Thesis - RWTH Aachen University

82 4.2 Hindernisvermeidung
Objektpositionen
Trainierter Bereich
18
Richtige Abstandsregion 16
Erste Ebene Benachbarte Abstandsregion 2
Falsche Abstandsregion 0
Zweite
Ebene
Nächster Pfad
Zweitnächster Pfad
Falsche Pfadauswahl
11
4
3
Zielposition erreicht 10
Gesamtpfad Zielposition ≤ 3cm 5
Zielposition ≥ 3cm 3
Tabelle 4.2: Ergebnisse der Zielführung mit dem realen mobilen Manipulator für nicht trainierte Positionen
des Objektes innerhalb des trainierten Arbeitbereiches des Roboterarmes. Die evaluierten
Objektpositionen stimmen mit den entsprechenden Positionen in der virtuellen Umgebung überein
(siehe auch Tabelle 4.1).
4.2 Hindernisvermeidung
Die Zielführung kann zwar den Manipulator entlang eines objektspezifischen Pfades zur Greifposition
am Zielobjekt führen, sie kann ihn jedoch nicht vor Kollisionen schützen. Diese Aufgabe übernehmen
zwei Verhalten zur reaktiven Hindernisvermeidung. Das erste bestimmt eine hindernisvermeidende
Bewegung für den Greifer des Manipulators während das zweite die restlichen Segmente des Roboterarms
vor Kollisionen mit Hindernissen schützt. Diese Aufteilung in zwei Komponenten hat als
Ziel, die Hindernisvermeidung zu vereinfachen und die Rechenzeit niedrig zu halten, da jedes Verhalten
nur eine beschränkte Anzahl der Gelenke des Manipulators berücksichtigen muss. Außerdem
können die Daten der Greifer- und der Bordkamera gezielt und effizient für jedes Verhalten verwendet
werden; die Greiferkamera überwacht die Bewegung des Greifers, während die Bordkamera, die den
kompletten Roboterarm erfasst, die restlichen Segmente vor Kollisionen schützt. Alternativ wäre eine
rechenaufwendige Fusion der extrahierten Merkmale aus beiden Kameras notwendig.
Beide hindernisvermeidende Verhalten verfügen über eine ähnliche Merkmalsextraktionsphase (Abbildung
4.7). In einem ersten Schritt versuchen sie die Hindernisse und das Zielobjekt im Raum
relativ zum Manipulator zu lokalisieren. Dieser Vorgang, vorgestellt im nächsten Abschnitt, ist für
beide Fertigkeiten derselbe; nur die eingesetzte Kamera unterscheidet sich bei jedem Verhalten. Diese
geometrische Information wird dann von der Steuerungskomponente der Fertigkeiten, vorgestellt
in Abschnitten 4.2.2 und 4.2.3, verwendet, um einen kollisionsfreien Pfad für den Greifer bzw. für die
Segmente des Manipulators zu bestimmen.
4.2.1 Lokalisierung der Hindernisse im Raum
Bei der Hindernisvermeidung hat die Bildverarbeitungskomponente der Verhalten die Aufgabe, aus
den Kameraaufnahmen die Hindernisse im Raum zu erkennen und relativ zum Manipulator zu lokalisieren.
Aus dem Abstand und der Orientierung der Hindernisse zum Roboterarm kann die Steuerungskomponente
der Verhalten ein Ausweichmanöver berechnen. Da jedoch ein einzelnes Bild keine Tie-