Institut für
Robotik und Prozessinformatik

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Sensorgestützte Greifplanung

Projektbeschreibung

Am Institut wurde das Planungssystem Autograsp zur modellbasierten, automatisierten Planung von Greifoperationen bekannter Objekte im Arbeitsraum eines Roboters entwickelt. Im Gegensatz zu existierenden Greifplanungssystemen werden bei der Planung die erforderlichen Nebenbedingungen des Greifvorgangs berücksichtigt. Das vorgestellte Greifverfahren beruht auf einer effizienten Zweiteilung der Planung in eine Offline- und in eine Online-Phase.
Während der Offline-Phase erfolgt eine maximale Modelldatenaufbereitung der zu greifenden Objekte. Geometrische Filteroperationen, die eine Art Shape-Matching zwischen der Geometrie des eingesetzten Parallelbackengreifers und den zu greifenden Objekten durchführen, generieren Griffklassen eines Objektes. Die generierten Griffklassen werden unter Berücksichtigung diverser geometrischer Kriterien evaluiert, die aus den Ergebnissen der Modelldatenaufbereitung folgen. Für die Planung evtl. erforderlicher Umgreifoperationen werden ebenfalls im Rahmen der Modelldatenaufbereitung Plazierungsklassen sämtlicher Objekte der Modellwelt generiert und evaluiert. Zur Bewertung der Stabilität einer Plazierungsklasse wird eine anschaulich zu interpretierende Evaluierungsfunktion eingeführt.
Die folgende Abbildung zeigt z.B., dass die Reihenfolge der Greifoperationen die die Stabilität der Szene beeinflusst:

greifen1.gif


Die Ergebnisse der Modelldatenaufbereitung fließen in die Online-Phase der Planung von Greifoperationen ein. Zu diesem Zeitpunkt werden die szenenabhängigen Nebenbedingungen des Greifvorgangs berücksichtigt, die aus der Kinematik des verwendeten Roboters, der durchzuführenden Greifoperation und aus der Lage und Orientierung der zu greifenden Objekte im Roboterarbeitsraum folgen. Eine weitere, in bisherigen Greifplanungssystemen nicht berücksichtigte Nebenbedingung, bildet die Stabilität der zu manipulierenden Szene. Deshalb wurde ein allgemeingültiges Verfahren zur Analyse der Stabilität einer Konfiguration starrer Körper unter Berücksichtigung von Haftreibungskräften entwickelt. Kollisionsfreie Zugriffstrajektorien werden im xy-Konfigurationsraum des Greifers bestimmt. Das neuartige Konzept der Griffklassen verbunden mit repräsentativen Greiferorientierungen führen zu einer Reduktion des 6D-Bahnplanungsproblems auf ein 2D-Bahnplanungsproblem. Zur Analyse der Kollisionsfreiheit der Abrückbewegung des Greifers mit dem gegriffenen Objekt wird ein z-buffer-basiertes Verfahren vorgeschlagen, das im Vergleich zu Standardverfahren eine effizientere Analyse der Kollisionsfreiheit ermöglicht.
Werden für eine Greifoperation sowohl die Aufnahme- als auch die Ablagekonfiguration des zu greifenden Objektes spezifiziert, so wird darüber hinaus die Planung einer ggfs. erforderlichen Umgreifoperation berücksichtigt, wie es in der folgenden Abbildung beispielhaft erläutert wird:

greifen2b.gif


Im Gegensatz zu den bisher existierenden Systemen zur automatisierten Umgreifplanung wird eine Umgreifsequenz bestimmt, die neben der Anzahl der erforderlichen Umgreifoperationen auch weitere Kriterien, wie z.B. die Güte der verwendeten Griffe und der verwendeten stabilen Zwischenplazierungen eines Objektes berücksichtigt.

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