Hierarchische Steuerung für einen mobilen Roboter zur autonomen Erkundung seiner Einsatzumgebung:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik ; 638 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | IX, 167 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3183638088 |
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| adam_text | Titel: Hierarchische Steuerung für einen mobilen Roboter zur autonomen Erkundung seiner Einsatzumgebung
Autor: Edlinger, Thomas
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Inform. Thomas Edlinger, Höhenkirchen-Siegertsbrunn Hierarchische Steuerung für einen mobilen Roboter zur autonomen Erkundung seiner Einsatzumgebung Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 638
y ^ ^^ f ^ ^ * • * ? ‘^*^11*1 ? .. . Vorwort.......................................................................................................................... DI Zusammenfassung..................................................................................................... IX 1. Einleitung................... l 1.1 Historischer Überblick.........................................................................................1 1.2 Problemstellung.....................................................................................................2 1.3 Zielsetzung und Beitrag der Arbeit..................................................................3 2. Autonome mobile Roboter ................................................................................6 2.1 Einsatzumgebungen..............................................................................................6 2.2 Anforderungen an einen autonomen mobilen Roboter...............................8 2.2.1 Autonomie.......................................................................................................8 2.2.2 Sicherheit.......................... 8 2.2.3 Echtzeitanforderuhgen.....................................................................................9 2.3 Kontrollsystem .....................................................................................................10 2.3.1 Aktionssteuerung...........................................................................................11 2.3.2 Sensordatenverarbeitung...............................................................................11 2.4 Sensorik.................................................................................................................12 2.4.1 Interne Sensoren................................................... 13 2.4.2 Externe Sensoren...........................................................................................13
2.4.2.1 Taktile Sensoren...................................................................................... 13 2.4.2.2 Berührungslose Sensoren..................................................... 14 2.4.3 Fehlerquellen.................................................................................................17 2.5 Antriebskonfigurationen........................... 18 2.6 Begriffsbestimmung...........................................................................................19
VI Inhaltsverzeichnis 3. MOBOT-IV............................................................................................................... 21 3.1 Vorgängerprojekte..............................................................................................21 3.2 Hardware...............................................................................................................23 3.2.1 Mechanischer Aufbau ....................................................................................23 3.2.2 Sensorik .........................................................................................................24 3.2.2.1 Inkrementalencoder.................................................................................24 3.2.2.2 Hindemissensor......................................................................................25 3.2.2.3 Navigationssensor...................................................................................27 3.2.3 Rechnerausstattung ........................................................................................30 3.3 Softwarestruktur..................................................................................................30 3.3.1 Sensordatenverarbeitung ...............................................................................33 3.3.2 Aktionssteuerung ...........................................................................................34 3.3.3 Kommunikationsschema ...............................................................................34 3.3.3.1 Echtzeitfähige Kommunikation..................................................................35 3.3.3.2 Auftragsorientierte Kommunikation............................................................36 3.4 Projektzielsetzung...............................................................................................36 3.5 Anforderungen an die
Einsatzumgebung......................................................37 4. Weltmodell................................................................................................................ 39 4.1 Problemstellung...................................................................................................39 4.2 Einführung............................................................................................................41 4.2.1 Rasteransätze.................................................................................................42 4.2.1.1 Umweltmodell von »Shakey«....................................................................43 4.2.1.2 Verfahren von Elfes.................................................................................44 4.2.2 Modelle mit geometrischen Primitiven.........................................................45 4.2.2. 1 Umweltmodellierung im Projekt »Yamabico« ...............................................45 4.2.3 Topologische Modelle...................................................................................46 4.2.3.1 Ansatz von Kuipers..................................................................................46 4.2.3.2 Ansatz von Nehmzow ..............................................................................46 4.2.4 Semantische Modelle....................................................................................46 4.3 Sensordatenverarbeitung in MOBOT-IV ......................................................47 4.3.1 Vorverarbeitung der Sensorrohdaten.............................................................48 4.3.1.1 Radar-Map Generator ...............................................................................48 4.3.1.2 Sector-Map Generator ..............................................................................49 4.3.2
Sensordatenfusion.........................................................................................50 4.4 Umweltmodellierung in MOBOT-IV............................................................51 4.4.1 Konzeption....................................................................................................51 4.4.2 Grundstruktur................................................................................................53 4.4.3 Topologische Information.............................................................................57
_VII 5. Exploration................................................................................................................ 61 5.1 Problemstellung...................................................................................................61 5.2 Einführung............................................................................................................63 5.2.1 Verfahren von Iijima.....................................................................................64 5.2.2 Verfahren von Rao........................................................................................65 5.2.3 Die “Seed Spreader” Strategie......................................................................66 5.3 Der “Bubble”-Algorithmus..............................................................................67 5.3.1 Projektvorgaben.............................................................................................67 5.3.2 Die Idee.........................................................................................................69 5.3.3 Repräsentation der Blase...............................................................................70 5.3.4 Erweiterung der Blase...................................................................................71 5.3.5 Erzeugung von Explorationszielen................................................................72 5.3.6 Globale Exploration......................................................................................74 5.3.7 Testergebnisse...............................................................................................74 5.3.8 Abschließende Bewertung.............................................................................75 5.4 Exploration in MOBOT-IV..............................................................................78 5.4.1
Konzeption....................................................................................................78 5.4.2 Struktur und Schnittstellen............................................................................79 5.4.3 Erzeugung von Explorationszielen................................................................81 5.4.4 Auswahl und Überprüfung von Explorationszielen......................................83 5.4.5 Effizienzanalyse............................................................................................87 6. Navigation..................................................................................................................89 6.1 Problemstellung...................................................................................................89 6.2 Einführung............................................................................................................90 6.2.1 Brooks...........................................................................................................93 6.2.2 Moravec.........................................................................................................93 6.2.3 Kampmann....................................................................................................94 6.2.4 Kambhampati................................................................................................95 6.3 Navigation in MOBOT-IV...............................................................................95 6.3.1 Konzeption....................................................................................................95 6.3.2 Struktur und Schnittstellen............................................................................97 6.3.3 Topologische Navigation..............................................................................98 6.3.4 Geometrische Navigation.............................................................. 100
VIII Inhaltsverzeichnis 7. Pilot..............................................................................................................................106 7.1 Problemstellung.................................................................................................106 7.2 Einführung..........................................................................................................109 7.2.1 Generierung der Bahn.................................................................................109 7.2.2 Ansteuerung der Motoren............................................................................111 7.2.3 Kollisionsvermeidung.................................................................................113 7.2.4 Berechnung und Korrektur der Position......................................................115 7.3 Bahnregelung in MOBOT-IV........................................................................116 7.3.1 Konzeption..................................................................................................117 7.3.2 Struktur und Schnittstellen..........................................................................118 7.3.3 Generierung der Bahn.................................................................................120 7.3.4 Bahnregelung...............................................................................................123 7.3.4. 1 Referenzpunktgenerierung .......................................................................123 7.3.4.2 Der Regler ........................................................................................... 125 7.3.4.3 Die V-co-Schnittstelle .............................................................................129 7.3.5 Hindemisvermeidung..................................................................................132 7.3.5.1 Beschränkung der Lineargeschwindigkeit V ...............................................133
7.3.5.2 Beschränkung der Krümmung K ..............................................................134 7.3.6 Positionsverwaltung....................................................................................138 8. Testergebrasse.......................................................................................................140 8.1 V erifikation von Kontrollalgorithmen......................................................... 140 8.2 Mensch-Maschine-Schnittstelle.................................................................... 141 8.3 Simulierte Testfahrt.......................................................................................... 141 8.4 Reale Testfahrten.............................................................................................. 148 8.5 Auswertung.........................................................................................................150 9. Resümee Perspektiven................................................................................i5i Eigene Veröffentlichungen............................................................................... 155 Literatur........................................................................................................................... 156 Index ...............................................................................................................................165
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| spelling | Edlinger, Thomas Verfasser aut Hierarchische Steuerung für einen mobilen Roboter zur autonomen Erkundung seiner Einsatzumgebung Thomas Edlinger Als Ms. gedr. Düsseldorf VDI-Verl. 1997 IX, 167 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Fortschrittberichte VDI : Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik 638 Zugl.: Kaiserslautern, Univ., Diss., 1997 Navigation (DE-588)4041457-7 gnd rswk-swf Bahnsteuerung (DE-588)4042803-5 gnd rswk-swf Exploration (DE-588)4153373-2 gnd rswk-swf Autonomer Roboter (DE-588)4304075-5 gnd rswk-swf Umweltmodell Informatik (DE-588)4250471-5 gnd rswk-swf Datenverarbeitung (DE-588)4011152-0 gnd rswk-swf Sensorsystem (DE-588)4307964-7 gnd rswk-swf Sensor (DE-588)4038824-4 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Autonomer Roboter (DE-588)4304075-5 s Bahnsteuerung (DE-588)4042803-5 s Umweltmodell Informatik (DE-588)4250471-5 s Navigation (DE-588)4041457-7 s Sensorsystem (DE-588)4307964-7 s DE-604 Exploration (DE-588)4153373-2 s Sensor (DE-588)4038824-4 s Datenverarbeitung (DE-588)4011152-0 s Fortschrittberichte VDI Reihe 8, Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik ; 638 (DE-604)BV000882482 638 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=007778697&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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