Thesis - RWTH Aachen University

Kapitel 2
Einführung in die mobile Manipulation
Im Folgenden wird der Stand der Technik bei der mobilen Manipulation wiedergegeben. Das Kapitel
befasst sich zuerst mit existierenden Systemarchitekturen für Roboter und mit den Besonderheiten der
mobilen Manipulation. Anschließend wird auf die einzelnen Komponenten einer Systemarchitektur
eingegangen und insbesondere auf Verfahren zur reaktiven, bildgestützten Manipulation, zur Koordination
von Verhalten, zur Planung von Aufgaben und zum Einsatz von virtuellen Umgebungen für das
Lernen von Roboteralgorithmen. Als Nächstes folgt die Beschreibung von ausgewählten Systemen
zur mobilen Manipulation sowie von weiteren Systemen, die mit dem in dieser Arbeit entwickelten
mobilen Manipulator verwandt sind. Zum Abschluss wird das hier entwickelte Systemkonzept
präsentiert und von ähnlichen Arbeiten abgegrenzt.
2.1 Allgemeine Systemarchitekturen für Roboter
Die Systemarchitektur bezieht sich auf den konzeptionellen Aufbau des Roboters. Sie beschreibt auf
welche Weise ein System aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt ist und wie diese zusammenarbeiten,
um Aktionen aus Sensordaten und Aufgabenstellung zu generieren. Nach Matari`c
[Mat01] ist zwischen vier Kategorien von Roboterarchitekturen zu unterscheiden:
• deliberative (deliberative),
• reaktive (reactive),
• verhaltensbasierte (behaviour-based) und
• hybride (hybrid) Architekturen.
Deliberative Architekturen beruhen auf dem Sense-Plan-Act (SPA) Ansatz [Gat98]. Sie bestehen
hauptsächlich aus drei funktionalen Elementen: einem Sensoriksystem, einem Planungsagenten und
einer ausführenden Komponente [Nil80] (siehe Abbildung 2.1a). Die Sensorik sammelt Informationen
aus der Umgebung, um ein Weltmodell zu erstellen oder zu aktualisieren. Der Planungsagent operiert
auf dem Weltmodell und sucht nach einer Sequenz von Zustands- und Aktionsschritten, die die
gestellte Aufgabe optimal löst [Mat01]. Die ausführende Komponente ist für die Umsetzung des Planes
in Roboterbewegungen verantwortlich. Beispiele für deliberative Architekturen sind NASREM
zur Teleoperation [AML89] oder die TEAM Architektur [SSML90]. Da die Planerstellung zeitaufwendig
ist, kann der SPA Ansatz nur dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn keine zeitkritischen
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