Thesis - RWTH Aachen University

86 4.2 Hindernisvermeidung
Wählt man dabei das Weltkoordinatensystem {W } als das Kamerasystem bei der zweiten Aufnahme
aus, dann ergibt Gleichung 4.19 bei bekannter Lageänderung der Kamera die Koordinaten der
Raumpunkte relativ zur zweiten, aktuellen Kameraposition.
Aus den berechneten 3D-Koordinaten der Raumpunkte werden anschließend die drei von der Kameraposition
aus sichtbaren Oberflächen der Hindernisse rekonstruiert und ihre Schwerpunkte sowie
der Schwerpunkt des Hindernisses berechnet. Für die Lokalisierung der Auflageoberfläche sind drei
Punkte notwendig, die zu dieser Oberfläche gehören. Da alle Hindernisse auf der Auflageoberfläche
positioniert sind, kann man drei der gefunden Raumpunkte der Hindernisse mit der kleinsten
z-Koordinate wählen; diese müssen dann auf der Auflageoberfläche liegen. Durch diese Punkte wird
die Ebenengleichung der Auflageoberfläche aufgestellt.
Da die Lokalisierung der Hindernisse von Gleichungssystem 4.17 und daher von der Änderung der
Kameralage abhängig ist, muss diese genau bekannt sein, um die Objekte robust im Raum zu lokalisieren.
Insbesondere bei kleiner Lageänderung der Kamera haben Positionsungenauigkeiten einen
großen Einfuß bei den Berechnungen. Experimente haben gezeigt, dass eine Verschiebung der Kamera
um mindestens 6 cm stattfinden muss, um die Objekte robust zu lokalisieren. Die besten Ergebnisse
sind mit einer Kameraverschiebung von 10 cm erzielt worden 14 ; in diesem Fall lag der Lokalisierungsfehler
im Bereich von 3 cm für die Greiferkamera und 2 cm für die Bordkamera 15 . Während dieser
Fehler für die Zielführung sich als zu groß erwiesen hat, ist er bei den hindernisvermeidenden Verhalten,
die keine große Genauigkeit erfordern, um eine Ausweichbewegung zu berechnen, akzeptabel.
4.2.2 Hindernisvermeidung des Greifers
Die Hindernisvermeidung des Greifers ist eines der beiden in dieser Arbeit entwickelten hindernisvermeidenden
Verhalten, die den Manipulator vor Kollisionen schützen sollen. Das Verhalten verwendet
die Bilder der Greiferkamera, um einen auf den Greifer bezogenen Ausweichpfad zu erstellen. Der
Ablauf des Verhaltens ist in Abbildung 4.11 dargestellt. Die Merkmalsextraktion hat die Aufgabe, die
Objekte im Raum nach Abschnitt 4.2.1 zu lokalisieren und anschließend die für die Steuerungskomponente
erforderlichen Merkmale zu extrahieren. Die Steuerungskomponente, die aus einem lernfähigen
Neurofuzzy-System besteht und in der virtuellen Umgebung erlernt wird, erzeugt für jedes
Hindernis einen Ausweichvektor. Die sich ergebenden Vektoren werden anschließend interpoliert und
in einem Pfad für den Manipulator umgewandelt.
Merkmalsextraktion
Die Merkmalsextraktion verläuft nach dem in Abschnitt 4.2.1 beschriebenen Ansatz. Nach dem dort
vorgestellten Verfahren ist für die Objektlokalisierung die Kenntnis der Lageänderung der Kamera
T die aus der Kinematik des Mani-
notwendig, um Gleichungssystem 4.17 lösen zu können 16 . Sei MB
G1
14 Eine größere Kameraverschiebung hatte als Resultat, dass die Abbildung der Szene in den beiden Aufnahmen große
Unterschiede aufweist. In diesem Fall ergeben sich bei der Korrespondenzsuche falsche Korrespondenzen zwischen den
extrahierten Eckpunkten und dadurch Fehler bei der Lokalisierung der Hindernisse im Raum.
15 Zur weiteren Reduzierung des Fehlers ist eine größere Genauigkeit bei der Positionierung der Kameras notwendig.
Dies wird jedoch in dieser Arbeit durch die verwendete Hardware begrenzt. Alternativ könnten Verfahren aus der 3D
Rekonstruktion zur Schätzung der Kamerapositionen aus den Aufnahmen bzw. der Einsatz einer festen Stereokamera den
Fehler weiter reduzieren.
16 Dabei werden die Aufnahmen vor und nach der letzten Greiferbewegung verwendet.