Thesis - RWTH Aachen University

Kapitel 4
Bildgestützte reaktive Verhalten zur
Manipulation
Die reaktive Ebene des mobilen Manipulators hat die Aufgabe, direkt auf Änderungen der Umgebung
zu reagieren und die Bewegung des Roboter entsprechend anzupassen. In den meisten hybriden
Architekturen besteht sie aus mehreren Fertigkeiten, die der mobile Manipulator einzeln oder auch
parallel einsetzen kann, um eine gestellte Aufgabe zu bewältigen. Dabei handelt es sich meistens um
Module mit einem festgesetzten Ziel, die über kein Modell der Umgebung verfügen [Bro86] und die
einfach realisiert sind, um eine schnelle Reaktion und Anpassung der Roboterbewegung auf neue
Sensordaten zu ermöglichen.
In Rahmen dieser Arbeit wurde die reaktive Ebene des Manipulators implementiert und die benötigten
Verhalten realisiert. Die implementierten Verhalten verwenden Kameraaufnahmen, um den Manipulator
zum Ziel zu führen, das Objekt im Sichtfeld der Manipulatorkamera zu halten oder den Greifer
bzw. die Manipulatorsegmente vor Kollisionen zu bewahren. Weiterhin ist ein Pfadplanungsverhalten
realisiert worden, um die reaktiven Verhalten zu unterstützen und Situationen mit lokalen Minima
auflösen zu helfen. Zum Training und zur Evaluierung der Verhalten kommen die virtuelle Umgebung
und die beiden Teach-In Verfahren, die in Kapitel 3 schon beschrieben wurden, zum Einsatz.
Der allgemeine Verlauf einer in dieser Arbeit implementierten Fertigkeit ist in Abbildung 4.1 zu
sehen. Die Bildvorverarbeitung umfasst den Abgleich der Aufnahmen der realen mit den entsprechenden
virtuellen Kameras. In der Merkmalsextraktion werden zuerst die verschiedenen Objekte
anhand ihrer Farbe im Bild detektiert und als Zielobjekt oder Hindernisse klassifiziert. Danach werden
Merkmale extrahiert, die die Position und Form der Objekte im Bild bzw. im Raum beschreiben,
und als Eingaben für die Steuerungskomponente eingesetzt. Diese berechnet die nächste Bewegung
des Roboterarmes in Form eines Pfades 1 .
Ein Pfad (Path) besteht aus einer Sequenz von kartesischen Greiferpositionen bzw. von Gelenkstellungen,
auch als Stützstellen bekannt, die der Roboter nacheinander abfahren muss, um zum Ziel zu
kommen. Der Pfad ist somit eine rein geometrische Beschreibung einer Bewegung. Eine Trajektorie
1 Alternativ kann man die Bewegung des Manipulators mit einem Geschwindigkeitsvektor beschreiben. Dies erfordert
jedoch eine sehr schnelle Ausführungsfrequenz für jedes Verhalten, die, wenn man alle Software-Komponenten des mobilen
Manipulators berücksichtigt, nicht garantiert werden kann. Deswegen empfiehlt sich, dass Verhalten Pfade mit der
erwünschten Bewegungsform ausgeben. Diese kann der Roboterarm ausführen, bis neue Daten von der reaktiven Ebene
vorliegen.
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