Robotik 1 - Einführung in die Robotik, Vorlesung, WS19/20

21 | 0:00:00 Start 0:00:04 Griffplanung mit medialen Achsen 0:03:49 Analyse der Querschnitte der medialen Achse 0:06:35 Analyse der gefundenen Cluster 0:09:36 Heuristiken zur Erzeugung von Griffhypothesen 0:13:32 Ergebnisse: Qualität des Griffs (Kraftschluss) 0:15:25 Ergebnisse: Effizienz 0:18:16 Zusammenfassung 0:19:26 Erweiterungen 0:21:58 Greifen mit ARMAR 0:28:41 ARMAR – Objekte 0:33:27 ARMAR – Offline Griffanalyse 0:35:16 ARMAR – Objekterkennung und -lokalisierung 0:37:00 ARMAR – Ausführung: Positionsbasiertes Visual Servoing 0:37:54 Advanced grasping capabilities 0:43:12 Grasping Unknown Objects 0:48:40 Execution in Known Environments 0:49:44 Execution in Partially Unknown Environments 0:50:56 Understanding Perception-Action Relations 0:52:39 Re-grasping/Hand-over 0:54:26 Software 0:55:48 Bildverarbeitung in der Robotik 0:56:31 Bildverstehen 0:59:09 Inhalt 1:00:10 Literatur 1:01:31 Programmbibliotheken 1:02:50 Motivation 1:08:22 Kamerabeispiele 1:11:00 Bildrepräsentationen 1:12:39 Bildrepräsentation – Monochrombild 1:14:06 Datenmenge 1:15:03 Bildrepräsentation – Auflösung 1:15:47 Bildrepräsentation – Farbbild 1:17:10 Bildrepräsentation – RGB Farbraum

20 | 0:00:00 Start 0:00:05 Grasp-Wrench-Space-Metrik: Zusammenfassung 0:04:11 Klassifikation von Greifplanungssystemen 0:10:54 Objektklassen für das Greifen 0:18:33 Algorithmen zur Griffsynthese 0:23:30 Griffsynthese durch Vorwärtsplanung 0:38:09 Griffsynthese auf Objektteilen 0:47:59 Greifen bekannter Objekte: Ein Box-basierter Ansatz 0:52:56 Decomposition Algorithm: from points to boxes 1:03:48 Evaluation 1:13:14 Greifplanung mit Superquadriken 1:18:02 Griffplanung mit medialen Achsen

19 | 0:00:00 Start 0:04:10 Anzahl benötigter Kontakte 0:08:42 Mengentheoretische Darstellung der Griffhierarchie 0:09:52 Kraft- und Formgeschlossene Griffe 0:10:49 Griffqualität 0:17:07 Griffqualität: Grasp-Wrench-Space 0:27:30 Grasp-Wrench-Space-Metrik: Bemerkungen 0:31:19 Grasp-Wrench-Space-Metrik: Bemerkungen 0:33:27 Übung 6 0:33:43 Aufgabe 1 0:34:42 Aufgabe 1.1 0:37:34 Aufgabe 1.2 0:39:55 Aufgabe 1.3 0:45:32 Aufgabe 2 0:46:01 Aufgabe 2.1 0:53:42 Aufgabe 2.2 0:56:38 Aufgabe 2.3 0:57:51 Aufgabe 3 1:00:55 Aufgabe 3.1 1:05:08 Aufgabe 3.2 1:08:38 Aufgabe 3.3

18 | 0:00:00 Start 0:01:35 Motivatiom - greifen 0:04:33 Die menschliche Hand 0:08:24 Komplexität des Problems reduzieren 0:10:18 Cutkosky Grifftaxonomie 0:17:48 Greifanalyse und Griffsynthese 0:24:52 Fingerspitzengriffmodell 0:27:20 Kontaktmodelle 0:30:23 Kontaktmodelle: Coulombsches Reibungsgesetz 0:33:00 Kontaktmodelle: geometrische Interpretation 0:36:13 Kontaktmodelle: Approximation des Reibungskegels 0:38:03 Stabilität eines Griffs 0:42:30 Wrench 0:46:24 Gleichgewichtsgriff: Beispiel 0:50:22 Kraftgeschlossene Griffe 1:03:00 Kraftgeschlossene Griffe: Beispiel in 2D 1:17:20 Greifmatrix 1:22:14 Formgeschlossene Griffe 1:24:43 Formgecschlossene Griffe: Beispiel in 2D

17 | 0:00:00 Start 0:00:28 Wiederholung + Vergleich RRT und RRT* 0:06:00 Themenübersicht 0:07:17 Enge Passagen: Motivation 0:15:49 Dynamic Domain RRT - Beispiel 0:21:06 Vergleich Dynamic Domain RRT vs. RRT 0:25:11 Bridge Sampling I 0:28:20 Bridge Sampling II 0:33:47 Schematische Darstellung: Greifen 0:44:38 Wie können Griffe generiert werden?

16 | 0:00:00 Start 0:00:31 Aufgaben zur Bewegungsplanung 0:01:03 Aufgabe 1: Voronoi-Diagramme 0:01:42 Aufgabe 1.1: Voronoi-Begriffe 0:04:03 Aufgabe 1.2: Voronoi-Diagramm für P 0:13:27 Aufgabe 2: Linesweep-Verfahren 0:14:12 Aufgabe 2.1: Linesweep, Zellzerlegung 0:17:40 Aufgabe 2.2: Linesweep, Adjazenzgraph 0:19:07 Aufgabe 2.3: Linesweep, Pfad vom Start zum Ziel 0:20:54 Aufgabe 3: RRT* 0:21:53 Aufgabe 3.1: Wie wurde q ermittelt? 0:25:02 Aufgabe 3.2: Pfadkosten 0:29:25 Aufgabe 3.3: RRT* Funktion 0:32:26 Aufgabe 3.4: Knoten für den Rewire-Schritt 0:33:12 Aufgabe 3.5: Rewire-Schritt 0:40:09 Aufgabe 4: A*-Algorithmus 0:45:05 Aufgabe 4.1: A*-Algorithmus 0:55:22 Aufgabe 4.2: A*-Algorithmus, Geeignete Heuristik 0:56:53 Aufgabe 4.3: A*-Algorithmus, Lösung 1:00:18 Aufgabe 5: Potentialfelder 1:03:19 Potentialfeld: Hindernis-Beispiel 1:04:46 Aufgabe 5.1: Abstoßende Potentiale 1:07:16 Aufgabe 5.2 Potential-Berechnung 1:08:11 Aufgabe 5.3: Richtung des Roboters 1:12:01 Praxisbeispiele

15 | 0:00:00 Start 0:00:09 Wiederholung: A*-Algorithmus 0:02:24 Potentialfeld-Methode 0:05:22 Potentialfelder 0:20:04 Bewegungsplanung für Manipulatoren 0:35:28 Dynamic Roadmaps (DRM) 0:46:21 Rapidly-exploring Random Trees (RRTs) 1:09:11 Constrained RRT 1:18:36 RRT*

14 | 0:00:00 Start 0:00:05 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemstellung 0:02:13 Einführung: Arbeitsraum 0:03:14 Einführung: Konfigurationsraum C 0:04:46 Arbeitsraum vs. Konfigurationsraum 0:07:52 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen 0:11:55 Annäherung an den Freiraum 0:17:04 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung 0:23:23 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemklassen 0:28:09 Pfadplanung für mobile Roboter 0:32:47 Voronoi-Diagramme 0:42:03 Sichtgraphen 0:47:41 Zellzerlegung 0:57:27 Baumsuche 1:05:22 A*-Algorithmus

13 | 0:00:00 Start 0:01:32 Puma 560 der Robotic Toolbox 0:09:49 Roboter mit zwei Gelenken modellieren 0:35:47 Kaskadierte Regler 0:43:58 Laplace-Transformation 0:49:37 Bewegungsgleichung eines 1-DOF Rotationsgelenks 0:53:43 Übertragungsglieder 1:02:01 Blockdiagramm in Simulink

12 | 0:00:00 Start 0:00:39 Vollsynchrone PTP-Bahnen 0:03:51 Steuerung im Arbeitsraum 0:07:17 Linearinterpolation 0:13:45 Segmentweise Bahninterpolation 0:16:13 Interpolation mit Kubschen Splines 0:17:47 Kubische Splines: Bestimmung der Parameter 0:26:05 Beispiele für Spline-Interpolation 0:27:32 Approximierte Bahnsteuerung 0:28:31 PTP und CP mit Überschleifen 0:33:34 Approximation mit Bernsteinpolynomen 0:35:35 Bézierkurven 0:39:47 Beispiele für Bernsteinpolynome 0:44:38 De-Casteljau-Algorithmus 0:54:32 ARMAR-6: 8-DoF Arm, Kreistrajektorie 0:58:50 Bewegungsplanung 1:01:25 Grundlagen der Bewegungsplanung: Problemstellung 1:03:14 Einführung: Arbeitsraum 1:05:29 Einführung: Konfigurationsraum C 1:08:00 Arbeitsraum vs. Konfigurationsraum 1:10:51 Grundlagen der Bewegungsplanung: Definitionen 1:16:02 Grundlagen der Bewegungsplanung: Begriffsbildung

11 | 0:00:00 Start 0:01:10 Aufgabe 1: Differentielle Inverse Kinematik 0:02:50 Aufgabe 1: Inverse Kinematik 0:03:54 Aufgabe 1.1: Inverse Jacobi-Matrix 0:18:21 Aufgabe 1.2: Gelenkwinkelgeschwindigkeit 0:22:12 Aufgabe 1.3: Singularitäten 0:28:15 Aufgabe 2: Dynamikmodellierung nach Lagrange 0:32:00 Methode nach Lagrange (Wiederholung) 0:33:07 Aufgabe 2.1: Kinetische Energie 0:40:24 Aufgabe 2.2: Potentielle Energie 0:42:06 Aufgabe 2.3: Lagrange-Funktion 0:50:17 Aufgabe 2.4: Bewegungsgleichung 0:55:02 Matlab

10 | 0:00:00 Start 0:01:43 Testfunktionen 0:05:15 Regelung von Manipulatoren 0:07:46 Gelenkregelung: Kaskadenregelung 0:11:16 Regelung im Gelenkwinkelraum 0:13:12 Regelung im kartesichen Raum 0:15:54 Struktur einer Roboterregelung 0:18:30 Regelungskonzepte für Manipulatoren 0:19:42 Kraft-Positionsregelung 0:21:18 Hybride Kraft-/ Positionsregelung 0:26:20 Impedanz-Regelung 0:28:35 Kraftbasierter Impedanzregler 0:29:27 Regelung bei ARMAR 0:31:53 Ausführung von Manipulationsaufgaben 0:32:49 Bildbasierte Positionsregelung für das Greifen 0:33:31 Sensoren 0:34:14 Positionsbasiertes Visual Servoing 0:37:31 Sensorbasierte Ausführung von Manipulationsaufgaben 0:39:24 Kraftregelung 0:40:39 Zweiarmige Manipulation 0:43:14 Englische Begriffe 0:43:39 Bahnsteuerung 0:45:05 Grundlagen der Bahnsteuerung: Trajektorie 0:46:09 Grundlagen der Bahnsteuerung: Problem 0:46:58 Bahnsteuerung: Beispiel für ein Gelenk 0:48:03 Bahnsteuerung: Darstellung der Zustände 0:50:37 Bahnsteuerung: Interpolation 0:51:54 Bahnsteuerung im Konfigurationsraum 0:55:16 Bahnsteuerung im Arbeitsraum 0:56:49 Bahnsteuerung: Vor- und Nachteile der Darstellungen 0:58:49 Direkte Programmierung: Teach-In 1:01:24 Direkte Programmierung: Playback 1:07:07 Interpolationsarten: Überblick 1:09:07 Punkt-zu-Punkt-Steuerung (PTP) 1:14:01 Interpolation für PTP mit Rampenprofil 1:21:08 Zeitoptimale Bahn 1:22:15 Interpolation für PTP mit Sinoidenprofil 1:24:21 Interpolationsarten: Rampen- vs. Sinoidenprofil 1:25:29 Asynchrone und synchrone PTP-Bahnen

09 | 0:00:00 Start 0:02:10 Aufbau und Wirkungsweise einer Regelung 0:11:10 Beispiele 0:20:16 Einführung - Regelkreis 0:22:19 Grundlagen der Regelung 0:24:37 Übertragungsfunktion 0:26:05 Laplace - Transformation 0:49:35 Übertragungsglieder 1:04:09 Grundlegende Regelkreise 1:13:30 Stabilität einer Regelung

08 | 0:00:00 Start 0:00:36 Überblick: Robotermodellierung 0:01:25 Inhaltsübersicht 0:01:47 Dynamisches Modell 0:07:49 Dynamische Bewegungsgleichung 0:09:32 Generalisierte Koordinaten 0:13:05 2D-Pendel 0:19:39 Direktes dynamisches Problem 0:20:59 Inverses dynamisches Problem 0:22:06 Beispiel eines dynamischen Modells 0:25:01 Methode nach Lagrange 0:38:33 Methode nach Newton-Euler 0:55:47 Herausforderungen der Dynamik 0:58:52 Lernen von Kinematik und Dynamik

07 | 0:00:00 Start 0:00:05 Fortsetzung Übung 2: Kinematik 0:00:29 Aufgabe 3: Turmdrehkran 0:01:38 Aufgabe 3.1: DH-Parameter des Krans 0:11:00 Aufgabe 3.1: Transformationsmatrix des Krans 0:14:30 Aufgabe 3.2: Jacobi-Matrix des Endeffektors 0:25:51 Aufgabe 3.3: Geschwindigkeit des Endeffektors 0:35:31 Beginn Vorlesung: Inverse Kinematik 0:36:06 Algebraische Methoden 0:37:51 Algebraische Methoden: Beispiele 0:44:38 Algebraische Methoden: Lösunsalgorithmus 0:50:31 Numerische Methoden 0:52:32 Gradientenabstieg: Optimierungsproblem 0:58:25 Gradientenabstieg: Beispiele 1:05:40 Numerische Methoden: Pseudoinverse 1:12:17 Pseudoinverse: Beispiele 1:22:40 Zusammenfassung