Thesis - RWTH Aachen University

2.2 Reaktive Verhalten für Manipulatoren 13
auch den höchsten Anspruch bei der Realisierung des Systems [Mat01]. Der Greifvorgang selbst sollte
die Form und Funktionalität des Objektes berücksichtigen. Diese erzwingen eine objektabhängige
Greifrichtung für den Manipulator, der an das Zielobjekt über einen objektspezifischen Pfad gelangen
sollte, um ein robustes Greifen zu gewährleisten. Werden neue Aufgaben oder neue Fertigkeiten für
den mobilen Manipulator definiert, um dessen Einsatzmöglichkeiten zu erweitern, dann sollte man
sie im System einfügen können, ohne dass eine langwierige Anpassung der Parameter notwendig ist.
In den nächsten Unterkapiteln wird auf Verfahren eingegangen, die als Komponenten einer hybriden
Architektur eingesetzt werden können und den Anforderungen der mobilen Manipulation entgegenkommen.
Anschließend werden einige ausgewählte Systeme zur mobilen Manipulation vorgestellt,
die den Stand der Technik in diesem Bereich wiederspiegeln.
2.2 Reaktive Verhalten für Manipulatoren
In einer hybriden Architektur besteht die unterste, reaktive Ebene aus Verhalten (Behaviours), oft
auch als Fähigkeiten oder Fertigkeiten (Skills) bekannt. Es handelt sich um Module, die für eine
Aufgabe spezialisiert sind und die Sensoren mit den entsprechenden Aktuatoren verbinden 2 . Dadurch
kann der Roboter sofort auf Änderungen der Umgebung reagieren. Verhalten setzen die Information
der Sensoren ein, um den Roboter zum Ziel zu führen, ein Objekt zu verfolgen oder Aktuatoren vor
Kollisionen zu schützen. Da bei der mobilen Manipulation Kameras als primäre Sensoren eingesetzt
werden, beschränken sich die nächsten Abschnitte auf bildgestützte Verhalten und insbesondere auf
die bildgestützte Zielführung und Hindernisvermeidung für Manipulatoren 3 .
2.2.1 Bildgestützte Zielführung
Bei der bildgestützten Führung eines Roboters wird zunächst ein Satz von Merkmalen aus den Kameraaufnahmen
extrahiert und daraus die nächste Bewegung des Roboters bestimmt. Corke [Cor96]
unterteilt die verschiedenen Ansätze des bildgestützten Greifens in zwei Kategorien:
Open-loop Systeme verwenden keine visuelle Rückkopplung. Hier wird anhand einer einzelnen Aufnahme
die Lage des Zielobjektes bestimmt und der Manipulator dorthin geführt. Diese Systeme
sind dann erfolgreich, wenn die Bildverarbeitung die exakte Position des zu greifenden Objekten
ermitteln kann. Diese Voraussetzung kann jedoch für einen mobilen Manipulator in einer
teilweise unbekannten Umgebungen nicht immer eingehalten werden.
Closed-loop Systeme werten kontinuierlich Merkmale aus Kamerabildern aus, um den Fehler zwischen
Ist- und Soll-Position des Greifers am Objekt zu minimieren. Diese Systeme sind als
Visual Servoing Systeme bekannt. In [Kra01] ist ein guter Überblick über den Stand der Technik
in diesem Bereich zu finden.
Weiterhin sind die Systeme anhand der Anzahl und der Position der Kameras relativ zum Roboterarm
zu unterscheiden [Kra01]:
2 Somit entsprechen sie den Verhalten der reaktiven Architekturen.
3 Die reaktiven Verhalten zur Navigation der mobilen Plattform des hier präsentierten Systems stammen aus der Arbeit
von Pauly [Pau98]; deswegen wird hier auf dieses Thema nicht näher eingegangen. Der interessierte Leser kann eine
genaue Beschreibung der reaktiven Ebene der mobilen Plattform in [Pau98] finden.