Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Wissenschaftlicher Artikel (42)
- Preprint (16)
- Teil eines Buches (Kapitel) (1)
- Dissertation (1)
- Masterarbeit (1)
- Bericht (1)
-
A Hybrid Force Following Controller For Multi-Scale Motions
(2003)
- In many robotic applications, the teaching of points in space is necessary to register the robot coordinate system with the one of the application. Robot-human interaction is awkward and dangerous for the human because of the possibly large size and power of the robot, so robot movements must be predictable and natural. We present a novel hybrid control algorithm which provides the needed precision in small scale movements while allowing for fast and intuitive large scale translations.
-
Robotergestütztes Fräsen an der lateralen Schädelbasis: Kraft-basierte lokale Navigation bei der Implantatbettanlage
(2002)
- Die Domäne der Operationsroboter liegt heute in Fräsarbeiten an knöchernen Strukturen. Da Roboter über eine extreme Präzision verfügen und nicht ermüden bietet sich ihr Einsatz ins-besondere bei langwierigen und zugleich hochpräzisen Fräsvorgängen im Bereich der later-alen Schädelbasis an. Aus diesem Grunde wurde ein Verfahren entwickelt, welches aus einer geometrischen Beschreibung des Implantates eine geeignete Fräsbahn errechnet und eine kraftgeregelte Prozesskontrolle des Fräsvorganges implementiert. Mit einem 6*achsigen Knickarmroboter erfolgten die Untersuchungen primär an Tierpräparaten und zur Optimierung an Felsenbeinpräparaten.
-
Lastverteilung für feinkörnig parallelisiertes Branch-and-bound
(1995)
- Zur Planung und Steuerung von komplexen rechnerintegrierten Fertigungssystemen (CIM) ist die Abarbeitung vieler extrem aufwendiger Algorithmen notwendig. Aus dem Bereich der Fertigungssteuerung zählt die Generierung von Maschinenbelegungsplänen (scheduling) dazu. Zur Steigerung der Lösungsgeschwindigkeit bzw. zum Erreichen exakter Ergebnisse bietet sich der massive Einsatz von Rechenparallelität an. Mit Parallelrechnern ist durch die gleichzeitige Verwendung von vielen Prozessoren potentiell eine sehr große Leistungssteigerung zu erreichen. Dafür muß jedoch die vorhandene Parallelität effektiv genutzt werden. Die dazu erforderliche Verteilung der anstehenden Arbeit auf eine große Menge von Prozessoren heißt Lastverteilung und stellt den Kern dieser Arbeit dar. Als allgemeiner Algorithmus zur Lösung kombinatorischer Optimierungs-probleme wird das Branch-and-bound-Verfahren eingesetzt und auf fein-körnigen Parallelrechnerarchitekturen ausgeführt. Zur Lastverteilung werden folgende drei Ansätze verfolgt und untersucht: " Statische Lastverteilung: Es werden mehrere Methoden zur Initialisierung der Prozessoren, welche vor dem eigentlichen Optimierungsalgorithmus ausgeführt werden, analysiert. Es zeigt sich, daß sich die statische Last-verteilung überproportional stark auf die Laufzeit des nachfolgenden Branch-and-bound-Algorithmus auswirkt. Es ist daher wichtig, der bisher unterschätzten statischen Lastverteilung für die parallele Baumsuche mit realen Problemstellungen, besondere Aufmerksamkeit zu schenken. " Dynamische Lastverteilung: Es wird ein vereinfachtes, gut skalierbares Flüssigkeitsmodell als erste synchrone lokale Lastverteilung entwickelt, welche besonders für Parallelrechner mit kurzer Verzögerungszeit beim Aufbau von Kommunikationsverbindungen effizient ist. Die Methode wird mit dem bekannten, aus dem Asynchronen übertragenen, Mittelungs-Ansatz verglichen. Zum analytischen Vergleich wird als ein realistischeres Aufwandsmaß die Kommunikationsmenge statt der üblichen Anzahl von Kommunikationsschritte verwendet. Der in der Prozessoranzahl bisher benötigte quadratische Zeitaufwand wird durch das Flüssigkeitsmodell auf einen linearen Aufwand reduziert, wobei das Flüssigkeitsmodell auch bzgl. der konstanten Zeitfaktoren signifikant effizienter ist. " Implizite Lastverteilung: Zur Vermeidung von Wartezeiten der unbe-teiligten Prozessoren während der Lastverteilung wird der Lastverteilungs-prozeß mit dem Branch-and-bound-Prozeß verschmolzen. Das neuartige Konzept der k-Expansion unterstützt eine automatische Lastverteilung und approximiert eine globale Suchstrategie. Zur Validierung der Ergebnisse werden Simulationen und Experimente mit einem Satz von Benchmark-Problemen durchgeführt. Der zugrunde liegende SIMD-Rechner ist eine MasPar MP-1 mit 16.384 Prozessoren in einem 2- dimensionalen Torus. Als exemplarische, NP-harte Anwendungsdomäne werden statische, non-operationale Planungsprobleme betrachtet.
-
Development of the First Force-Controlled Robot for Otoneurosurgery
(2003)
- Objective: In some surgical specialties, e.g. orthopedics, robots are already used in the operating room for bony milling work. Oto- and otoneurosurgery may also greatly benefit by robotic enhanced precision. Study Design: Experimental study on robotic milling on oak wood and human temporal bone specimen. Methods: A standard industrial robot with a 6 degrees-of-freedom serial kinematics was used with force feedback to proportionally control the robot speed. Different milling modes and characteristic path parameters were evaluated to generate milling paths based on CAD geometry data of a cochlear implant and an implantable hearing system. Results: The best suited strategy proofed to be the spiral horizontal milling mode with the burr held perpendicularly to the temporal bone surface. In order to avoid high grooves, the distance in between paths should equal half the radius of the cutting burr head. Due to the vibration of the robot’s own motors, a rather high oscillation of the standard deviation of forces was encountered. This oscillation dropped drastically to nearly 0 N, when the burr head reached contact with the dura mater due to its damping characteristics. The cutting burr could be moved a long time on the dura without damaging it, because of its rather blunt head. The robot moved the burr very smoothly according to the encountered resistances. Conclusion: This is the first development of an functioning robotic milling procedure for otoneurosurgery with force-based speed control. It is planned to implement ultrasound-based local navigation and to perform robotic mastoidectomy.
-
Computer- und Roboter-Assistierte Chirurgie zum Kraft-Rückgekoppelten Fräsen eines knöchernen Implantatlagers an der Lateralen Schädelbasis
(2002)
- Es handelt sich um den Aufbau des ersten Roboter-gestützten Systems zum Fräsen an der lateralen Schädelbasis. Durch Rückkopplung der Sensordaten lässt sich ein menschähnliches Fräsen nachahmen. Mehr noch: Es besteht die Möglichkeit der automatisierten Detektion der Dura mater durch Analyse der Standardabweichung der Kräfte, da die Dura mater dämpfend auf den Fräser wirkt. Mit dem Roboter ist es möglich, ein exaktes Implantatbett im Bereich der lateralen Schädelbasis auszufräsen.
-
SIMERO: Sichere Mensch-Roboter-Koexistenz
(2003)
- Den in der industriellen Produktion eingesetzten Manipulatoren fehlt in der Regel die Möglichkeit, ihre Umwelt wahrzunehmen. Damit Mensch und Roboter in einem gemeinsamen Arbeitsraum arbeiten können, wird im SIMERO-System die Transferbewegung des Roboters durch Kameras abgesichert. Dieses Kamerasystem wird auf Ausfall überprüft. Dabei werden Fehler in der Bildübertragung und Positionierungsfehler der Kameras betrachtet.
-
Sicherheitsstrategien für die Mensch-Roboter-Kooperation - Das SIMERO-System
(2002)
- Zur Zeit haben Industrieroboter nur eine sehr begrenzte Wahrnehmung ihrer Umwelt. Wenn sich Menschen im Arbeitsraum des Roboters aufhalten sind sie daher gefährdet. Durch eine Einteilung der möglichen Roboterbewegung in verschiedene Klassen kann gezeigt werden, dass die für einen Menschen im Arbeitsraum gefährlichste Bewegung die freie Transferbewegung ist. Daher besteht die betrachtete Aufgabe darin, diese Transferbewegung eines Manipulators durchzuführen, ohne mit dynamischen Hindernissen, wie zum Beispiel Menschen, zu kollidieren. Das SIMERO-System gliedert sich in die vier Hauptkomponenten Bildverarbeitung, Robotermodellierung, Kollisionserkennung und Bahnplanung. Diese Komponenten werden im einzelnen vorgestellt. Die Leistungsfähigkeit des Systems und die weiteren Verbesserungen werden an einem Versuch exemplarisch gezeigt.
-
Handhabung deformierbarer linearer Objekte: Programmierung mit verschiedenen Manipulation-Skills
(2002)
- Diese Arbeit beschreibt verschiedene Bewegungsprimitive zur Lösung einiger häufig auftre-tender Probleme bei der Handhabung von deformierbaren linearen Objekten. Anhand der beispielhaften Montage einer Feder wird die Nützlichkeit der verschiedenen Manipulation-Skills im einzelnen, aber auch deren Kombination dargestellt.
-
On-line Kollisionserkennung mit hierarchisch modellierten Hindernissen für ein Mehrarm-Robotersystem
(1991)
- 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.
-
Flächendeckende Bahnplanung in vollständig, teilweise oder nicht bekannten Umgebungen
(1998)
- Es wird die Aufgabe der vollständigen räumlichen Abdeckung von Regionen in durch mobile Roboter betrachtet. Da-bei können die Regionen in vollständig, teilweise oder nicht bekannten Umgebungen liegen. Zur Lösung wird ein Verfahren aus der Computer-grafik zum Füllen von Bildregionen zugrunde gelegt. Das Verfahren hat eine lokale Sichtweise und läßt somit den Einsatz von Sensordaten und das Auftreten von unvorhergesehenen Hindernissen zu. Die Regionen können durch Karten off-line vorgegeben sein oder durch Sensordaten on-line aufgebaut werden. Dennoch ist eine vollständige und genau einma-lige Flächenbearbeitung garantiert. Dies wird an Beispielen in einer graphischen Visualisierung der Realzeit-Steuerung des Roboters validiert.
