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Projektgruppe im Sommersemester 2009

Imitation von Arm- und Handbewegungen durch einen Roboter mit Hilfe einer PMD-Kamera

 

Beginn ab: 14.04.2009
Maximale Anzahl der Teilnehmer: 6

 

Für Menschen intuitiv erlernbare Tätigkeiten erfordern eine aufwändige Programmierung oder Instruktion von Robotern. Lernen durch Demonstration stellt sich der Herausforderung, Robotersysteme in der gleichen Weise zu trainieren, in der Menschen durch Nachahmung lernen.

gesamtprojekt

 

Im Rahmen des Projekts soll ein Roboter die von einem menschlichen Instruktor vorgeführte Bewegung nachahmen. Die Arm- und Handbewegungen des Instruktors werden mit Hilfe eines Stereobildverarbeitungssystems, bestehend aus PMD-Kamera und CCD-Kamera, verfolgt und rekonstruiert. PMD-Kameras arbeiten nach dem Lichtlaufzeit-Prinzip, indem das optische Signal einer gepulstes Lichtquelle in CMOS Bildsensoren ausgewertet und so der Abstand von Objektpunkten zur Kamera bestimmt wird. Die demonstrierte Bewegung und Pose wird auf eine möglichst ähnliche Pose und Bewegung des Roboterarms übertragen. Bei der Teleoperation beobachtet der Bediener die Szene über eine Kamera am Roboter oder eine virtuelle Realitätsumgebung und agiert entsprechend. Ein Anwendungsbeispiel besteht darin, dem Roboter das Jonglieren durch Demonstration beizubringen. Der menschliche Demonstrator jongliert ein inverses Pendel virtuell durch seine Handbewegung. Diese Bewegung imitiert der Roboter mit dem realen Pendel und erlernt es auf diese Weise zu balancieren.

Zur Lösung der Aufgabenstellung stehen der Projektgruppe ein Industrieroboter der Firma Reis, ein Bildverarbeitungssystem, bestehend aus einer CCD-Kamera und PMD-Kamera, und ein pneumatischer Zweifingergreifer zur Verfügung. Für alle Systeme existieren ausgereifte Schnittstellen zur Signalverarbeitung und Steuerung zu Matlab und Toolboxen, so dass sie sich auf die Entwicklung, Implementierung und Integration der Methoden fokussieren können ohne zusätzliche Resourcen und Detailkenntnisse für die technische Realisierung.

Die Projektgruppe ist eng eingebettet in die Forschungsaktivitäten des Lehrstuhls auf den Gebieten der Robotik und Bildverarbeitung.Das anspruchsvolle, innovative und vielseitige Thema ermöglicht es Ihnen, wertvolle Erfahrungen, Kenntnisse und Soft Skills für Ihre Diplomarbeit und zukünftige Arbeit als Ingenieur zu erwerben. Eine intensive und kompetente Betreuung der Projektgruppe durch vier Mitarbeiter des Lehrstuhls ist gewährleistet. Umgekehrt erwarten wir von Ihnen Engagement und kontinuierliches Arbeiten, um das Projekt zu einem erfolgreichen Abschluss zu bringen.

Die Projektgruppe ist für Studenten des Masterstudiengangs Robotic & Automation geeignet, da eine englischsprachige Betreuung gewährleistet ist.

struktur

 

Es ergeben sich je nach Teilnehmerzahl folgende Teilaufgaben:

  1. Erfassung der Armkonfiguration und -bewegung mit Hilfe der PMD- und CCD-Kamera
  2. Übertragung der demonstrierten Bewegung auf die Roboterkinematik
  3. Teleoperation von Manipulationsaufgaben über die virtuelle Realität
  4. Erlernen des Jonglierens eines inversen Pendels durch Imitation

 

Voraussetzungen:

  • Engagement, Verlässlichkeit, Teamfähigkeit
  • Interesse an Bildverarbeitung und Robotik

 

Literatur:

A Developmental Roadmap for Learning by Imitation in Robots
Lopes, M.; Santos-Victor, J.; Systems, Man, and Cybernetics, Part B, IEEE Transactions on Volume 37, Issue 2, April 2007 Page(s):308 - 321

Single View Motion Tracking by Depth and Silhouette Information
Daniel Grest, Volker Krüger, Reinhard Koch

 



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Kontakt

apl. Prof. Dr. rer. nat. Frank Hoffmann
Akademischer Oberrat
Tel.: 0231 755-3998
Dr.-Ing. Jörn Malzahn
Wissenschaftlicher Mitarbeiter