Thesis - RWTH Aachen University

2.5 Virtuelle Realität und Robotik 41
Start
(a)
Ziel
(−)
FO2
FO1
O1
(−)
F O2
F Ziel
F
O3
FZiel FO1
F
O3
F O2
FO3 F
O2
Abbildung 2.23: Subgoal Graphs (Probabilistic Roadmap) (links) und Potentialfelder (rechts).
2.5 Virtuelle Realität und Robotik
Der Einsatz von virtuellen Umgebungen ist in der Robotik immer mehr verbreitet. Sie dienen hauptsächlich
zur Visualisierung und Teleoperation, wie in [BAH01] [HH00], [HHF + 95], [FD94], für die
automatische Kinematik- und Aktionsplanung bzw. Simulation des Roboters [KBC + 02], [FR00],
[GL02], [BBD + 00], [BAHK95] oder als Leitstand für das Aufgabenmanagement eines Roboters
[Sch01], [HHF + 95], [STB99]. In diesen Fällen wird die virtuelle Umgebung benutzt, um die Roboterbewegungen
und die Einsatzumgebung für einen Operateur zu visualisieren. Ansätze, die Aufnahmen
von virtuellen Sensoren für die Robotersteuerung verwenden, sind eher Ausnahmefälle. Gracanin et
al. [GVTM99] und Yeh et al. [YYW03] setzen z.B. simulierte abstandsmessende Sensoren ein, um
das Navigationssystem von mobilen Robotern in einer virtuellen Umgebungen zu evaluieren bzw. zu
erlernen.
Virtuelle Umgebungen haben gegenüber 2D Simulationsumgebungen den großen Vorteil, dass sie
die Simulation von virtuellen Kameras ermöglichen. Dies machen sich die optischen Lokalisierungsverfahren
von Schmitt [Sch01] und Gracias [GSV01] zunutze. Sie vergleichen Aufnahmen virtueller
Kameras aus einem Modell der Umgebung mit realen Aufnahmen, um die mit der Odometrie berechneten
Roboterposition zu korrigieren.
Einen Schritt weiter geht der Ansatz in [NRT95], der visuelle Information zur autonomen Steuerung
von Avataren in einer virtuellen Umgebung einsetzt. Das Verfahren wird jedoch nicht in eine reale
Umgebung transferiert. In eine ähnliche Richtung geht auch der Ansatz von Marchand [MC00],
der Visual Servoing einsetzt, um die Bewegung einer freien Kamera in einer virtuellen Umgebung
bezüglich eines im Bild sichtbaren Zieles zu steuern bzw. zu regeln. In diesem Ansatz kann die Kamera
Hindernissen und Verdeckungen ausweichen. Da sie aber nicht auf einem Roboter montiert
ist, werden keine Bild-Manipulator Transformationen berücksichtigt. Der Ansatz soll in Kinofilmen,
Animationen und Spielen Einsatz finden und ist nur für Nutzung in virtuellen Umgebungen implementiert.
Einsatz in einer realen Umgebung findet das Teleoperationsystem in [Nel01], das visuelles Feedback
aus einer virtuellen Umgebung verwendet, um die Sollwerte für das Visual Servoing bei der Zielpositi-
Start
(b)
F
O1
O2
F
Ziel
(−)
F O1
FZiel
F O3
O3
(−)
FO1
F Ziel
Ziel
(+)