Catalogue : Details

Fabian Aichele

Kollisionserkennung für echtzeitfähige Starrkörpersimulationen in der Industrie- und Servicerobotik

ISBN:

OND-00000-0000185

Series:

Mathematik, Informatik

Keywords:

Kollisionserkennung; Virtuelle Inbetriebnahme; echtzeitfähige Starrkörpersimulationen

Type of publication:

Thesis

Language:

German

Pages:

218 pages

Figures:

86 figures

Price:

12,45 €

Published:

April 2016

DOI:

10.2370/OND000000000185 (Online document)

Download:

Available PDF-Files for this title:

You need the Adobe Reader, to open the files. Here you get help and information, for the download.


	Document		Document
	Type		PDF
	Costs		12,45 EUR
	Action		Purchase in obligation and display of file - 10,0 MB (10535808 Byte)
	Action		Purchase in obligation and download of file - 10,0 MB (10535808 Byte)


	Document		Table of contents
	Type		PDF
	Costs		free
	Action		Diplay of file - 158 kB (162183 Byte)
	Action		Download of file - 158 kB (162183 Byte)

User settings for registered users

You can change your address here or download your paid documents again.

User:	Not logged in.
Actions:	Login / Register Forgotten your password?

Recommendation:

You want to recommend this title?

Link

You want to link this page? Click here.

Abstract

Die mechanisch plausible Simulation von Robotern und deren Arbeitsumgebungen ist in der Industrie- und Service-Robotik ein zunehmend wichtiges Werkzeug bei der Entwicklung und Erprobung neuer Hardware und Algorithmen. Ebenso sind Simulationsanwendungen oftmals eine kostengünstige und vielseitig einsetzbare Alternative, sofern die Bescha ung echter Roboter unrentabel ist, oder Hardware und Arbeitsumgebung nur mit groÿer zeitlicher Verzögerung zur Verfügung stehen würden.

Besonders wichtig sind Mechanik-Simulationen für Anwendungsfälle, in denen die direkte mechanische Interaktion von Objekten miteinander beziehungsweise der Arbeitsumgebung selbst im Vordergrund stehen, wie etwa in der Greifplanung oder der Ermittlung kollisionsfreier Bewegungsabläufe.

Bei welcher Art von Szenarien der Einsatz von Mechanik-Simulationen sinnvoll ist und inwieweit die Möglichkeiten solcher Simulations-Werkzeuge ein geeigneter Ersatz für eine reale Arbeitsumgebung sein können, hängt sowohl von den technischen Besonderheiten dieser Werkzeuge, als auch von den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsgebiets ab.

Die wichtigsten Kriterien sind dabei:

Die zur Umsetzung der jeweiligen Aufgabe nötige oder gewünschte geometrische Präzision bei der Modellierung von Objekten in einer Simulation.
Die bei der Simulation mechanischem Verhaltens berücksichtigten Eigenschaften und Phänomene, etwa durch die Berücksichtigung von Verformungsarbeit oder tribologischer Eigenschaften.
Die Fähigkeit, eine Simulation in oder nahe Echtzeit betreiben zu können: Innerhalb von Laufzeitgrenzen, wie sie auch durch die reale Entsprechung eines simulierten Systems gegeben sind.

Die Fähigkeit zum Echtzeit-Betrieb steht dabei in Kon ikt mit der geometrischen und mechanischen Präzision einer Simulation. Jedoch ist es gerade die Kombination aus diesen drei Kriterien, die für Szenarien mit einem hohen Anteil mechanischer Interaktion zwischen aktiv durch einen Benutzer gesteuerten Aktorik und einer simulierten Arbeitsumgebung besonders wichtig sind: Im Speziellen gilt das für Simulationssysteme, die zur Steuerung simulierter Roboter-Hardware dieselben Hardware- oder Software-Steuerungen verwenden, die auch für die realen Entsprechungen der betrachteten Systeme verwendet werden.

Um einen Betrieb innerhalb sehr kurzer Iterationszeiten gewährleisten zu können, muss eine Mechanik-Simulation zwei Teilaufgaben e zient bewältigen können:

Die Überprüfung auf Berührung und Überschneidung zwischen simulierten Objekten in der Kollisionserkennung in komplex strukturierten dreidimensionalen Szenen.
Die Gewährleistung einer numerisch stabilen Lösung des zugrundeliegenden Gleichungssystems aus der klassischen Mechanik in der Kollisionsbehandlung.

Die Kollisionserkennung erfordert dabei gegenüber der Kollisionsbehandlung ein Vielfaches an Laufzeit-Aufwand, und ist dementsprechend die Komponente einer jeden echtzeitfähigen Mechanik-Simulation mit dem gröÿten Optimierungspotential und -bedarf: Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist daher die Kombination existierender Ansätze zur Kollisionserkennung unter weitgehender Vermeidung von deren Nachteilen.

Dazu sollen ausgehend von Erfahrungen einer Projektstudie aus der Industrie-Robotik die speziellen Anforderungen an echtzeitfähige Mechanik-Simulationen beim Einsatz in dieser und verwandten Disziplinen hergeleitet und den Möglichkeiten und Einschränkungen existierender Simulations-Lösungen gegenüber gestellt werden.

Basierend auf der Analyse existierender Kollisionserkennnungs-Verfahren soll im weiteren Verlauf der Arbeit eine alternative Möglichkeit zur Bewältigung dieser laufzeitaufwendigen Aufgabe auf Basis der Verwendung massiv paralleler Prozessor-Architekturen, wie sie in Form programmierbarer Gra k-Prozessoren (GPUs) kostengünstig zur Verfügung stehen, erarbeitet und umgesetzt werden.