Ein Beitrag zur Entwicklung kooperierender mobiler Roboter

摘要

In dieser Arbeit werden die wesentlichen Ergebnisse zur Konstruktion desRoboCup-Small-Size-Roboters LUKAS und des Aufbaus der koordinierendenMastersoftware XBase vorgestellt. Die erreichte Kompaktheit und dasnotwendige Masse-Leistungs-Verhältnis des Roboters beruhen im Wesentlichenauf der orthogonalen Achskonfiguration. Spezielle Material- undStrukturlösungen für Leichtbau und Bauraumnutzung finden sich imPolyamid-Chassis, im motorintegrierenden Dribbler und im energieeffizientenSchussmechanismus. Im Einsatz sind omnidirektionale Räder mit soliderRundlauf-, Traktions- und Stabilitätseigenschaft. Der dreirädrige Robotersetzt ein hierarchisches Konstruktionskonzept um, welches hoheZuverlässigkeit, Flexibilität und Robustheit in verstärktem Maße durchtechnische Funktionsintegration einer minimalen Anzahl von Bauteilenrealisiert. Nach Analyse der kinematischen und dynamischen Zusammenhängekonnte für den Roboter eine Reglerarchitektur entwickelt werden, die unterBerücksichtigung von Radschlupf und Schwerpunktverlagerung dieomnidirektionale Manövrierbarkeit und Bewegungspräzision gestattet. Dieweiterentwickelte Mastersoftware XBase verbindet eine modifiziertenBildverarbeitung zur Detektierung der Roboter und eine anwenderfreundlicheMensch-Maschine-Schnittstelle mit dem Instrument zur Roboterkoordinierung.Stabile Bildraten und geringer Berechnungsaufwand werden durch dieVerwendung einer Look-Up-Tabelle zurMaximum-Likelihood-Farbklassifizierung, Bildsegmentierung mitZeilenkoinzidenzverfahren und ressourcenschonende Operationen garantiert.Ein geeigneter Trainingseinstieg wurde mit verschiedenenFormationsvarianten zur koordinierten Kontrolle einer Robotergruppegefunden. Das Modell gestattet durch individuelle Freigabe vonFreiheitsgraden einen Übergang vom starren zum flexiblen Verband. Anhandder Beispielformationen Block, Reihe und Rotte ist die Flexibilität undWandlungsfähigkeit dargestellt. Das System XBase kann sowohl alsMulti-Roboter-System unter der Kontrolle einer Verhaltenssteuerung, wieauch als verteiltes Multi-Agenten-System mit mehreren parallelenVerhaltenssystemen fungieren.