Alltagstaugliche Funktionen und Komponenten

Mobile Manipulation

Zielsetzung

Mobilität und Manipulation beschreiben zwei in der Vergangenheit fast unabhängig voneinander gewachsene Themenfelder der Robotik. Die klassische Industrierobotik konzentriert sich auf das Steuern und Regeln von bis zu 6-achsigen Robotern im dreidimensionalen Raum. Bei der Handhabung bzw. der Manipulation spielen Fragen der zu bewegenden Lasten, der Präzision der Bewegung, der Wiederholgenauigkeit, der ausführbaren Geschwindigkeit sowie der Sicherheit eine herausragende Rolle. Bei mobilen Plattformen stehen die Lokalisation und Navigation im Vordergrund. Die Anforderungen an die Präzision der Bewegung sind hierbei um Größenordnungen niedriger als bei Roboterarmen. Für innovative Serviceroboter mit z. B. zwei redundanten Armen, zwei mehrfingrigen Händen, Korpus, Kopf und mobiler Plattform müssen diese Konzepte zusammengeführt werden. Dabei steigt die Komplexität eines solchen Systems durch die typischerweise anzutreffende Verschiedenartigkeit der zu steuernden und regelnden Antriebe von Plattform und Arm erheblich. Auch für die Manipulationsanwendungen stellt die Notwendigkeit, ausschließlich auf autonom erfassten Sensorinformationen aufsetzen zu müssen, eine große Herausforderung dar. Ziel ist es, die unterschiedlichen Entwicklungsrichtungen und Anforderungen so zusammenzuführen, dass sie eine robuste, mobile Manipulation erlauben.
Ansatz Bei mobilen Manipulationsaufgaben gibt es eine sehr direkte Abhängigkeit zwischen den zu greifenden Objekten, den Händen, den Armen und der Plattform. Die Steuerung und Regelung der auch teilweise lose gekoppelten Systeme muss eng aufeinander abgestimmt werden. Zur Erreichung der Ziele werden folgende drei aufeinander bezogene und abgestimmte Arbeiten durchgeführt:
  • Die Manipulation beschäftigt sich mit der Handhabung bzw. dem kunstgerechten Umgang mit Objekten. Dazu werden in diesem Projekt Verfahren entwickelt, die das sichere und adaptive Greifen bekannter Alltagsobjekte mit mehrfingrigen künstlichen Händen erlauben.
  • Komplexe Serviceroboter benötigen eine flexible Steuerung und Regelung, um die unterschiedlichsten mechatronischen Komponenten betreiben zu können. Dazu wird eine Steuerung entwickelt und auf unterschiedlichen Abstraktionsniveaus mit geeigneten Schnittstellen ausgestattet.
  • Hochgradig redundante, teilweise lose gekoppelte Systeme werden zuverlässig und sicher koordiniert, so dass sie nicht gegenseitig miteinander oder der Umwelt kollidieren. Bei mobilen Manipulationsaufgaben gilt es, die mobile Plattform, ein oder zwei Arme und entsprechend ein oder zwei Hände so zu koordinieren, dass sie kooperativ eine gemeinsame Aufgabe wie z. B. das Tür-Öffnen lösen.
Geplante Ergebnisse
  • Sicheres und adaptives Greifen und Manipulieren von Alltagsgegenständen
  • Robuste, kollisionsfreie Regelung und Steuerung für hochkomplexe Kinematiken