Gegenwärtig werden im Bereich der Robotik starke Anstrengungen unternommen, um eine neue Generation von sog. humanoiden Robotern zu entwickeln, die in der Lage sind, anspruchsvolle Aufgabenstellungen im häuslichen Umfeld weitgehend autonom sowie auch interaktiv mit dem Menschen zu erfüllen. Um den höheren Anforderungen hinsichtlich Flexibilität und Autonomie in einer weitgehend unstrukturierten Umgebung mit ständig ändernden Umwelteinflüssen und Aufgabenstellungen gerecht werden zu können, benötigt der Roboter menschenähnliche Fähigkeiten.
Diese werden einerseits durch bildgebende, kraftmessende und akustische Sensoren erreicht, mit deren Hilfe er intelligent mit seiner komplexen Umwelt interagieren kann. Andererseits muss der zweibeinige Roboter stabil und kollisionsfrei laufen können. Zudem ist eine strukturvariable Steuerungs- und Regelungsarchitektur erforderlich, die erheblich flexibler hinsichtlich wechselnder Aufgabenstellungen ist als bei marktüblichen Industrierobotern.
Im 12. Informationstechnischen Kolloquium werden in drei Vorträgen zu verschiedenen Teilproblemen der Überwachung und Regelung humanoider Roboter neueste Forschungsergebnisse vorgestellt und diskutiert.
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer
Institutsleitung
Fraunhofer IITB Dr.-Ing. Helge-Björn Kuntze
Abteilungsleitung
Mess-, Regelungs- und Diagnosesysteme
Fraunhofer IITB
Programm
Donnerstag, 16. Dezember 2008,
15:00 im MAX-SYRBE-SAAL des IITB
15:00 Begrüßung
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer
Fraunhofer IITB
15:15 "Ein Konzept zur Regelung der Dynamik von Laufrobotern mit Hilfe der hybriden Nulldynamik"
Prof. Dr. Johann Reger
Technische Universität Ilmenau
15:50 "Hardwarekonzepte und Regelungsstrategien für eine sichere Mensch-Roboter-Interaktion"
Dr.-Ing. Alin Albu-Schäffer
DLR Oberpfaffenhofen
16:25 "Visuell geregeltes Greifen mit Hilfe einer intelligenten Hand"
Dott.Ing. Giulio Milighetti
Fraunhofer IITB
17:00 Gedankenaustausch bei Wein und Brezeln im Foyer
"Ein Konzept zur Regelung der Dynamik von Laufrobotern mit Hilfe der hybriden Nulldynamik"
von Prof. Dr. Reger: Die Geh- bzw. Laufbewegung zweibeiniger humanoider Laufrobotor kann als asymptotische Konvergenzbewegung zu einem stabilen Grenzzyklus eines nichtlinearen mechanischen Systems mit Impulseffekten aufgefasst werden. Zur Beschreibung und Regelung solcher Systeme mit Unteraktuierung und schneller Aktordynamik ist von Grizzle et al. das Konzept der hybriden Nulldynamik eingeführt worden. Mit Hilfe dieses Ansatzes gelingt einerseits der gestrenge Stabilitätsbeweis, anderseits aber auch die praktische Demonstration der robusten Stabilisierung einer schnellen Geh- und Laufbewegung von kurzbeinigen Laufrobotern. Im Vortrag sollen die Besonderheiten des Konzepts, insbesondere bei der Modellierung, Stabilitätsanalyse sowie Regelung, verdeutlicht und Möglichkeiten zu dessen Erweiterung aufgezeigt werden.
"Hardwarekonzepte und Regelungsstrategien für eine sichere Mensch-Roboterinteraktion"
von Dr.-Ing. Albu-Schäffer: Um mit unbekannten Umgebungen und mit Menschen sicher und geschickt zu interagieren, enthalten die DLR-Leichtbauroboter spezielle Merkmale, die sie von klassischen positionsgeregelten Robotern deutlich unterscheiden. Dazu zählen ein Last- / Eigengewichtsverhältnis von 1:1, abtriebseitige Drehmomentmessung in allen Achsen, aktive Schwingungsdämpfung, eine sensitive Kollisionserkennung mit entsprechenden Reaktionsstrategien sowie einstellbare geregelte Nachgiebigkeit in den Gelenken und auf kartesischer Ebene. Der Vortrag gibt eine Übersicht zu den Hardware-Entwicklungen, ausgehend von drehmomentgeregelten Robotern (Arme, Hände, humanoide Roboter) bis hin zu Robotern mit einstellbarer mechanischer Steifigkeit, sowie zu den dazugehörenden Regelungskonzepten und Anwendungen.
"Visuell geregeltes Greifen mit Hilfe einer intelligenten Hand"
von Dott. Ing. Milighetti: Ein humanoider Roboter muss in der Lage sein, seine Aufgabe durch eine ständige multisensorielle Wahrnehmung der Umgebung zu überwachen. Besonders wichtig während eines Greifvorganges ist z. B. die visuelle Beobachtung der Szene, um sowohl eine kollisionsfreie Annährung als auch eine optimale Positionierung der Hand sicherzustellen. Um diese Voraussetzungen vollständig zu erfüllen, wird die Stereokamera des Roboterkopfes (Augen) durch eine in die Hand integrierte Miniaturkamera ergänzt. Auf Basis eines diskret-kontinuierlichen Regelungskonzeptes kann der Roboter den Umweltzustand online bewerten und die zwei optischen Sensoren situationsabhängig kombinieren. Hierdurch kann er komplexe Greifaufgaben auch im Fall von Sichtverdeckungen oder wechselnden Randbedingungen intelligent lösen.
