Kognitive Robotik

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<hiddenlogin linktext="Passwort für Vorlesungsunterlagen">User: nistudss08 Pwd: n!-SS08</hiddenlogin>

Zusammenfassung

  • In der Robotik gibt es zur Zeit drei wesentliche Paradigmen
    • hierarchisches Paradigma (Sens -> Plan -> Act)
    • reaktives Paradigma (Sens -> Act )
    • hybrid deliberativ /reaktiv
         Plan
           ↑
           ↓
   Sens ←----→ Act

Aktuatorik

  • Antrieb
    • Differential Dirve
    • Synchron Drive
    • Tricycle Drive
  • Manipulatoren
    • Greifer
    • Mehrgelenkarme
  • Artikulation
    • Display
    • Gesicht &Sprache

Differential Drive

  • einfache mechanische Konstruktion
  • keine Trennung zwischen Antrieb und Lenkung
  • Odometrie einfach zu berechnen aber recht ungenau
  • Empfindlich gegenüber Unebenheiten im Boden
  • Drehung auf der Stelle möglich
  o   O   o
      |
      |
  o   O   o ← Catorräder
      ↑
    Antriebsränder


Tricycle Drive

  • einfache mechanische Konstruktion
  • im einfachen Fall wird nur ein Rad angetrieben und gelenkt
  • keine Drehung auf der Stelle möglich (Schleppkurve muss berücksichtigt werden)
  • immer stabiler Bodenkontakt

      O ← angetriebenes lenkbares Rad
      |
  O ----- O ← Passivräder

Synchro Drive

  • mechanische Konstruktion aufwändiger
  • Drehung auf der Stelle sowie Bewegung in beliebige Richtung ohne Drehung der Antriebsplatform möglich
  • stabiler Bodenkontakt weitestgehend gegeben
  • gute odometrische Eigenschaften da alle Räder stets die gleiche Rotationsrichtung aufweisen (minimiert Schlupf)

   O ---- O ← drehbare Antriebsränder
   |      |
   |      |
   O ---- O


Artikulation

  • führen von Dialogen mit Personen
  • übermitteln von Statusinformationen
  • kritische oder mehrdeutige Situtationen auflösen
  • Siehe MMK

Sensorik

  • interne
    • Kreisel
    • Inkrementalgeber
    • Gyroskop
  • externe
    • berührungslose
      • akustische
        • Ultraschall
        • Mikrofone
      • optische
        • Laserscanner
        • Kammeras
      • sonstige
        • GRPS
        • Radar
    • taktile
      • Bumper
      • Kontaktleisten
  • Sensorelemente
    • emittierendes Element
      • Umwandlung eines Elektrischen Signals in ein zur Erfassung der Messgröße benötigtes nicht elektrisches Signal
    • sensitives Element
      • Umwandlung von einem nicht elektrischen Messsignal in ein elektrisches Signal
    • Duplexelement
      • Ein Element welches als emittierendes oder sensitives Element arbeitet
  • Sensor
    • aktiv
      • besteht aus mindestens einem sensitiven und einem emittierenden Element oder einem Duplexelement sowie einer Einrichtung zur Signalanpassung
    • passiv
      • besteht aus mindesten einem sensitiven Element und einer Signalanpassungeinrichtung

Ultraschallsensoren

  • aktiver Sensor
  • Messen der Laufzeit von Schallwellen zur Bestimmung von Entfernungen (TOF - Sensor (Time of Flight Sensor))
  • sehr Preiswert
  • Messbare Entfernung 100mm - 5 m
  • Auflösung 3 cm
  • Grundprinzip:

Empfänger         \          ___
 /|       \        \       /     \
| |   )    |        |     |       | Hindernis
 \|       /         |      \ ___ /
Sender             /
   |              /       |
   |←--------------------→|
      gemessene Entfernung
  • Schalldruck nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab
  • abhängig von Matrialeigenschaften
    • keine Absorption → Totalreflexion (metallische Oberflächen)
    • totale Absorption → keine Reflexion (Stoffe, Dämmwolle)
    • Oberflächenkrümmung bestimmt Richtung der Reflexion → Scheinobjekte durch Spiegelung

Lasersensor

  • Misst Laufzeit von Lichtwellen => TOF- Sensor
  • Lasersensoren verhältnismäßig teuer
  • Messbare Entfernung 100mm - 100 m
  • Auflösung: 1 cm
  • 2D als auch 3D (noch teuerer als 2D und noch nicht sehr verbreitet) Erfassung der Umwelt möglich
  • Nur Spiegle und Glasscheiben sind Problematische Materialien

Kammerasysteme

  • monokulare System
  • Stereokammerasysteme
  • monokulare omnidirektionale Systeme
  • liefern mit Abstand reichhaltigste informationen
  • erfordern sehr hohen Berechnungsaufwand
  • Stereokameras vor allem für Entfernungsinformationen
    • geht auch monokular bei Bewegung des Roboters
  • Omnidirektionale Systeme zur Erfassung der gesamten Umgebung
    • Momentan noch recht geringe Auflösung
  • Siehe Robotvision

Navigation

  • Problemstellung
    • Wo befindet sich der Roboter
    • Wo befinden sich andere Objekte oder Orte in Relation zum Roboter
    • Wie kommt der Roboter von der aktuellen Postition zu anderen Orten
    • Vermeidung von Kollisionen mit Hindernissen