Methoden für das Explorieren, Manipulieren und die sichere Mensch-Roboter-Interaktion mit kapazitiven taktilen Näherungssensoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Björn Hein; Professor Dr.-Ing. Heinz Wörn
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243587898

Während im Vorgängerprojekt das Sensorprinzip des taktilen Näherungssensors (TNS) und seine Ausprägungen als Module für Arm und Greifer des Roboters untersucht wurden, sind in dem hier beantragten Projekt die Methoden und Algorithmen, mit denen die Ereignisse im Nahbereich um den Roboter mit TNS erfasst und modelliert werden können, der Forschungsgegenstand. Die Gesamtheit der TNS-Module auf einem Roboter stellen eine intelligente Haut dar. Die Anwendungsszenarien sind hier die aktive Exploration der Umwelt, das Greifen und diesichere Mensch-Roboter-Interaktion. Die entwickelten Methoden sollen die Qualität bisheriger Lösungsansätze verbessern und die Grenzen des bisher Erreichbaren deutlich erweitern. Eine wichtige Rolle spielen dabei das kapazitive Messprinzip und die Ortsauflösung in der taktilen und der Näherungsmodalität, die eine flächendeckende, räumliche Wahrnehmung ermöglichen. Erstmals werden hier Algorithmen für die Exploration, das Greifen und die sichere Mensch-Roboter-Interaktion entwickelt, welche beide Modalitäten, Näherungsmessung und Druckempfindlichkeit, in ortsauflösender Konfiguration berücksichtigen. Ziel der Exploration mit TNS ist es zu erforschen, mit welchen Strategien ein mit TNS ausgestatteter Roboter kontaktlos und kontaktbehaftet ein Umweltmodell erstellen kann. Die Qualität von bisher existierenden Lösungen für das Greifen und Manipulieren soll signifikant verbessert werden. Für eine sichere Mensch-Roboter-Kooperation sollen Algorithmen entwickelt werden, welche entsprechend der mit den TNS erfassten aktuellen Situation die Bahn und die Geschwindigkeit des Roboters automatisch verändern. Ebenso sollen neue Algorithmen eine TNS-basierte Interaktion über Näherung und Taktilität ermöglichen, damit der Mensch den Roboter steuern und programmieren kann. Entsprechend dem Kontext der Aufgabe und Situation (Explorieren, Manipulieren, Interagieren) sollen für den Roboter geeignete Verhaltensstrategien und Algorithmen erforscht werden.Der Ausgangspunkt der Arbeit im Projekt sind TNS-Module, die im Vorgängerprojekt erforscht und erfolgreich implementiert wurden. Im ersten Teil des Projekts werden Algorithmen für die Sensorsignalverarbeitung erforscht, die es ermöglichen, aus den Sensorsignalen robuste Merkmale zu identifizieren, die dann für eine übergeordnete Verarbeitung geeignet sind. Es folgt die Integration des Sensors als intelligente Haut in ein Robotersystem. Darauf aufbauend werden die Algorithmen und Methoden für das Explorieren, Manipulieren und Interagieren entwickelt. Zum Abschluss werden die Projektergebnisse in einem kombinierten Demonstrationsszenario, das einen mit TNS ausgestatteten Roboter beinhaltet, gezeigt und evaluiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen