Greifen und Manipulation
Planung und Ausführung von Greif- und Manipulationsbewegungen
Greifen ermöglicht humanoiden Robotern, gezielt mit der Umwelt zu interagieren und ist somit eine zentrale Komponente, um in menschen-zentrierter Umgebung Aktionen planen und ausführen zu können. Hierzu werden in diesem Forschungsschwerpunkt Verfahren entwickelt, um zulässige Griffe sowie kollisionsfreie Bewegungen effizient planen und robust ausführen zu können. Mit den entwickelten Algorithmen können integrierte Ansätze realisiert werden, welche es ermöglichen, die drei Hauptaufgaben für Greif- und Manipulationsaufgaben zu lösen: Planung von Griffen, Lösung der inversen Kinematik (IK) für redundante Systeme sowie Planung von kollisionsfreien Greiftrajektorien. Hierbei werden verschiedene Planungsstrategien verfolgt, um effiziente und aufgabenspezifische Lösungsansätze anzubieten, wobei zwischen offline- und online-Algorithmen unterschieden wird. Um eine möglichst vollständige Abbildung zulässiger Griffe für ein Objekt zu erhalten, werden offline-Verfahren eingesetzt, welche eine Greifanalyse durchführen, um beispielsweise Greiftabellen für anthropomorphe Hände zu ermitteln. Ausgehend von diesen Greifdaten können kollisionsfreie ein- und zweihändige Bewegungen mit probabilistischen Algorithmen (z.B. Rapidly-exploring Random Trees, RRT) geplant werden. Diese Ansätze erlauben eine effiziente Suche in hochdimensionalen Konfigurationsräumen und somit den Einsatz auf realen humanoiden Systemen, da die Planungszeiten zu keiner wesentlichen Verzögerung von Aktionsausführungen oder Benutzerinteraktionen führen. Dies kann beispielsweise mit adaptiven Planungsansätzen oder durch Integration von IK-Suche und Bewegungsplanung realisiert werden. Weiterhin werden Planungsalgorithmen entwickelt, welche eine kombinierte Greif- und Bewegungsplanung erlauben. Hierzu werden die probabilistischen Ansätze der RRTs erweitert, so dass zulässige Griffe und Lösungen der inversen Kinematik zusammen mit kollisionsfreien Bewegungen in einem integrierten Gesamtkonzept geplant werden können. Untersucht wird außerdem, wie die entwickelten Ansätze für Multi-Roboter Systeme genutzt werden können, um beispielsweise kooperative Manipulationsaktionen zu planen.
Die entwickelten Verfahren zur Planung von Griffen und Bewegungen werden mit dem humanoiden Roboter ARMAR-III in Simulation und in Realität evaluiert. Um eine robuste Ausführung von Greif- und Manipulationsaktionen zu erreichen, werden bildbasierte Verfahren (Visual Servoing) eingesetzt. Somit können einhändige und zweiarmige Greifaktionen, sowie komplette Trajektorien zuverlässig auf ARMAR-III ausgeführt werden.