A complete task planning and execution framework for scenarios with mobile manipulators

  • Ein vollständiges Framework zur Aufgabenplanung und -ausführung für Szenarien mit mobilen Manipulatoren

Bezrucav, Stefan-Octavian; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Nitsch, Verena (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

In: Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Kurzfassung

Der Einsatz von Robotern in Teams mit Menschen ist noch nicht weit verbreitet. Ein Grund dafür ist das Fehlen vollständiger Frameworks, die Methoden zur Aufgabenplanung und -ausführung integrieren. Die Planungsmethoden leiten die auszuführenden Prozessschritte ab und verteilen die Aktionen auf die Teammitglieder, sodass das Team gesetzte Ziele optimal erreicht. Aufgabenausführungsverfahren veranlassen und überwachen anschließend die Ausführung der geplanten Aktionen. In dieser Arbeit wird ein Framework zur Aufgabenplanung und -ausführung vorgestellt, das dynamische Mensch-Roboter-Kooperationsprozesse befähigt. Dieses Framework implementiert einen High-Level Sensor-Planungs-Ausführungsregelkreis, der ein Stand-der-Technik Framework um neuartige Planungsmodelle und -funktionen erweitert. Eine Planungssituation ist eine abstrakte Darstellung einer Situation, in der eine Reihe von Änderungen den aktuellen Zustand der Welt in einen neuen Zustand ändern soll, in dem bestimmte Ziele erreicht werden. Solche Planungssituationen werden als Planungsprobleme formuliert, die gelöst werden. Die Lösung ist ein Plan mit den Aktionen, die durchgeführt werden müssen, um die gewünschten Veränderungen in der Welt zu realisieren. Der erste Beitrag der Arbeit ist die generische Formulierung von Planungsproblemen für Szenarien, an denen Teams aus kooperierenden Menschen und Robotern beteiligt sind. Die Formulierung erfolgt in der Planning Domain Definition Language, der Sprache für automatisierte Planungsmethoden. Die Klasse der \textit{automatisierten Planungsmethoden} ist ausgewählt, weil sie in der Lage sind, verschiedenen Planungsprobleme zu lösen. Der zweite Beitrag der Arbeit ist das erweiterte Framework, das neben dem Planungsprozess eine robuste Ausführung der geplanten Aktionen ermöglicht. Diese Verbesserungen werden erreicht durch: einen neuartigen Supervisor, der die Ausführung der Aktionen auslöst und Umplanungsanfragen behandelt, den Action Interface Manager, der die Schnittstellen zwischen den geplanten Aktionen und den Ausführungsmodulen implementiert, und den neuen Umplanungsansatz. Testkampagnen in simulierten und realen Laborszenarien validieren sowohl die Planungsmodelle als auch den gesamten Planungs- und Ausführungsframework. In allen Szenarien führt ein Team aus einem Menschen und einem Roboter mindestens fünfzehn verschiedene Prozessschritte erfolgreich aus. Neben der vollständigen Ausführung zeigen die Ergebnisse, dass das neue Framework unvorhergesehene Änderungen bewältigt und in der Lage ist, die Warte- und Ausführungszeiten erheblich zu reduzieren. Damit ist das Framework für den Einsatz in realen Anwendungen bereit.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]

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