Zu vergebende Diplom- / Masterarbeit

Thema:	Erfassen von Manipulator-Arbeitsräumen - Repräsentation von Manipulator-Fähigkeiten
Bearbeiter:	Kammer
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. Wie ein Robotermanipulator aussieht kann man elegant mit den sogenannten Denavit-Hartenberg Parametern (DH-Parameter) spezifizieren. Für jedes Gelenk beschreiben 4 DH-Parameter, wie zwei Gelenke miteinander verbunden sind. 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.

In der Praxis tritt häufig die folgende Fragestellung auf: "Wenn ich ein Objekt an einer vorgegebenen Position greifen will, wo positioniere ich dann die Basis des Robotermanipulators, damit dieser das Objekt auch dann gut greifen kann, wenn es ein wenig verrutscht?". Oder etwas prägnanter formuliert: "Welche Bereiche lassen sich mit dem Robotermanipulator leicht erreichen?". Man versucht also Bereiche im Arbeitsraum des Robotermanipulators zu finden, in denen er kleine Positionsänderungen des zu greifenden Objekts durch kleine Winkeländerungen an wenigen Gelenken ausgleichen kann. Experten sprechen auch von der Vermeidung von Singularitäten.

Der Algorithmus, der in dieser Arbeit implementiert werden soll ist im Paper "Capturing Robot Workspace Structure: Representing Robot Capabilities" von Franzsika Zacharias beschrieben. Es wird im November diesen Jahres auf der IROS Konferenz veröffentlicht, spiegelt also den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet wieder. Die Arbeit entstand am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR).

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. Da das Paper noch nicht veröffentlicht ist, kann es leider noch nicht verlinkt werden. Bei mir ist das Paper jedoch in Papierform erhältlich.

2 Powercube-Manipulatoren an unserem mobilen B21 Roboter

Aufgabenstellung

1. Implementierung des Algorithmus zur Berechnung des Reachability Indexes für jede Reachability Sphere, wie im Paper beschrieben. Darüberhinaus soll das Ergebnis analog zum Paper visualisiert werden (vorzugsweise mit OpenGL).
2. Implementierung des Algorithmus zur Berechnung der Capability Map des Robotermanipulators, wie im Paper beschrieben. Darüberhinaus soll das Ergebnis analog zum Paper visualisiert werden.
3. Umsetzung eines einfachen GUI-Interfaces zur grafischen Steuerung der Algorithmen. Dem Anwender soll es möglich sein per grafischer Eingabemaske einen neuen Manipulator mit Hilfe von gegebenen DH-Parametern definieren und abspeichern zu können. Ausserdem soll die Visualisierung des Reachability Indexes und der Capability Map innerhalb der GUI-Umgebung stattfinden.

Die Implementierung soll anschliessend anhand einiger Robotermanipulatoren erfolgen. Dafür werden DH-Modelle des an unserem Lehrstuhl verwendeten Powercube-Manipulators und des am DLR verwendeten Robotermanipulators Justin zur Verfügung gestellt.

Software

• Roboop für die Lösung von Abfragen zur Vorwärtskinematik und inversen Kinematik
• OpenGL zur Visualisierung von Reachability Index und Capability Map
• Qt zur Umsetzung des GUI

Erforderliche Fähigkeiten

• Motivation und die Fähigkeit, sich in neue Bereiche einzuarbeiten
• Kenntnisse in C++
• Grundkenntnisse in der 3d-Programmierung (vorzugsweise OpenGL)
• Grundkenntnisse in der GUI Programmierung (vorzugsweise Qt)