Koordinierte Kollisionsvermeidung mobiler Roboter mit Hilfe von Kommunikation und Sensorik:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Koordinierte Kollisionsvermeidung mobiler Roboter mit Hilfe von Kommunikation und Sensorik
Autor: Rude, Markus
Jahr: 1995
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung............................................................................................................................................1 1.1. Kooperierende Roboter....................................................................................................1 1.2. Aufbau der Arbeit.............................................................................................................2 1.3. Hinweise für den Leser.....................................................................................................4 2. Grundlagen und Stand der Forschung bei kooperierenden Robotersystemen.....................5 2.1. Überblick.............................................................................................................................5 2.2. Abstecken des Problemfelds kooperativer, mobiler Systeme.....................................6 2.2.1. Welche Formen der Kooperation gibt es ?.....................................................6 2.2.2. Die Dualität der Ansätze bei der koordinierten Kollisionsvenneidung.... 8 2.2.3. Die Rolle der Inter-Roboter-Kommunikation..............................................10 2.3. Modelle und Repräsentationen zur Kollisionsvenneidung................................. 11 2.3.1. Konfigurationsraum, Potentialfeld und Kachelmodelle............................12 2.3.2. Raumzeit-Modelle............................................................................................15 2.4! Quellen von Unsicherheiten und ihre Behandlung...................................................16 2.4.1. Räumliche Unsicherheiten..............................................................................17 2.4.2. Multiagentensysteme und zeitliche Unsicherheiten...................................20 2.5. Kollisionsfreie Steuerung von Fahrzeugen.................................................................21 2.5.1. Ansätze aus Schiffahrt und
Luftfahrt............................................................21 2.5.2. Analyse des Kollisionsrisikos bei mobilen Robotem ..................................23 2.5.3. Die Adaption der Geschwindigkeit...............................................................27 2.5.4. Die Adaption der Trajektorie .........................................................................29 2.5.5. Die Adaption der Geschwindigkeit und der Trajektorie ...........................31 2.6. Analyse des gegenwärtigen Stands der Forschung...................................................33 2.6.1. Rückblick.................... 33 2.6.2. Offene Fragen und der aktuelle Bedarf an Forschungsaufgaben.............34 2.6.3. Zukünftige Entwicklungen.............................................................................34 2.7. Zusammenfassung..........................................................................................................35 3. Die Aufgabe: Koordinierte Steuerungsmanöver.................................................... 37 4. Der Lösungsansatz...........................................................................................................................43 4.1. Überblick...........................................................................................................................43 4.2. Das Konzept koordinierter Steuerungsmanöver........................................................44 4.2.1. Die Drift der Bezugssysteme als Kommunikationsproblem.....................44 4.2.2. Das Kollisionsrisiko bei zwei Robotern........................................................49 4.2.3. Die Festlegung der Priorität...........................................................................56 4.2.4. Die Kollisionsvermeidung..............................................................................59 4.2.5. Die Bestimmung des
Driftvektors.................................................................62 4.2.6. Priorität und Kollisionsvermeidung bei mehr als zwei Robotem ............64 4.3. Die quantitative Durchführung der Steuerungsmanöver.........................................65 4.3.1. Die Ereignistransformation............................................................................65 4.3.2. Die Berechnung des Kollisionsvektors und des Auslenkvektors.............71 V
4.3.3. Die Meßwertvorhersage..................................................................................76 4.3.4. Die Berechnung des Driftvektors...................................................................79 4.3.5. Die Abstands-Ortskurven...............................................................................80 4.4. Einordnung der Arbeit...................................................................................................81 4.5. Zusammenfassung..........................................................................................................81 5. Realisierung eines Systems mit Infrarot-Kommunikation und Ultraschall-Sensorik......85 5.1. Überblick...........................................................................................................................85 5.2. Die Hardware-Architektur.............................................................................................85 5.2.1. Die omnidirektionalen Fahrzeuge Stan und Ollie.......................................85 5.2.2. Das VMEbus-System.......................................................................................87 5.2.3. Die Infrarot-Kommunikationsstrecke...........................................................87 5.2.4. Das rotationsfähige Stereo-Ultraschall-Sensorsystem................................88 5.2.5. Das globale Zeitmodul....................................................................................89 5.3. Die Software-Architektur...............................................................................................90 5.3.1. Das raumzeitliche Weltmodell.......................................................................91 5.3.2. Das Modul Modellsteuerung.........................................................................94 5.3.3. Das Modul Roboterzustandsprozessor.........................................................94 5.3.4. Das Modul
Bewegungssteuerung.................................................................95 5.3.5. Das Modul Kommunikationsprozessor........................................................95 5.3.6. Das Modul Sensorprozessor...........................................................................96 5.4. Zusammenfassung..........................................................................................................96 6. Ergebnisse aus Experimenten und Simulationen.....................................................................99 6.1. Überblick........................................................................................................ 99 6.2. Berechnung einer künstlich erzeugten Drift...............................................................99 6.3. Berechnung der absoluten Drift..................................................................................103 6.4. Vermeidung von Kollisionen mit statischen Hindernissen....................................105 6.5. Simulation der koordinierten Kollisionsvermeidung..............................................107 6.6. Zusammenfassung........................................................................................................111 7. Ausblick...........................................................................................................................................113 7.1 Bewertung des Ansatzes..............................................................................................113 7.2. Der Einsatz des Steuerungssystems im EU-Projekt MARTHA..............................114 7.3. Andere Einsatzgebiete..................................................................................................114 8. Zusammenfassung....................................................................................................... 117 9.
Anhang.............................................................................................................................................119 9.1. Notation..........................................................................................................................119 9.2. Glossar.............................................................................................................................122 10. Literatur...........................................................................................................................................127 VI
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