Thesis - RWTH Aachen University

16 2.2 Reaktive Verhalten für Manipulatoren
Dabei ist J die Jacobi Matrix und J + ihre Pseudoinverse. Gleichung 2.3 drückt das Bild-Motor Modell
(Visual-Motor Model) aus, das die Beziehung der erwünschten Änderungen der Bildmerkmale ˙ �s
zu den dazu benötigten Roboterbewegungen ˙ �q beschreibt (Abbildung 2.6). Ist �q in kartesischen Koordinaten
angegeben, dann handelt es sich in Gleichung 2.3 um die Bild-Jacobi Matrix (Image Jacobian
oder Interaction Matrix). Falls �q Gelenkpositionen beinhaltet, also einer Gelenkstellung entspricht 5 ,
dann ist J die Bild-Gelenk Jacobi Matrix. Entsprechend wird die Beziehung zwischen Gelenkraum
und kartesischen Raum mit der Roboter-Jacobi Matrix (Robot Jacobian) ausgedruckt (Abbildungen
2.7 und 2.8). Falls die Kinematik des Roboterarms bekannt ist, dann ist die Roboter-Jacobi Matrix
leicht zu berechnen [SS00a].
Soll−Wert
s
Bild−Motor
q
Kameraaufnahme Merkmalsextraktion
Roboterbewegung
Modell
Abbildung 2.6: Ablauf beim Visual Servoing.
In �s kommen unter anderem folgende Merkmale zum Einsatz:
• Eckpunkte, wie in [WWH97], [KC02], [DC00], [MC01], [MCB98], [HDE98], [RH99].
• Linien, Kreise [WH97], [ALH + 98], [RTHN97].
• Geometrische Momente [MZBK02], [Cha02], [YKD97].
• Snakes [SP96], [DC99].
• Eigenwerte [ZKS00], [KC02].
• Optischer Fluss [SBP97], [vdS95].
• Korrelationstechniken mit Fensterregionen (Regions of Interest) [KC99], [BSP94], [HT98].
• Kombinationen davon [WVT96], [WT98].
Kragić [Kra01] unterscheidet die Verfahren zum Visual Servoing anhand des Bild-Motor Modells.
Das Modell kann entweder a priori bekannt sein, oder geschätzt werden. Beim ersten Fall kann man
wiederum die Ansätze in positionsbasierte, bildbasierte und 2 1/2D unterscheiden. Ausschlaggebend
ist dabei, ob der Regelungsvorgang des Visual Servoings im kartesischen Raum oder im Bildbereich
stattfindet. Bei der Schätzung kann es sich entweder um eine analytische Berechnung handeln oder
das Bild-Motor Modell wird erlernt.
A priori bekanntes Bild-Motor Modell
Positionsbasierte Ansätze beschreiben das Fehlersignal E für den Regelungsvorgang des Visual
Servoings in den kartesischen Koordinaten des Greifers. Deswegen muss das System zunächst aus
der Bildinformation das Zielobjekt und eventuell den Manipulator im kartesischen Raum lokalisieren
und den Unterschied zwischen aktueller und erwünschter Lage des Roboterarms ermitteln. Dies
5 Die Grundlagen über Manipulatoren, Manipulatorkinematiken und Koordinatentransformationen werden in Anhang
C.1 vorgestellt.