Thesis - RWTH Aachen University

6 1.2 Mobile Manipulation mit Hindernisvermeidung
Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit eine Architektur entworfen und implementiert, die aus
drei hierarchischen Ebenen besteht (Abbildung 1.5). Die reaktive Ebene beinhaltet einfache, spezialisierte
Module, die die Sensoren bzw. Kameras mit den entsprechenden Aktuatoren verbinden.
Dadurch kann der Roboter sofort auf Änderungen der Umgebung reagieren. Diese Module realisieren
die elementaren Verhalten (Behaviours) [Bro91] des mobilen Manipulators und sind entweder explizit
programmiert oder mit neuronalen Netzen erlernt. Sie setzen die Information der Kameras ein, um
den Manipulator zum Ziel zu führen, das Objekt im Sichtfeld der Greiferkamera zu halten oder den
Greifer bzw. die Manipulator-Segmente vor Kollisionen zu bewahren.
Bild−
verarbeitung
Aufgabe
Planer
Planungsschritte
Koordinationsmechanismus
Verhalten
Deliberative
Ebene
Vermittelnde
Ebene
Reaktive
Ebene
Pfad−
regler
Abbildung 1.5: Realisierte drei-Ebenen Architektur.
Die hierarchisch höchste, deliberative Ebene zerlegt eine Aufgabe in eine Reihenfolge von Planungsschritten
für den Manipulator und die mobile Plattform. Hier arbeitet ein symbolischer Planer strategische
Pläne aus und setzt Zwischenziele, indem er die Pläne auf ihre Wirkung in die Zukunft
projiziert. Die Zwischenziele bestehen aus Sequenzen von Planungsschritten, deren Ausführungsreihenfolge
von den Ergebnissen der ausgeführten Aktionen abhängt. Diese Aufteilung vereinfacht die
Komplexität der Planung und ermöglicht einerseits eine zielstrebige, globale Planung, die auch für
komplexe Aufgaben Lösungen findet, und andererseits eine schnelle Anpassung existierender Pläne
an unvorhersehbare Ereignisse auf lokaler Ebene.
Als Verbindung dieser zwei Ebenen dient eine dritte, vermittelnde Ebene, die anhand des auszuführenden
Planungsschrittes die entsprechenden Verhalten auswählt und aktiviert. Auf dieser Ebene ist auch
ein Koordinationsmechanismus implementiert, der die Ausgaben der aktiven bildgestützten Verhalten
auf Basis der vorliegenden Aufnahmen gewichtet und fusioniert. Dadurch kann der Roboterarm zum
Ziel geführt werden, während zugleich der Greifer und die Manipulatorsegmente Hindernisse vermeiden
und die Roboterkamera das Ziel in ihrem Sichtfeld behält. In ähnlicher Weise werden auch die
reaktiven Verhalten der mobilen Plattform koordiniert 1 . Die Koordination von mobiler Plattform und
Manipulator miteinander findet über die Ausführungsreihenfolge der Planungsschritte statt, die in der
deliberativen Ebene festgelegt wird.
Sowohl die bildgestützten Verhalten wie auch der Koordinationsmechanismus werden in einer virtuellen
Umgebung mit Modellen der Objekte und des eingesetzten Serviceroboters trainiert und evaluiert.
1 Auf der mobilen Plattform kommt für die reaktive und die vermittelnde Ebene der Ansatz von Pauly zum Einsatz.
Der interessierte Leser kann eine genaue Beschreibung in [Pau98] finden.