Robotik 1 - Einführung in die Robotik, Vorlesung, WS17/18

28 | 0:00:00 Starten 0:01:06 Aufgabe 1: Symbolische Planung mit STRIPS 0:06:37 Aufgabe 1.1: Aktionssequenz angeben 0:12:39 Aufgabe 1.2: Planungsoperator erstellen 0:17:00 Aufgabe 1.3: Planungsoperator anwenden 0:20:34 Aufgabe 2: Implementierung von A* 0:21:18 Aufgabe 2.1: Simox installieren 0:23:01 Aufgabe 2.2: Skeleton-Code kompilieren 0:25:29 Aufgabe 2.4: Lösung in C++ 0:45:05 Aufgabe 3: Implementierung von RRT* 1:06:23 Übersicht: Frameworks 1:13:20 Übersicht: Software

27 | 0:00:00 Starten 0:00:14 Inhalt der heutigen Vorlesung 0:02:43 Aufnahme der Demonstration 0:06:50 Schnittstellen zum Vormachen 0:15:32 Erfassung der menschlichen Bewegung 0:23:00 Marker-basierte optisch-passive Bewegungserfassung 0:28:28 Marker-basierte optisch-aktive Bewegungserfassung 0:29:32 IMU - basierte Bewegungserfassung 0:32:15 Mechanische Bewegungserfassung 0:35:31 Magnetische/ akustische Bewegungserfassung 0:37:09 Master Motor Map (MMM) Framework 0:44:13 Marker-lose optische Bewegungserfassung 0:47:08 Skeleton Tracking 0:48:11 Segmentation and Tracking 0:50:48 Multimodale Interaktionen für PdV 0:53:59 Lernen einer Fähigkeit 1:03:50 Segmentierung von Demonstrationen 1:06:27 Aufgabensegmentierung: Idee 1:08:34 Hierarchische Aufgabensegmentierung 1:11:43 Aufnahme einer Demonstration 1:13:08 Level 1 : Semantische Segmentierung 1:15:48 Bewegungscharakteristik Heuristik: Gleitendes Fenster 1:17:08 Rekursive Suche 1:19:44 Bewegungscharakteristik Heuristik 1:21:24 Evaluation der Segmentierung 1:26:06 Demonstrationsverarbeitung 1:27:16 Aktionsrepräsentation auf Trajektorienebene

26 | 0:00:00 Starten 0:00:32 Symbolische Planung - Herkunft 0:07:29 Symbolische Planung - Problemstellung 0:11:05 STRIPS 0:19:23 STRIPS: Aktionen 0:26:48 STRIPS: Suche im Zustandsraum 0:30:27 Interaktive Programmierverfahren 0:50:27 Programmieren durch Vormachen (PdV) 0:53:42 Lernen durch Beobachtung des Menschen 1:03:07 Hauptherausforderungen in PdV

25 | 0:00:00 Starten 0:00:09 Roboterprogrammierung 0:00:26 Inhalt 0:01:41 Motivation 0:08:41 Interaktive Programmierung 0:18:26 Roboterprogrammierung 0:19:08 Roboterprogrammierverfahren 0:27:04 Abstraktionsgrad der Programmierung 0:30:05 Direkte Programmierung 0:54:42 Textuelle Programmierverfahren 0:58:49 Hybride Verfahren 1:00:55 Graphische Roboterprogrammierung 1:04:41 Virtuelles Teach-in 1:06:54 Roboteraktionsrepräsentation mittels Statecharts 1:10:19 Graphische Modellierungsformalismen 1:13:30 Statecharts 1:17:57 Erweiterte Statecharts für Roboterprogrammierung 1:19:09 Erweiterung des Harel Statechart Formalismus am H2T 1:21:48 Statechart Erweiterungen 1:25:39 Graphischer Statechart Editor in ArmarX 1:28:28 Symbolische Planung

24 | 0:00:00 Starten 0:01:21 HSI Farbraum 0:03:38 Aufgabe 1 0:12:18 Farbwerte 0:14:45 Anwendung 0:18:30 Aufgabe 3 0:25:22 Aufgabe 2 0:28:23 OpenCV Canny Edge Detection 0:33:24 Aufgabe 4 0:40:29 OpenCV Morphologische Operatoren

23 | 0:00:00 Starten 0:01:52 Motivation: Farbsegmentierung 0:03:36 Morphologische Operatoren 0:05:16 Morphologische Operatoren: Erosion 0:09:31 Diletation 0:11:17 Öffnen & Schließen 0:13:19 Canny-Kantendetektor 0:15:17 Canny-Kantendetektor: Algorithmus 0:18:54 Canny-Kantendetektor: Non-Maximum Suppresion 0:20:29 Canny-Kantendetektor: Schwellwertverfahren 0:23:10 Tiefenkameras 0:26:19 Stereo Vision 1 0:27:53 Stereo Vision 3 0:31:00 Time of Flight 0:33:09 Structured Light 0:35:24 Visual Servoing 0:38:15 Visual Servoing-Systemaufbau 0:38:59 Visual Servoing - Verfahren 0:40:22 Positionsbasiertes Visual Servoing 0:42:17 Bildbasiertes Visual Servoing 0:42:39 Visiual Servoing für ARMAR-3 0:44:35 Positionsbasiertes Visual Servoing auf ARMAR-III 0:47:01 Ausührung von Manipulationsaufgaben 0:49:21 Punktwolken 0:52:22 Normalenschätzung in 3D Punktwolken 0:54:28 Registrierung von Punktwolken 0:55:46 Iterative Closest Point 0:59:11 RANSAC (Random Sample Consensus) 1:04:14 Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) 1:08:46 LOCO-Manipulation Affordances

22 | 0:00:00 Starten 0:00:48 Bildpräsentation 0:01:57 Beispiel: Bildpräsentation bei rc visard 160 0:03:07 Inhalt 0:03:49 Bildgenerierung: Lochkamera 0:06:23 Koordinatensysteme 0:11:38 Kameraparameter 0:13:58 erweitertes Kameramodell 0:24:13 Intrinsische und Extrinsische Kameraparameter 0:26:58 Kamerakalibrierung 0:35:30 Kamerakalibrierung 0:36:16 Filteroperationen 0:48:51 Medianfilter 0:54:15 Gauß-Filter 0:57:02 Filter – Prewitt 1:00:49 Filter – Sobel 1:09:46 Hauptmerkmale des LoG-Operators 1:14:45 Segmentierung 1:17:57 Einschub: Probleme von Lichtverhältnissen

21 | 0:00:00 Starten 0:00:09 Griffplanung mit medialen Achsen 0:04:35 Analyse der Querschnitte der medialen Achsen 0:08:37 Analyse der gefundenen Cluster 0:11:29 Beispiel: Analyse der medialen Achse 0:12:22 Heuristiken zur Erzeugung von Griffhypothesen I 0:16:49 Ergebnisse: Qualität des Griffs (Kraftschluss) 0:19:08 Ergebnisse: Effizienz 0:23:21 Zusammenfassung 0:24:20 Erweiterungen 0:27:41 Greifen mit ARMAR 0:30:04 ARMAR – Objektmodellierung 0:33:11 ARMAR – Grasping Pipeline 0:34:05 Software 0:35:01 Robotik I – Bildverarbeitung in der Robotik 0:38:39 Bildverstehen 0:57:31 Roboception: rc visard 65 – Bin picking application 0:59:32 Bildpräsentation 1:03:40 Datenmenge 1:04:58 Bildpräsentation – Auflösung 1:07:58 Bildpräsentation - RGB Farbraum 1:12:16 Bildpräsentation: HSI nach RGB

20 | 0:00:00 Starten 0:00:11 Suchraum beim Greifen 0:04:00 Objektklassen für das Greifen 0:14:38 Aktuelle Algorithmen zur Griffsynthese 0:18:02 Griffsynthese durch Vorwärtsplanung 0:26:40 Griffqualität (Kraftschluss-Metrik) 0:29:17 Grasp Wrench Space 0:31:37 Zufalllsbasierte Vorwärts-Greifplanung 0:40:17 Griffsynthese auf Objektteilen 0:47:39 Greifplanung mit Formprimitiven 0:51:21 Greifen bekannter Objekte: Ein Box-basierter Ansatz 0:55:57 Decomposition Algorithm 1:00:51 Erzeugen von Griffhypothesen: Von Boxen zu Griffen 1:02:39 Evaluation 1:07:00 Evaluation auf ARMAR-III 1:13:18 Greifplanung mit Superquadriken 1:17:04 Griffplanung mit Medialen Achsen

19 | 0:00:00 Starten 0:00:44 Greifplanung - Aufgaben 0:01:55 Aufgabe 1: Reibungsdreiecke 0:04:01 Kontaktmodelle 0:11:35 Kraftvektoren am Rand 0:19:18 Aufgabe 2: Grasp Wrensch Space 0:39:01 Aufgabe 3: Kraftgeschlossenheit 0:43:01 Greifmatrix in 3D 0:48:27 Linearer Spann (Lineare Hülle) 0:58:48 epsilon-Metrik 1:02:02 Aufgabe 3: Mediale Achsen

18 | 0:00:00 Starten 0:00:28 Überblick: Aufgaben zur Bewegungsplanung 0:01:18 Aufgabe 1: Voronoi-Diagramme 0:16:28 Aufgabe 2: Linesweep-Verfahren 0:25:08 Aufgabe 3: RRT* 0:35:58 Aufgabe 4: A*-Algorithmus 0:58:56 Aufgabe 5: Potenialfelder

17 | 0:00:00 Starten 0:02:49 Motivation Grasping bei ARMAR 0:11:46 Motivation: 3S-Objektmodelle mit Griffen 0:28:55 Cutosky Grifftaxanomie 0:40:02 Greifanalyse und Greifsynthese 0:50:11 Wichtige Faktoren für die Generierung von Griffen bzw. Griffhypothesen 0:55:09 Fingerspitzengriff - Modell 1:03:30 Wrenchvektor 1:07:17 Gleichgewichtsgriff 1:14:34 Kraftgeschlossene Griffe 1:19:30 Anzahl benötigter Kontatktpunkte

16 | 0:00:00 Starten 0:00:09 Bewegungsplanung 0:00:36 Pfadplanung für mobile Roboter: 2 Probleme 0:00:56 A*-Algorithmus 0:06:03 A*-Algorithmus: Beispiel 0:16:07 A*-Algorithmus: Eigenschaften 0:17:30 Inhalt 0:17:49 Potentialfeld-Methode 0:18:21 Potentialfelder 0:21:41 Potentialfeld: Hindernis-Beispiel 0:25:11 Potentialfelder: Beispiel 0:26:26 Potentialfelder: Lokale Minima 0:27:34 Bewegungsplanung für Manipulatoren 0:28:33 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung 0:30:14 Probabilistic Roadmaps (PRM) 0:40:00 Dynamic Roadmaps (DRM) 0:46:09 Distance Aware Dynamic Roadmap (DA-DRM) 0:48:37 Rapidly-exploring Random Trees (RRTs) 0:54:01 Bidirektionale RRTs 0:56:18 Constrained RRT 0:59:19 RRT* 1:03:45 Vergleich RRT und RRT* 1:05:45 Enge Passagen 1:07:53 Dynamic Domain RRT

15 | 0:00:00 Starten 0:00:31 Inhalt 0:01:24 Bewegungsplanung: Motivation 0:06:29 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemstellung 0:17:22 Einführung: Arbeitsraum 0:18:11 Einführung: Konfigurationsraum C 0:20:27 Arbeitsraum vs. Konfigurationsraum 0:25:29 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen (1) 0:25:54 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen(2) 0:26:54 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen(3) 0:27:59 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen(4) 0:29:01 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung (1) 0:31:55 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung (2) 0:33:03 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung (3) 0:34:29 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung (4) 0:35:16 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemklassen I 0:36:55 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemklassen II 0:40:01 Pfadplannung für mobile Roboter 0:49:21 Pfandplanung für mobile Roboter: 2 Problem 0:49:40 Voronoi-Diagramme 0:51:31 Voronoi-Diagramm: Konstruktion I 0:51:49 Voronoi-Diagramm: Konstruktion II 0:52:14 Voronoi-Diagramm: Konstruktion III 0:53:34 Voronoi-Diagramm: Konstruktion IV 0:54:09 Voronoi-Diagramm: Konstruktion V 0:54:35 Voronoi-Diagramm: Konstruktion VI 0:54:38 Voronoi-Diagramm: Konstruktion VII 0:55:11 Voronoi-Diagramme: Vor- und Nachteile 0:56:45 Sichtgraphen: Konstruktion 0:58:48 Sichtgraphen: Beispiel I 1:01:13 Sichtgraphen: Beispiel II 1:01:18 Sichtgraphen: Erweiterung der Hindernisse 1:02:50 Zellzerlegung 1:04:00 Exakte Zellzerlegung 1:04:19 Exakte Zellzerlegung: Beispiel 1:09:59 Approximative Zellzerlegung 1:11:31 Approximative Zellzerlegung: Beispiel 1:13:06 Pfadplanung für mobile Roboter: 2 Problem 1:13:18 Baumsuche 1:13:21 Baumsuche: Quadtree I 1:16:00 Baumsuche: Beispiel I 1:17:04 Baumsuche: Beispiel II 1:18:01 Baumsuche: Beispiel III 1:19:04 Pfadplanung für mobile Roboter: 2 Problem 1:19:48 A* -Algorithmus

14 | 0:00:00 Starten 0:00:55 Inhalt der heutigen Vorlesung 0:02:58 Grundlagen der Bahnsteuerung: Trajektorie 0:08:06 Grundlagen der Bahnsteuerung: Problem 0:11:44 Kartesicher Raum und Gelenkwinkelraum 0:17:19 Interpolation 0:19:47 Bahnsteuerung im Gelenkwinkelraum 0:22:56 Kartesicher Raum (Continuous Path) 0:23:39 Grundlagen der Bahnsteuerung 0:26:08 Programmierung der Schlüsselpunkte 0:26:24 Programmierung der Schlüsselpunkte: Teach-In 0:30:46 Programmierung der Schlüsselpunkte: Playback 0:40:00 Interpolationsarten 0:42:16 Punkt-zu-Punkt-Steuerung (PTP) 0:53:50 Interpolation für PTP mit Rampenprofil 0:57:29 Zeitoptimale Bahn 0:58:40 Interpolation für PTP mit Sinoidenprofil 1:00:17 Interpolationsarten: Rahmen- vs. Sinoidenprofil 1:00:56 Synchrone PTP-Bahnen 1:02:19 Asynchrone PTP-Bahnen 1:04:15 Vergleich: Asynchrone und synchrone PTP-Bahnen 1:05:44 Vollsynchrone PTP-Bahnen 1:06:33 Steuerung im Kartesischen Raum 1:09:47 Linearinterpolation 1:11:19 Linearinterpolation 1:12:47 CP linear 1:13:51 Zirkularinterpolation 1:14:15 Segmentenweise Bahninterpolation 1:16:06 Beispiel: Kubische Splines 1:19:18 Approximierte Bahnsteuerung 1:20:54 PTP und CP mit Überschleifen 1:23:13 Approximation mit Polynomen 1:23:28 Bezierkurven 1:26:25 Beispiele für Bernsteinprobleme 1:26:54 Der De-Casteljau-Algorithmus

13 | 0:00:00 Starten 0:00:42 Aufgaben 0:10:57 Aufgabe 1 0:11:14 Aufgabe 2 0:12:06 Aufgabe 2.1 0:49:09 Aufgabe 3 0:52:03 Kaskadenregelung 0:54:16 Aufgabe 3.1 1:00:45 Aufgabe 3.2 1:09:06 Bewegungsgleichung eines 1-DOF Rotationsgelenkes 1:12:23 Aufgabe 3.3 1:15:10 Aufgabe 3.4

12 | 0:00:00 Starten 0:02:19 Übertragungsglieder 0:08:45 Elementare Übertragungsglieder 0:20:05 PID-Regelung 0:30:02 Grundlagen der Regelung 0:32:58 Stabilität 0:44:24 Regler 0:49:46 Adaptive Regelung 0:52:42 Regelung von Manipulatoren 0:55:17 Regelung im Gelenkwinkelraum 0:58:55 Struktur einer Roboterregelung 1:01:29 Regelungskonzepte für Manipulatoren 1:04:54 Hybride Kraft-/Positionsregelung 1:11:20 Impedanzregelung 1:17:54 Regelung bei ARMAR 1:19:35 Positionsbasiertes Visual Servoing 1:24:59 Ausführung von Manipulationsaufgaben 1:30:43 Mensch-Roboter-Kooperation

11 | 0:00:00 Starten 0:00:10 Methode nach Lagrange: Zusammenfassung 0:02:38 Inhalt 0:03:05 Methode nach Newton-Euler: Grundprinzip 0:06:07 Methode nach Newton-Euler: Verkettung 0:08:10 Methode nach Mewton-Euler: Vorwärtsgleichungen 0:11:47 Methode nach Mewton-Euler: Rückwärtsgleichungen 0:19:14 Methode nach Mewton-Euler: Zusammenfassung 0:21:14 Methode nach Mewton-Euler: Eigenschaften 0:23:35 Regelung von Robotersystemen 0:24:52 Inhalt 0:27:03 Regelungstechnik 0:30:57 Aufbau und Wirkungsweise einer Regelung 0:35:15 Prinzip der Lösung: 0:36:07 Aufbau einer Regelung 0:48:11 Wirkungsweise der Regelung 0:49:39 Beispiel: Lenkung eines Automobils als Regelung 0:51:45 Regelung 0:52:26 Beispiel: Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors 0:56:08 Beispiel: ARMAR-4 1:01:36 Einführung - Regelkreis 1:02:46 Beispiel ARMAR-4 1:03:06 Einführung - Struktur eines Regelkreises 1:03:22 Grundlagen der Regelung 1:03:33 Geschwindigkeitsregelung 1:05:20 Vorsteuerung 1:05:57 Grundlagen der Regelung 1:06:05 Laplace- Transformation 1:24:50 Impulsefunktion (Dirac - Impuls) 1:25:43 Einheitssprungfunktion 1:29:20 Laplace - Transformation: Regeln

10 | 0:00:00 Starten 0:00:46 Aufgabe 1 0:03:18 Inverse Jacobi-Matrix 0:20:24 Gelenkgeschwindigkeit 0:24:47 Singularitäten 0:28:03 Aufgabe 2: Dynamikmodellierung nach Lagrange 0:34:16 Kinetische Energie 0:42:52 Potentielle Energie 0:44:33 Lagrange Funktion 0:47:41 Ableitungen der Lagrange-Funktion 0:49:57 Bewegungsgleichung 0:57:44 Matlab

09 | 0:00:00 Starten 0:00:09 Inhalt 0:00:52 Numerische Methoden: Jacobi-Matrix (Wdh) 0:02:56 Numerische Methoden 0:04:22 Numerische Methoden: Beispiel 0:05:07 Numerische Methoden: Differenzenquotient 0:06:12 Numerische Methoden: Umkehrung 0:16:53 Numerische Methoden: Pseudoinverse 0:18:49 Pseudoinverse: Herleitung 0:20:58 Numerische Methoden: Zusammenfassung 0:21:27 Numerische Methoden: Iteratives Vorgehen 0:24:38 Numerische Methoden: Beispiel 0:27:36 Numerische Methoden: Singularitäten 0:29:20 Numerische Methoden: Damped Least Squares 0:32:57 Numerische Methoden: Stabilitätsbetrachtung 0:39:56 Wichtige Räume der Robotik 0:44:01 Zusammenfassung: Kinematik 0:45:22 Zusammenfassung: Verfahren 0:49:31 Robotermodellierung - Überblick 0:49:52 Dynamisches Modell: Definition & Zweck 0:50:53 Motivation 0:54:17 Dynamisches Modell: Allgemeines Modell 0:58:31 Dynamisches Modell: Generalisierte Koordinaten 0:59:46 Generalisierte Koordinaten: Beispiel 1:01:43 Dynamisches Modell: Bewegungsgleichung 1:06:32 Direktes dynamisches Problem 1:08:11 Inverses dynamisches Problem 1:09:18 Dynamisches Modell: Beispiel 1:11:38 Inhalt 1:12:16 Modellierung der Dynamik 1:13:17 Methode nach Lagrange 1:15:03 Methode nach Lagrange: Vorgehen 1:15:49 Methode nach Lagrange: 3D-Pendel 1:22:31 Lagrange-Beispiel: Zwei Drehgelenke