, basiert auf der Kenntnis von S T . Nachfolgend soll eine durch das Rahmenwerk zur Verfügung gestellte abstrakte Ablaufstruktur, in der S T noch nicht festgelegt ist, mit PS A * bezeichnet werden. Um den Methoden der Umgebungserfassung eine gültige abstrakte Ablaufstruktur zur Verfügung stellen zu können, ist zunächst eine Erweiterung der Schnittstelle zur aufgabenorientierten Programmierung notwendig, die sämtliche möglichen Situationen innerhalb von PS A * angibt, so dass eine Zielsituation S T daraus ausgewählt werden kann. Zu diesem Zweck sollen an dieser Stelle die Kriterien zusammengetragen werden, die diese Menge der innerhalb von PS A * möglichen Situationen ausmachen. Eine Situation S ist eine Menge von Kontaktsituationen, für die Folgendes gilt: • Es ist die Vollständigkeit einer Situation zu gewährleisten. Das bedeutet laut Definition 3-4 auf Seite 31, dass alle physikalischen Objektinstanzen aus PS A * in einer Situation genau einmal enthalten sein müssen. • Die Kontaktsituationen einer Situation müssen über die UND/ODER-Netzstruktur von PS A * erreichbar sein oder eine mögliche Ausgangssituation darstellen, um mindestens eine weitere Situation im UND/ODER-Netz zu erreichen. Letzteres deckt den Fall ab, dass eine Situation lediglich über eine abgehende unidirektional Kante mit dem restlichen Netz verbunden ist. Somit liegt die Schwierigkeit der Gültigkeitsüberprüfung einer Situation bezüglich der abstrakten Ablaufstruktur darin, dass Aussagen über die Erreichbarkeit von Situationen innerhalb der Ablaufstruktur getroffen werden müssen. Zum Zwecke der Realisierung dieser Gültig- 64
6. Algorithmen zur teilautonomen Umgebungserfassung keitsüberprüfung bietet sich der Aufbau eines Situationsgraphens an. Dieser stellt alle in der abstrakten Ablaufstruktur möglichen Situationen dar und verbindet sie über die Operationen, die für den Übergang von einer Situation in die andere notwendig sind. Eine Situation kann dann als gültig innerhalb von PS * A anerkannt werden, wenn sie Bestandteil des Situationsgraphens ist. Die Verwendung eines Situationsgraphen bietet zudem folgende Vorteile: • Es lässt sich bestimmen, ob die abstrakte Ablaufstrukur ein zusammenhängendes UND/ODER-Netz beinhaltet. Dies ist ein Gültigkeitskriterium für eine abstrakte Ablaufstruktur (siehe Kapitel 4.3). • Es können Aussagen über die Gültigkeit und Erreichbarkeit der Zielsituation gemacht werden (wovon die Möglichkeit und Notwendigkeit der Plangeneration abhängt). Im Folgenden wird beschrieben, wie ein Situationsgraph zu implementieren und den Methoden der Umgebungserfassung zur Verfügung zu stellen ist. 6.1.1 Der Situationsgraph Veranschaulichung eines Situationsgraphen Bild 6-1 zeigt zur Veranschaulichung den zur Ablaufstruktur (UND/ODER-Netz) aus Bild 3-1 (Seite 21) gehörigen Situationsgraphen. Tabelle 4-1 (Seite 39) führt die entsprechenden Situationen mit deren Mengen der interessierenden Fakten auf. Situation 1 [Ro.1]0 / [Bo.1,Gl.1,Tr.1] 0 [Bo.1,Gl.1,Ro.1,Tr.1] 2 Situation 5 GraspObject Depart MoveObj PutDownObj Situation 2 [Bo.1,Gl.1,Ro.1,Tr.1] 0 [Gl.1,Tr.1] 1 / [Bo.1,Ro.1]1 Situation 6 MoveObj PutDownObj PourIn PutDownObj MoveObj Situation 3 [Bo.1,Gl.1,Ro.1,Tr.1] 1 [Bo.1,Gl.1,Ro.1,Tr.1] 3 Situation 7 MoveTo RelPos MoveFrom RelPos Depart GraspObj Situation 4 [Gl.1,Tr.1] 0 / [Bo.1,Ro.1]0 [Ro.1]0 / [Bo.1,Gl.1,Tr.1] 1 Bild 6-1: Situationsgraph zur Ablaufstruktur (UND/ODER-Netz) aus Bild 3-1 Situation 8 Es fällt auf, dass dieser Situationsgraph relativ einfach aufgebaut ist. Abgesehen von der Reversibilität von 6 der insgesamt 7 möglichen Situationsübergänge ist lediglich eine sequentielle Abarbeitung von Operatoren bis zur Zielerreichung möglich. Komplexere Situationsgra- 65
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