Robotics and Biology Laboratory

Shifting the Boundary Between Planning and Control - Task-Consistent Motion Generation in Unstructured Environments

Motivation

Die autonome Ausführung von mobilen Kopieraufgaben in natürlicher Umgebung erfordert komplexe Bewegungsfähigkeiten. Die Bewegung muss verschiedene Bewegungseinschränkungen erfüllen, die durch die Aufgabe und die Umgebung vorgegeben sind. Darüber hinaus sind natürliche, reale Umgebungen unvorhersehbaren Veränderungen unterworfen. Daher muss die sensorische Rückkopplung kontinuierlich integriert werden, um sicherzustellen, dass die Bewegung gültig bleibt. Die Anforderungen an die Rückmeldung bei mobilen Kopieraufgaben können mit konventionellen Planungstechniken nicht erfüllt werden, da die hohe Dimensionalität des Problems und die große Unsicherheit über den Zustand der Welt dieses Problem zu einer besonderen Herausforderung machen. Diese Herausforderungen werden in dieser Arbeit behandelt.

Beschreibung der Arbeit

Der traditionelle Ansatz für die Bewegungsplanung von Robotern basiert auf dem Zyklus Erfassen, Planen, Ausführen.

Auf der Grundlage der aktuellen Sensorinformationen bestimmt ein Planer eine vollständige Bewegungsbahn. Diese Bewegungstrajektorie wird dann von einer Steuerung so präzise wie möglich ausgeführt. Der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz geht von der Erkenntnis aus, dass diese Aufgabenverteilung für das vorliegende Problem suboptimal ist. Die Grenze zwischen Planung und Steuerung wird verschoben, so dass die Steuerung zu einem integralen Bestandteil des Bewegungsgenerierungsprozesses wird. Basierend auf dieser Idee wird ein Bewegungsgenerierungsrahmen implementiert, der in der Lage ist, aufgabenkonsistente Bewegungen zu generieren und die Feedback-Anforderungen von mobilen Kopieraufgaben zu erfüllen. In einem zweiten Schritt wird die Grenze zwischen Planung und Steuerung weiter verschoben. Auf der Grundlage einer engen Integration von Planung, Sensorik und Steuerung wird die Verantwortung für konkrete Bahnentscheidungen von der Planung auf die Ausführung verlagert. Diese Bahnentscheidungen können auf der Grundlage lokaler Informationen effizient getroffen werden, während sie vom globalen Planer auf der Grundlage eines Unsicherheitsmodells geleitet werden.

 

Publications

2014

Sieverling, Arne; Kuhnen, Nicolas; Brock, Oliver
Sensor-Based, Task-Constrained Motion Generation Under Uncertainty
Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Seite 4348-4355
Mai 2014