folien

Report
Entwicklung einer kombinierten
inversen Kinematik für einen Roboterarm
und seine mobile Plattform
Ringvorlesung Seminar
Christoph Schmiedecke
Studiendepartment Informatik
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
6. Januar 2011
Inhaltsverzeichnis
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Rückblick
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1
Anwendung 1
Projekt 1
Anwendung 2
Projekt 2
Stand der Dinge nach Projekt 2
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Masterarbeit
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Zusammenfassung
Anwendung 1
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Thema: Entwicklung einer allgemeinen inversen Kinematik
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Ziel: Grundlegende Kenntnisse zu Robotern und ihrer Steuerung
erwerben und verstehen
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2
Bewegungsapparat und Bewegungsablauf
Koordinatensysteme
Denavit-Hartenberg-Notation
Vorwärts- und Rückwärtskinematik
Mögliche kinematik-spezifische-Problemstellungen
Fragestellung: Wie lässt sich eine anwenderfreundliche
Robotersteuerung für (variable) Roboter entwickeln
Projekt 1
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Thema: Erste Schritte zur Entwicklung einer allgemeinen
dynamischen inversen Kinematik
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Ziel: Beispielhafte Entwicklung einer inversen Kinematik anhand
eines 2DOF-Gelenkarmroboters (zweidimensional => einfach)
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3
Verstehen und anwenden der mathematischen Zusammenhänge
Manuelle Durchführung sämtlicher Einzelschritte
Entwicklung einer ersten inversen Kinematik
Steuerung über einzugebende Koordinaten möglich
Zusammenfassung: Die Grundlage für weitere Überlegungen und
Tests wurde geschaffen
Anwendung 2
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Thema: Differenzierung von Robotern in Industrie und Service
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Ziel: Erkennen von Problemen bei der Steuerung von Robotern in
verschiedenen Aufgabenbreichen
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Einblick in typische Aufgabenbereiche
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Herausforderungen und Problemstellungen
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4
Pick and Place
Bin-Picking
Statische / Dynamische Umgebung
Objekterkennung
Positionsbestimmung
Wegplanung
Zusammenfassung: Neben Problemen der Kinematik wurden
Problemstellungen für den Umgang mit Robotern erfasst und
Lösungsvorschläge aufgezeigt
Projekt 2
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Thema: Erweiterung der 2DOF-Roboterarms aus Projekt 1 um
Schubgelenke

Ziel: Wie ändert sich die inverse Kinematik, wenn die Bewegung der
mobilen Plattform integriert wird?
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5
Mathematische Realisierung
Funktionsweise und Handhabbarkeit
Auftretende Probleme
Erkenntnisse: Thema für Masterarbeit bzw. nötige Einschränkungen
erkennen oder Ziele ändern
Stand der Dinge nach Projekt 2
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Was liegt vor?
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Was muss noch beachtet werden?
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6
Informationen zur Entwicklung einer inversen Kinematik
Problemstellungen bei der Entwicklung einer inversen Kinematik
Prototyp einer inversen Kinematik (ohne Einschränkungen)
Problemstellungen die über die reine Armbewegung hinausgehen
Prototyp einer kombinierten (Arm + mobile Plattform) inversen
Kinematik
Einschränkung der Bewegung
Optimierung der Bewegung über eigene Trajektorienplanung
Hinderniserkennung
Dynamisches Verhalten
Kombination mit Sensoren
Inhaltsverzeichnis
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Rückblick
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Masterarbeit
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7
Idee
Problemstellungen
Herausforderungen
Erweiterungen
Zusammenfassung
Masterarbeit – Idee
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Thema: Entwicklung einer kombinierten inversen Kinematik für
einen Roboterarm und seine mobile Plattform
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Idee: Eine Kinematik für Alles
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8
Keine traditionelle Trennung zwischen der Bewegung des Arms und der
Bewegung der mobilen Plattform
Für beliebige Roboter verwendbar
Keine physikalischen Begrenzungen
=> Kann mehr als die Realität
Sehr flexible Bewegungen möglich
Basis bildet der vorhandene Scitos G5
Masterarbeit – Problemstellungen 1 / 3
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Einschränkungen müssen beachtet und integriert werden
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9
Roboterbewegung (Armbewegung, Bewegung im Raum)
Bewegungsmöglichkeiten der mobilen Plattform
Fahrverhalten (Armverhalten während der Fahrt)
Zeitliche Bewegung des Roboters (z.B. Gelenkgeschwindigkeiten)
Aufbau des Scitos G5 (2 redundante Drehachsen)
Mathematische Probleme (Singularität, Mehrdeutige Lösungen, keine
Lösungen, …)
Masterarbeit – Problemstellungen 2 / 3
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Einschränkungen bei der Roboterbewegung
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In den Gelenken des Roboters (Gelenkbeschränkungen)
 Durch den Aufbau des Roboters (roboterfeste Beschränkungen)
 Bei der Bewegung im Raum (äußere Hindernisse)
10
Masterarbeit – Problemstellungen 3 / 3
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Einschränkungen der mobilen Plattform
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Zwei Antriebsräder, ein feststehendes Rad
 Keine Rotation auf der Stelle
 Nur Kurvenbewegungen möglich
11
Masterarbeit – Herausforderungen 1 / 2
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Einschränkung der Mathematik
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Einschränkung bei Bewegung und Anfahrt
 Einschränkung je nach Robotertyp / Robotermöglichkeiten
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Trajektorienplanung
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Armbewegung möglich?
 Plattformbewegung möglich?
 Hindernisse im Raum?
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Objektanfahrt
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Testen verschiedener Szenarien
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12
Wie wird das Objekt am besten angefahren
Keine Einschränkungen, Gelenkeinschränkungen, Hindernisse, …
Masterarbeit – Herausforderungen 2 / 2
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Performance
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Geschwindigkeit der Berechnung in Echtzeit
 Geschwindigkeit der Trajektorienplanung
 Anpassungsaufwand für neue Robotertypen
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Implementierung
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Vorerst Matlab
 Andere Systeme
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Praxistauglichkeit
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Anwendung auf echten Roboter
Masterarbeit – Erweiterungen
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Verwendung von Sensoren
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Robotereigene Sensoren: Sonar, Laser, …
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Externe Sensoren: Kameras oder Raumsystem
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Objektauffindung / -verfolgung
Hinderniserkennung
Zielkoordinaten bestimmen
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Anwendung auf verschiedene Robotertypen
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Verwendung verschiedener Endeffektoren
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14
Hinderniserkennung
Distanzbestimmung
Auswirkungen bei der Verwendung verschiedener Endeffektoren
Inhaltsverzeichnis
15

Rückblick
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Masterarbeit
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Zusammenfassung
Zusammenfassung
16

Kombination von Armbewegung und Roboterfahrt in einem
Verfahren
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Herausforderung liegt in der Einschränkung der Berechung während
der verschiedenen Bewegungsphasen und in der speziellen
Trajektorienplanung
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Entscheidung für weiteres Vorgehen nach Projekt 2 und einer
möglichen Testphase vor der Masterarbeit
Quellen
Bilderquellen
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(S. 2) Katana: http://www.neuronics.com/
(S. 4) Care-O-Bot: http://www.care-o-bot.de/
(S. 4) Bin-Picking Robot: http://www.ahautomation.se/images/ah_automation_bin-picking__plockni_109.jpg
(S. 8) Scitos G5: http://www.metralabs.com

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