Department of Computer Science Technische Universitaet Muenchen
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Zu vergebende Diplom- / Masterarbeit

Thema:

Ein integrierter Ansatz zu inverser Kinematik und Pfadplanung für redundante Manipulatoren

Bearbeiter: Christian Potthast
Betreuung: Andreas Fedrizzi
Themensteller: Prof. Michael Beetz, PhD

Beschreibung

Robotermanipulatoren sind technische Systeme, die oft in industriellen Produktionsstrassen zur automatischen Fertigung von Gütern, wie zum Beispiel Autos, benutzt werden. Meistens sind Robotermanipulatoren als Kette mehrerer, hintereinandergeschalteter Rotationsgelenke realisiert. Dabei bezeichnet man ein Gelenk auch als "Freiheitsgrad", da man den Winkel den das Gelenk einnimmt in der Regel frei variieren kann. Der gewünschte Winkel wird anschliessend mit Hilfe von Elektromotoren angesteuert. Bei 6 Gelenken, spricht man von einem Robotermanipulator mit 6 Freiheitsgraden.

Bei der Bedienung von Robotermanipulatoren stellt sich häufig das Problem, dass eine Position im Raum bekannt ist, die mit dem Greifer des Manipulators angefahren werden soll. Nicht bekannt ist jedoch, welche Winkel die einzelnen Gelenke einnehmen müssen, damit der Greifer an der geforderten Position anhält. Die Aufgabenstellung, zu einer gewünschten kartesischen Position im Raum die notwendigen Gelenkswinkel zu berechnen, nennt man Inverse Kinematik (IK).

Meistens existieren zu einem IK-Problem sogar mehrere Lösungen. Aus dieser Menge korrekter Lösungen diejenige auszusuchen, bei der sich die Gelenke des Manipulators möglichst wenig bewegen müssen ist nicht trivial. Ein anderer Aspekt der bei der Auswahl einer geeigneten Lösung berücksichtigt werden sollte ist, dass der Manipulator mit den Gelenkstellungen der einen Lösung eventuell mit der Umwelt kollidiert, die Gelenkstellungen der anderen Lösung jedoch Hindernisse in der Umwelt vermeiden. Im Rahmen einer Diplom- oder Masterarbeit soll das im Paper An Integrated Approach to Inverse Kinematics and Path Planning for Redundant Manipulators von Dominik Bertram vorgestellte Verfahren zur Lösung von IK-Queries mit Hilfe eines RRT-Pfadplaners implementiert werden. Der Roboter, für den die IK-Queries gelöst werden sollen ist ein Powercube-Manipulator mit 6 Freiheitsgraden, so wie er in unserer Gazebo-Simulationsumgebung eingesetzt wird (siehe Bild). Studenten, die sich mit diesem spannenden Thema im Rahmen einer Diplom- oder Masterarbeit auseinandersetzen wollen, können mir mailen oder direkt im Büro 02.09.039 vorbeikommen.

Powercube-Manipulator an unserem mobilen B21 Roboter, der gerade eine IK-Query gelöst hat um eine Platte in einen Behälter zu werfen.

Aufgabenstellung

  1. Es soll eine IK-Query für einen Manipulator mit 6 Freiheitsgraden gelöst werden.
  2. Die gefundene Zielkonfiguration soll von der Startkonfiguration aus erreichbar ist.
  3. Die gefundene Zielkonfiguration soll die Summe aller Gelenkbewegungen so niedrig wie möglich halten.

Software

  • Roboop für die Lösung von Abfragen zur Vorwärtskinematik und inversen Kinematik
  • PQP für Kollisions-Berechnungen

Erforderliche Fähigkeiten

  • Motivation und die Fähigkeit, sich in neue Bereiche einzuarbeiten
  • Kenntnisse in C++
  • Grundkenntnisse im Robotersimulationsframework Player/Gazebo

Computer Science IX | Technische Universität München