On-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem

  • Dieses Kapitel gliedert sich in drei Teile. Zuerst wird die Vorgehensweise in dieser Diplomarbeit zusammengefaßt. Dann folgen die gewonnenen Schlußfolgerungen mit einer Bewertung der verglichenen Ansätze. Der letzte Teil ist ein Ausblick auf die möglichen Anwendungen der Ergebnisse dieser Arbeit. Methodik Bei der Aufgabe, eine on-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem zu untersuchen, wurden folgende Schritte vorgenommen: " Klassifizierung der bisherigen Ansätze zur Beschleunigung der Kollisionserkennung mit einem Arm. Dabei wurde unterschieden zwischen dem Einsatz-Zeitpunkt und der Methode der Ansätze. " Modifikation des Weltmodells der Kollisionserkennung für den Einsatz von mehreren Roboterarmen. Kollisionsklassen wurden in einer formalen Darstellung eingeführt und ihre Eigenschaften betrachtet. " Untersuchung der Approximation von Objekten (z. B. Armsegmente und Hindernisse) durch Primitive. Dabei wurden Algorithmen zur Berechnung der Approximationen entworfen und implementiert. Unterschiedliche Strategien zur Abstandsberechnung mit Primitiven-Approximationen wurden entwickelt. " Untersuchung und Erweiterung der hierarchischen Modellierung für den Einsatz bei bewegten Objekten (wie z. B. Roboterarmen). Dazu wurden eine on-line Aktualisierung der Geometrie und eine Auswahl der optimalen Baumstruktur eingesetzt. " Implementierung der bisherigen und eigenen Beschleunigungs-Ansätze. Für die Durchführung von Experimenten wurden die Ansätze in ein Simulationssystem eingebunden und das Simulationssystem erweitert. " Vergleich und Bewertung der Beschleunigungs-Ansätze durch Messung von Laufzeiten und Qualität der resultierenden Abstandsvektoren. Untersuchung anderer einflußnehmender Parameter, wie z. B. der Sicherheitsabstand oder die Frequenz (Schrittweite) der Kollisionserkennung. Schlußfolgerungen Die Untersuchung der implementierten Ansätze zur on-line Kollisionserkennung erlaubt folgende Bewertung und Folgerungen: " Die on-line Kollisionserkennung mit Abstandsvektoren für mehrere Arme ist bei der Verwendung der entsprechenden Beschleunigungs-Ansätze möglich. Die Berechnungszeit pro Bewegungsschritt liegt im Bereich von wenigen Millisekunden. " Die eingeführte Unterteilung der Umwelt in Kollisionsklassen schafft einen einfachen Mechanismus zur Kollisionserkennung in Szenen mit mehreren bewegten Objekten. Die Kollisionsklassen ermöglichen eine systematische Kollisionserkennung für ein Mehrarm-Robotersystem. " Der Vergleich der Primitiven-Approximationen zeigt, daß der ausschließliche Einsatz der Bounding-Box als Primitiv zu besseren Ergebnissen führt als der Einsatz von mehreren Primitiven wie z. B. in [Adolphs]. Die Verbesserungen betreffen den Aufwand der Abstandsberechnung und die Qualität des Abstandsvektors. " Schon bei wenigen Objekten empfiehlt sich eine hierarchische Darstellung zur Beschleunigung der Kollisionserkennung, da sie zu sehr schnellen Abstandsberechnungen führt. Vor allem bei Szenen mit vielen Objekten ist eine hierarchische Darstellung unverzichtbar. " Durch das neue Konzept der dynamischen Hierarchien ist eine hierarchische Modellierung auch für bewegte Objekte möglich. Die dynamischen Hierarchien garantieren eine optimale Darstellung und ermöglichen eine relativ genaue Modellierung des Roboterarms. Bei der Kollisionserkennung für mehrere Roboterarme ist durch den Einsatz von dynamischen Hierarchien ein Beschleunigungsfaktor von 100 gegenüber dem einfachen Verfahren erreicht worden. Damit ist eine on-line Anwendung möglich. Ausblick Aufbauend auf den hier erzielten Ergebnissen sind folgende Anwendungen denkbar: " Eine on-line Bahnplanung basierend auf den berechneten Abstandsvektoren ist möglich. Von Punkt zu Punkt geplante Bahnen können mit Hilfe der Abstandsvektoren modifiziert und Ausweichtrajektorien generiert werden. " Die Potential-Feld-Methode zur lokalen Bahnplanung kann aufgrund den on-line berechneten Abstandsvektoren angewendet werden. " Auch exakte Abstände können schnell berechnet werden. Diese Abstandsberechnung wird effizient durch die Kombination der dynamischen Hierarchien mit einer A*-Suche. " Die schnelle Abstandsberechnung kann auch für andere Gebiete eingesetzt werden. Beispiele dafür sind der Aufbau von Konfigurations-Räumen oder die Layout-Planung. " Bei zu handhabenden Objekten, wie z. B. Werkstücke, kann das Konzept der Kollisionsklassen einfach um einen dynamischen Wechsel erweitert werden. Dabei wechselt z. B. ein Werkstück, wenn es von dem Arm gegriffen wird, die Klasse.

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Metadaten
Author:Dominik Henrich
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-9833
Document Type:Master's Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:1991
Year of Publication:1991
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Tag:AG-RESY ; CODET
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Informatik
DDC-Cassification:004 Datenverarbeitung; Informatik
Collections:AG RESY

$Rev: 12793 $