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Im Folgenden sind einige Bereiche für mögliche studentische Projekte aufgeführt. Eigene Vorschläge in ähnlichen Bereichen sind natürlich auch möglich.

Reglung eines 7-DOF Roboterarms

Die Regelung von Roboterarmen ist eine zunehmend wichtige Aufgabe, da Roboter sich in immer mehr Bereichen verbreiten. Roboterarme sind aus regelungstechnischer Sicht ein nichtlineares Mehrgrößensystem, daher ist die Regelung nicht einfach, allerdings lassen sich viele Konzepte der nichtlinearen Regelungstechnik sehr gut anwenden.

Bisher sind die meisten Indutrieroboter so gebaut, dass sie eine einmal angefahrene Position sehr genau wiederholen können. Für viele Anwendungen ist es aber erforderlich eine beliebige Position im Raum genau ansteuern zu können. Aus diesem Grund soll ein Regler entworfen werden, der den Roboter stationär genau ausregeln kann. Dazu können sowohl Sensoren im Roboterarm selbst als auch ein externes Tracking System verwendet werden.

Weitere Herausforderungen in der Regelung von Roboterarmen liegen in der sinnvollen Nutzung des siebten Freiheitsgrades. Dieser ermöglicht es eine kartesische Position im Raum mit verschiedenen Gelenkwinkeln anzufahren. Dies stellt den Regler aber gleichzeitig vor die Herausforderung einen möglichst sinnvoll Armposition zu finden.

Zur Regelung von Roboterarmen bieten sich somit verschiedene Studentprojekte an. Diese umfassen folgende Aufgaben:

  • Entwurf (nichtlinearer) Mehrgrößenregler
  • Simulation des Roboterarms
  • Test des Reglers am Roboter und Evaluation

Für ein solches Projekt benötigt man natürlich umfangreiche Kenntnisse der Regelungstechnik, Programmierkenntnisse in C++ und Python und idealerweise etwas Erfahrung mit ROS und Linux.

Trajektorienplanung für 7-DOF Roboterarme mit statischen und dynamischen Hindernissen

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Moderne kollaborative Roboter sollen in einer sich ständig ändernden Umgebung eingesetzt werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die Programmierung des Roboters, da er seine Bewegungen an Änderungen der Umgebung anpassen muss. Dabei muss die Trajektorie des Roboters während der Laufzeit des Programms online so berechnet werden, dass der Arm weder mit Hindernissen noch mit sich selbst kollidiert. Dieser Schritt wird Motion Planning genannt.

Besonders schwierig wird die Planung der Bewegungen, wenn sie die Hindernisse im Raum vor dem Roboter bewegen. Ein besonders interessanter Spezialfall ist dabei die direkte Interaktion mit Menschen, mit denen eine Kollision natürlich vermieden werden soll.

Zum Aufbau einen solch komplexen Motion Planning Systems sind verschiedene Schritte notwendig:

  • Visuelle Erfassung der Umgebung mit Kameras und Tiefenbildern
  • Kategorisierung der Umgebung in Objekte und Hindernisse
  • Prädiktion der zukünftigen Bewegung von dynamischen Objekten
  • Berechnung einer geeigneten Trajektorie

Zur Darstellung der Umgebung und zum Motion Planning bietet ROS eine Vielzahl von Paketen an. Diese sollen im Projekt verwendet werden.

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