Der Einsatz mobiler Robotik zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion in der bandsynchronen Montage bietet Antworten auf die Herausforderungen in der Automobilproduktion von morgen. Die Realisierung stellt aber gleichzeitig besondere Anforderungen an die mobile Robotik, die auf Basis von untersuchten Anwendungsfällen abgeleitet werden. Neben der technischen Realisierung dieser Herausforderungen steht vor allem die Gesamtverlässlichkeit der Produktion im Vordergrund. Mit diesem Fokus wird für die bandsynchrone Montage in der Automobilindustrie ein katalogbasiertes Reaktionsverfahren entwickelt, das mithilfe der kognitiven Fähigkeiten des Menschen, aus einer integrierten Risikobeurteilung für Sicherheit und Zuverlässigkeit, vorbeugende Reaktionen für den mobilen Roboter ableitet.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erweiterung des Nutzens von mobilen Überwachungsrobotern. Durch den Einsatz von autonomen Sensorsonden wird die zeitgleich von mobilen Robotern überwachte Fläche bzw. Grenzlinie signifikant vergrößert. Die Arbeit beleuchtet die Konzeption und Realisierung eines Gesamtsystems bestehend aus Sensorsonden, Ausbringeinheit und entsprechenden Strategien zur optimierten Positionierung der Sensorsonden. Hierbei werden sowohl Fragestellungen des mechanischen Designs betrachtet, als auch bestehende Optimierungsverfahren auf die Problemstellung angepasst und gegeneinander verglichen. In drei ausgewählten Szenarien wird der durch die vorgestellte Lösung geschaffene Mehrwert verdeutlicht und quantifiziert.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Der teil-autonome Roboterbetrieb kann mittelfristig die Leistungsfähigkeit und Bedienbarkeit von mobilen Servicerobotern deutlich erhöhen. Dabei erfüllt der Roboter im Normalbetrieb seine Aufgaben autonom; in Ausnahmefällen kann ein menschlicher Bediener eingreifen und den Roboter fernsteuern. Ein wichtiger Aspekt bei der Umsetzung des teil-autonomen Betriens ist dabei die Weiterentwicklung der Wahrnehmungsfähigkeiten. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines Verfahrens zur 3-D-Umgebungserfassung für teil-autonome Roboter. Das erzeugte Umgebungsmodell unterstützt sowohl den Bediener bei der Fernsteuerung des Roboters als auch den autonomen Roboterbetrieb.
Aktualisiert: 2023-06-01
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In den letzten Jahren verlassen Roboter mehr und mehr ihren angestammten Platz hinter Zäunen und Schutzeinrichtungen. Sie werden Teil des menschlichen Arbeitsumfeldes und Alltagsumfeldes. Zukünftige mobile Roboter müssen daher hinsichtlich Flexibilität, Manövrierbarkeit und Robustheit an die Anforderungen von Alltagsumgebungen angepasst sein. Von zentraler Bedeutung ist dabei der Bewegungsapparat der Roboter. Nicht-holonome, omnidirektionale Fahrwerke, die aus unabhängig gelenkten und unabhängig angetriebenen Standardrädern aufgebaut sind, bieten mittelfristig einen soliden Kompromiss der diesen Anforderungen Rechnung trägt. Diese Arbeit behandelt die kinematische Modellierung und Regelung solcher nicht-holonomer, omnidirektionaler Fahrwerke.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Diese Dissertation stellt Methoden zur Realisierung von Fahrfunktionen für das automatische Fahren mit niederer Geschwindigkeit vor. Dabei wird vor allem auf die Problemstellung der Umfeldmodellierung und Lokalisierung eingegangen.
Aktualisiert: 2023-05-15
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In dieser Arbeit werden die wesentlichen Ergebnisse zur Konstruktion des RoboCup-Small-Size-Roboters LUKAS und des Aufbaus der koordinierenden Mastersoftware XBase vorgestellt. Der dreirädrige Roboter setzt ein hierarchisches Konstruktionskonzept um, welches hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität und Robustheit durch technische Funktionsintegration einer minimalen Anzahl von Bauteilen realisiert. Spezielle Material- und Strukturlösungen fi nden sich im Polyamid-Chassis, im motorintegrierenden Dribbler und im energieeffizienten Schussmechanismus. Nach Analyse der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge konnte für den Roboter eine Reglerarchitektur entwickelt werden, die unter Berücksichtigung von Radschlupf und Schwerpunktverlagerung die omnidirektionale Manövrierbarkeit und Bewegungspräzision gestattet. Die Mastersoftware XBase kann sowohl als Multi-Roboter-System unter der Kontrolle einer Verhaltenssteuerung, wie auch als verteiltes Multi- Agenten-System mit mehreren parallelen Verhaltenssystemen fungieren. Stabile Bildraten der Bildverarbeitung und geringer Berechnungsaufwand werden durch ressourcenschonende Operationen garantiert. Ein geeigneter Trainingseinstieg wurde mit Formationsvarianten zur koordinierten Kontrolle eines Übergangs vom starren zum flexiblen Roboterverband gefunden.
Aktualisiert: 2022-11-03
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Im Forschungsfeld der mobilen Assistenzroboter spielen Bewegungsabläufe eine zunehmend wichtige Rolle. Gerade in den Bewegungen der mit dem Assistenzroboter handelnden Person verstecken sich eine ganze Reihe Informationen, die zur Verbesserung der Interaktion herangezogen werden können.
Eine wichtige Fragestellung bezüglich der Analyse von Bewegungen stellt die Repräsentation der Bewegungstrajektorien dar. Außerdem muss geklärt werden, welche Ähnlichkeitsmaße in den komplexeren Verfahren zum Einsatz kommen können bzw. welche speziellen Anforderungen sie erfüllen müssen.
Den Kern der Arbeit stellen drei Verfahren dar, die im Wesentlichen den weiteren Verlauf einer beobachteten Bewegung über einen längeren Zeitraum vorhersagen können. Dabei handelt es sich um Echo State Netzwerke, Local Models und die spatio-temporale nicht-negative Matrixfaktorisierung (NMF).
Die Arbeit als Ganzes versteht sich als einer der ersten Schritte zur systematischen Untersuchung von Bewegungsabläufen. Mit dieser Arbeit soll ein Entwickler in der Lage sein, aus einer breiten Palette an Werkzeugen sich für das Richtige für seinen speziellen Anwendungsfall zu entscheiden.
Aktualisiert: 2022-11-03
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In dieser Arbeit wird die Anwendung von Tensegrity Strukturen mit mehreren stabilen Gleichgewichtskonfigurationen zur Realisierung von Lokomotionssystemen in der mobilen Robotik untersucht. Diese Strukturen werden unter dem mechanischen Aspekt modelliert und verschiedene Aktuatorstrategien zur Realisierung eines kontrollierten Wechsels zwischen den unterschiedlichen stabilen Gleichgewichtslagen abgeleitet. Es wird ein Prototyp einer multistabilen Tensegrity Struktur entwickelt und dessen Bewegungsverhalten simuliert. Abhängig von der gewählten Aktuierungsstrategie kann eine schreitende Lokomotion, eine kriechende Lokomotion sowie eine springende Lokomotion realisiert werden. Experimente mit dem Prototyp bestätigen diese Lokomotionsformen. Durch Kombination der verschiedenen Bewegungsmodi resultiert ein multimodales Lokomotionssystem. Dieses Lokomotionssystem erlaubt die Anpassung des Lokomotionsprinzips hinsichtlich der gegebenen Umgebungsbedingungen.
Aktualisiert: 2023-01-31
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Der Einsatz mobiler Robotik zur flexiblen Mensch-Roboter-Interaktion in der bandsynchronen Montage bietet Antworten auf die Herausforderungen in der Automobilproduktion von morgen. Die Realisierung stellt aber gleichzeitig besondere Anforderungen an die mobile Robotik, die auf Basis von untersuchten Anwendungsfällen abgeleitet werden. Neben der technischen Realisierung dieser Herausforderungen steht vor allem die Gesamtverlässlichkeit der Produktion im Vordergrund. Mit diesem Fokus wird für die bandsynchrone Montage in der Automobilindustrie ein katalogbasiertes Reaktionsverfahren entwickelt, das mithilfe der kognitiven Fähigkeiten des Menschen, aus einer integrierten Risikobeurteilung für Sicherheit und Zuverlässigkeit, vorbeugende Reaktionen für den mobilen Roboter ableitet.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissen schaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissen schaften (iwb) der Technischen Universität München. Den Herrn Professoren Dr. -Ing. G. Reinhart und Dr. -Ing. J. Milberg, den Leitern dieses Instituts, gilt mein besonderer Dank für die wohlwollende Förderung und großzügige Unterstützung meiner Arbeit. Herrn Prof. Dr. -Ing G. Färber, dem Leiter des Lehrstuhls für Prozeßrechner, danke ich für die Übernahme des Korreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit. Allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts sowie allen Studentinnen und Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstützt haben, möchte ich meinen herzlichen Dank aussprechen. Schließlich gilt mein Dank aber auch meinen Eltern und Freunden, die mich wäh rend der Erstellung der Arbeit stets unterstützt und motiviert haben. Klaus Pischeltsrieder München. im März 1996 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ! 1. 2 Zielsetzung dieser Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 3 Vergehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Bestehendes Spektrum automatisierter Produktionsstrukturen beim Einsatz mobiler Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. 1 Übersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. 2 Charakterisierung des typischen Anwendungsbereichs für autonome mobile Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2. 3 Zentral gesteuerte Produktionsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. 4 Dezentral gesteuerte Produktionsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. 5 Dezentral gesteuerte Produktionsstrukturen mit zentraler koordinierender Instanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 6 Vergleichender Überblick über die betrachteten Produktio- strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2. 7 Anforderungen an autonome mobile Roboter in den verschiedenen Produktionsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3 Bekannte Ansätze zur Steuerung autonomer mobiler Roboter . . . . . . . . . . . . . . . 27 3. 1 Übersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3. 2 Verhaltensorientierte Architekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3. 3 Funktionsorientierte Architekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Das 19. Fachgespräch Autonome Mobile Systeme (AMS 2005) ist ein Forum, das Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie, die auf dem Gebiet der autonomen mobilen Systeme arbeiten, eine Basis für den Gedakenaustausch bietet und wissenschfltiche Diskussionen sowie Kooperationen auf diesem Forschungsgebiet fördert bzw. initiiert. Ausgewählte Beiträge zu den Themen Kooperative Systeme, Bildverarbeitung, Lokalisierung und Kartographierung, Outdoor-Systeme, Fahrerassistenzsysteme, Kognitive Sensordatenverarbeitung, Architekturen und Anwendungen sowie Steuerung und Navigation bilden den Inhalt dieses Bandes.
Aktualisiert: 2022-03-12
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Der voll mobile Roboter für jedermann, der etwa im Haushalt anfallende Arbeiten zur vollen Zufriedenheit der Hausfrau erledigt und dennoch nicht mehr als ein gutes Mittelklasseauto kostet, wird wohl noch einige Zeit nur im Bereich der Science-fiction existieren. Es werden zwar auf dem amerikanischen Markt etliche mobile Modelle mit vielfältiger Sensorik angeboten (auch in der Bundesrepublik findet man mittlerweile einige 'Robbies'), doch hauptsächlich werden diese Produkte als Spielzeug für Begüterte, zu Reklamezwecken und als Party-Gag eingesetzt. Dementsprechend grob ausgelegt und unpräzise ist auch die verwendete Sensorik. In der industriellen Praxis befinden sich sogenannte Industrieroboter in viel fältigen Anwendungen. Es handelt sich um stationär aufgestellte Maschinen mit mehreren unabhängig voneinander beweglichen Gelenken, die bisher fast aus schließlich zu Schweiß-, Lackier-, Transport- und MontaBearbeiten verwe- det werden. Ein Großabnehmer für Industrieroboter ist weltweit die Automobil industrie - VW Wolfsburg stellt seine Roboter für den eigenen Bedarf sogar selbst her. Da solche Maschinen Teile unserer Arbeitswelt prägen und auch vom gesell schafts- und sozialpolitischen Aspekt her besondere Bedeutung haben, werden wir uns in diesem Buch überwiegend mit Industrierobotern bzw. Modellen davon beschäftigen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Im Automobilmarkt werden die Innovationszyklen immer kürzer und die Zukunftsprognosen immer schwieriger. Die maximale Flexibilität der Produktionsunternehmen und deren Fertigungssysteme ist immer eine große Herausforderung. Besonders in der Fließfertigung der Automobilindustrie ist die Flexibilität jedoch gering. Jede Änderung in der Fließfertigung kostet viel Zeit und Geld. Deshalb ist die Entwicklung flexibler Fertigungssysteme innerhalb der Fließlinienfertigung notwendig, um die Produktvielfalt zu steigern. Es gibt zwei Möglichkeiten, um diese zu entwickeln. Die Erste ist die Verbesserung der bestehenden Fließfertigung, um die Senkung der Herstellungskosten, die Erhöhung der Flexibilität sowie die Reduzierung der Taktzeit zu ermöglichen. Die zweite Möglichkeit ist das Ersetzen der Fließfertigung durch Modularisierung, um die Herstellungskosten und die Lieferzeiten zu senken, sowie eine neue Generation von wandlungsfähigen Produktionssystemen zu entwickeln. Um die beiden genannten Varianten zu ermöglichen, wurden in dieser Arbeit Lösungsansätze mit mobilen Manipulatoren entwickelt.
Die Entwicklung des mobilen Manipulators bietet die folgenden Herausforderungen:
.. Kalibrierung des internen mobilen Manipulators und der externen Umgebung
.. Synchronisation des Manipulators mit sich bewegendem Produkt
.. Erhöhung der Präzision für spezifische Aufgaben
.. Roboterprogrammierung für verschiedene Aufgaben
.. Umgebung- und Objektserkennung
.. Roboterbahnplanung zur Vermeidung der Kollision zwischen Roboter und Hindernissen
.. Entwicklung von Optimierungsverfahren für unterschiedliche Montageaufgaben
Aktualisiert: 2020-12-08
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Mit Zunahme der Aktivitäten im Feld der Tiefseeforschung und -erkundung gewinnen autonome Unterwasserroboter an Bedeutung. Die Aufgabenerfüllung dieser mobilen Serviceroboter soll zukünftig verstärkt auch in solchen Gewässern erfolgen, welche dicht bewachsen oder mit Abfällen verunreinigt sind. Dadurch werden Antriebssysteme erforderlich, welche die Gefahr eines Funktionsausfalls aufgrund der Arbeitsumgebung des Roboters minimieren. Somit erfolgen innerhalb der vorliegenden Arbeit der systematische Entwurf, der Aufbau sowie die experimentelle Validierung eines biologisch inspirierten Antriebssystems, welches analog der Fortbewegung stetig schwimmender Fische den Vortrieb über gerichtete Verformung anstelle der Vollrotation eines Propellers erzeugt. Es wird ein Antriebssystem beschrieben, welches mit einer minimalen Anzahl an Aktuatoren einen technisch nutzbaren Vortrieb bei gleichzeitiger Beibehaltung der Manövrierfähigkeit ermöglicht. Ferner wird zur Optimierung des Energiebedarfs des Antriebssystems der Einfluss physisch vorhandener Energiespeicher untersucht.
Aktualisiert: 2021-12-13
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Diese Dissertation stellt Methoden zur Realisierung von Fahrfunktionen für das automatische Fahren mit niederer Geschwindigkeit vor. Dabei wird vor allem auf die Problemstellung der Umfeldmodellierung und Lokalisierung eingegangen.
Aktualisiert: 2018-11-01
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Der teil-autonome Roboterbetrieb kann mittelfristig die Leistungsfähigkeit und Bedienbarkeit von mobilen Servicerobotern deutlich erhöhen. Dabei erfüllt der Roboter im Normalbetrieb seine Aufgaben autonom; in Ausnahmefällen kann ein menschlicher Bediener eingreifen und den Roboter fernsteuern. Ein wichtiger Aspekt bei der Umsetzung des teil-autonomen Betriens ist dabei die Weiterentwicklung der Wahrnehmungsfähigkeiten. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines Verfahrens zur 3-D-Umgebungserfassung für teil-autonome Roboter. Das erzeugte Umgebungsmodell unterstützt sowohl den Bediener bei der Fernsteuerung des Roboters als auch den autonomen Roboterbetrieb.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Das 19. Fachgespräch Autonome Mobile Systeme (AMS 2005) ist ein Forum, das Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Forschung und Industrie, die auf dem Gebiet der autonomen mobilen Systeme arbeiten, eine Basis für den Gedakenaustausch bietet und wissenschfltiche Diskussionen sowie Kooperationen auf diesem Forschungsgebiet fördert bzw. initiiert. Ausgewählte Beiträge zu den Themen Kooperative Systeme, Bildverarbeitung, Lokalisierung und Kartographierung, Outdoor-Systeme, Fahrerassistenzsysteme, Kognitive Sensordatenverarbeitung, Architekturen und Anwendungen sowie Steuerung und Navigation bilden den Inhalt dieses Bandes.
Aktualisiert: 2023-04-04
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