Thesis - RWTH Aachen University

2.3 Verfahren zur Koordination reaktiver Verhalten 29
Heuristische Verfahren Heuristische Verfahren setzen allgemeingültige Regeln ein, die die Hindernisvermeidung
garantieren können; jedoch können sie keine optimale Ausweichbewegung berechnen.
In dieser Kategorie gehört das Verfahren in [PRG + 03] und [HSA95], das Epipolarlinien
[Fau93] nutzt, um einen kollisionsfreien, kartesischen Pfad für den Greifer zu finden 14 . Der Ansatz
berücksichtigt jedoch die Manipulatorsegmente nicht und kann nur mit zwei eye-to-hand Kameras
verwendet werden. Er ist nur dann einsetzbar, wenn der Greifer und das Hindernis sichtbar sind und
der Manipulator keine Verdeckungen im Bild verursacht.
2.3 Verfahren zur Koordination reaktiver Verhalten
Die Verhaltenskoordinierung oder Verhaltensselektion ist in der Literatur als Behaviour Coordination
Problem oder Action Selection Problem bekannt und behandelt das Problem, wie verschiedene
Verhalten miteinander koordiniert bzw. aktiviert werden müssen um eine gestellte Aufgabe zu lösen.
Seien n Verhalten βi(�si) während der Durchführung einer Aufgabe aktiv. Zu jedem Verhalten
ist ein Vektor �si zugeordnet, der die aus den Sensormessungen extrahierten Merkmalen zusammenfasst.
Seien die aktiven Verhalten mit der Funktion Bj = (βj1, βj2, . . . , βjnj ) zusammengefasst und
S = (�s1, �s2, . . . , �sn) T die Matrix der jeweils relevanten Stimuli �si . � R = (�r1, �r2, . . . , �rn) T fasst die
Ausgabevektoren der einzelnen Verhalten zusammen. Dann ist:
�R = Bj(S) (2.15)
Nach Arkin [Ark98] ergibt sich dann die auszuführende Aktion �ρ des Roboters zu:
�ρ = C(G · � R) (2.16)
Hierbei kann G als eine Diagonalmatrix von Gewichtungsfaktoren aufgefasst werden, welche die
jeweils aktuelle Priorität oder Anwendbarkeit (Applicability) der einzelnen Verhalten beschreibt.
⎛
g1
⎜ 0
G = ⎜
⎝ .
0
g2
.
. . .
. . .
. ..
0
0
.
⎞
⎟
⎠
0 0 . . . gn
C ist die Koordinierungsfunktion. Ihre Aufgabe ist die Bestimmung einer resultierenden Ausgabe
aus der Menge aller n gewichteten Verhaltensausgaben. Die genauen Werte der Funktion C und der
Matrix G sind im Allgemeinen von der jeweilig aktuellen Situation abhängig und müssen dementsprechend
anhand der aktuellen Sensordaten neu berechnet werden.
Die Verhaltenskoordinierung umfasst den Entwurf der Diagonalmatrix G und der Koordinierungsfunktion
C. Dafür werden verschiedene Ansätze vorgeschlagen, die sich grob in zwei Klassen, Arbitration-
und Command Fusion-Mechanismen, einteilen lassen (Abbildung 2.17). Pirjanian gibt in
[Pir99] einen guten Überblick über die wichtigsten Verfahren der Verhaltenskoordinierung.
14 Das Verfahren benötigt zwei eye-to-hand Kameras und basiert auf folgendem Prinzip: Ein Pfad hat zwei Projektionen
auf den Bildflächen der Kameras, eine für die linke Kamera und eine für die rechte. Eine ausreichende Bedingung
für einen kollisionsfreien Pfad ist, dass mindestens eine seiner zwei Bildprojektionen nicht durch Hindernisse verläuft
[HA94]. Wenn dies jedoch der Fall ist, dann genügt es, die Stützstellen einer der beiden Pfadprojektionen entlang den
Epipolarlinien außerhalb der Hindernisse im Bild zu verschieben. Dadurch entsteht ein kollisionsfreier Pfad im Raum, der
durch bildbasiertes Visual Servoing ausgeführt werden kann.