Roboter-Praktikum: Steuerung von Robotermanipulatoren

Überblick über das Praktikum

Industrielle Fertigungsroboter haben in den letzten Jahrzehnten zu erheblichen Produktionssteigerungen und Kosteneinsparungen im produzierenden Gewerbe geführt. Als einer der grossen Profiteure der Einführung von Manipulatoren kann die Automobilindustrie genannt werden. Im Praktikum werden Methoden zur Steuerung eines Robotermanipulators vorgestellt. Nachdem die nötigen theoretischen Grundlagen erarbeitet wurden, soll das gewonnene Wissen in einem mehrwöchigen Projekt an unserem echten Küchen-Roboter praktisch angewandt werden. Dieser kann zwar in Grösse und Gewicht nicht mit seinen Kollegen an einer Fertigungsstrasse mithalten, besitzt jedoch mit 6 Gelenken (Freiheitsgraden) mehr Positionierungsmöglichkeiten als die meisten industriell genutzten Manipulatoren.

Organisatorisches

• Credits (ECTS): 10 (6+0 SWS) - es handelt sich um ein Praktikum aus dem Bereich der "Praktischen Informatik", das auch als Masterpraktikum belegt werden kann.
• Die Anmeldung zum Praktikum läuft ab sofort!
• Ab Mittwoch, den 28.Oktober wird es wöchentliche Treffen in unserem Seminarraum (02.09.023) von 13:15 - 14:45 Uhr geben. Dabei wird der Stoff des neuen Arbeitsblattes besprochen.
• Im Anschluss an das Treffen werden die Aufgabenblätter verteilt, deren Lösungen vor dem Treffen in der darauffolgenden Woche abzugeben sind.
• Eine Ausnahme wird das Abschlussprojekt darstellen, zu dessen Bearbeitung vermutlich 3-4 Wochen zur Verfügung stehen werden.
• Die Übungsstunden werden teilweise in deutsch und teilweise in englisch gehalten.
• Im Rechnerraum des Lehrstuhls wird die für das Praktikum nötige Software bereits vorinstalliert sein.

Themenübersicht

• Einführung: Roboterkomponenten, Konfigurationsraum, Erläuterung von Fachbegriffen.
• Positionsanalyse: Vektoren im Raum, Koordinatensysteme und Referenzframes, Translationen und Rotationen.
• Modellierung von Manipulatoren: Die Denavit-Hartenberg Parameter.
• Vorwärtskinematik und Inverse Kinematik.
• Planung von Trajektorien: im Konfigurationsraum und im kartesischen Arbeitsraum.
• Im Schlussprojekt wird es darum gehen einen Turm aus Legosteinen zu bauen.

Unterlagen

Nachfolgend steht das Kommando mit dem die Account-Umgebung so eingerichtet wird, dass die nötigen Header- und Bibliotheksdateien gefunden werden. Selbstverständlich muss "username" und "rechnername" entprechend gesetzt werden:

cat account.tar.bz2 | ssh username@rechnername "tar xvjf -"

Voraussetzungen

• Programmiererfahrung in C/C++ oder Python hilfreich.

Anmeldung

Die Anmeldung zum Praktikum läuft ab sofort! Dazu bitte eine E-Mail an roboterpraktikum@cs.tum.edu schicken.

Hilfsmittel

Verwendete Literatur

• Saeed B. Niku. Introduction to Robotics. Analysis, Systems, Applications. Prentice Hall, 2001.
  Die Maschinenbau-Bibliothek besitzt einige ausleihbare Exemplare.

Verwendete Softwaretools

• Player
• Gazebo
• Roboop / GLroboop

Der Roboter

Das Abschlussprojekt wird mit unserem B21-Küchenroboter durchgeführt. Dieser besitzt zwei Manipulator-Arme, die aus je 6 Gelenken der Firma Amtec Robotics bestehen. Die Kommunikation mit den Manipulatoren erfolgt alle 8ms (125Hz) über einen 1Mbit/s breiten CAN-Bus, über den Statusinformationen abgefragt und neue Steuerkommandos gegeben werden können. Open-Source Treiber der Player/Stage Architektur erlauben eine einfache und flexible Steuerung des Roboters.

Ein detailliertes Modell des Roboters ist im Simulationstool Gazebo enthalten. Dadurch ist es möglich die eigenen Kontrollprogramme zu testen, bevor man sie auf dem realen Roboter laufen lässt.