Haut und Ganzkörperbewegung großer Objekte mit drehmoment- und positionsgesteuerten humanoiden Robotern

• Antragsteller: Professor Dr. Gordon Cheng
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505597051

HoRoPo zielt darauf ein neues Modell für die Bewegungsplanung von humanoiden Robotern mit Haut zu entwickeln. Dabei werden große Objekte mit drehmomentgesteuerten und nicht drehmomentgesteuerten humanoiden Robotern manipuliert, um die Grenzen der beiden Ansätze zu vergleichen und zu einem einheitlichen Regelungsansatz zu verschmelzen. Es sollen modellbasierte prädiktive Regler entwickelt werden, die die Vorteile der Haut sowie der drehmoment- und drehmomentfreien Roboter ausnutzen. Die wissenschaftliche Herausforderung ist hierbei die zahlreichen Kontakte zwischen Robot und Objekt zu berücksichtigen. HoRoPo wird das Potenzial der Haut für die Regelung der Ganzkörpermanipulation erforschen. Es stützt sich dabei auf die Arbeiten des deutschen Teams (TUM-ICS) zur Haut und des französischen Teams (LAAS-Gepetto) zur prädiktiven Ganzkörperregelung. TUM-ICS hat sehr gute Ergebnisse in der Detektion von Kontakten über die Roboterhaut erzielt. LAAS hat den Algorithmus Crocoddyl für die modellprädiktive Steuerung (MPC) entwickelt. Dieser ermöglicht die Bewegungsplanung für einen Humanoiden mittles MPC erstmals in Echtzeit zu berechnen. TUM-ICS hat bereits den menschengroßen humanoiden Roboter REEM-C mit Haut ausgestattet und Ganzkörperbewegungen mit taktiler Rückkopplung ohne Drehmomentsteuerung implementiert. Vor fünf Jahren schlug LAAS-Gepetto Verbesserungen für den REEM-C vor, um ihn leistungsfähiger zu machen und die Aktoren auf der Drehmoment-Ebene zu steuern. HoRoPo wird einen drehmomentgesteuerten Roboter (TALOS) mit Haut ausstatten, um schwere Gegenstände zu manipulieren und eine vergleichbare Strategie für nicht drehmomentgesteuerte Roboter (H-1) untersuchen. LAAS-Gepetto wird Croccodyl erweitern, um mit mehreren Kontakten umzugehen und das vorgesehene Verhalten je nach Zustand des Roboters online ändern. Ganzkörper- Bewegungsplanung mittles MPC ist durch die Menge an möglichen Trajektorien schwierig. Der Planner kann leicht in lokalen Minima stecken. Ein erfolgreicher Ansatz zur Bewältigung dieses Problems ist die Verwendung von maschinellem Lernen, um die wahrscheinlichste Lösung für das Problem durch eine statistische Untersuchung zu erlernen. Der von TUM-ICS entwickelte Prototyp der Roboterhaut verfügt über multimodale Sensorik. Sie wurde bereits für den Humanoiden H-1 zur Erforschung des Gleichgewichts und des Gehens verwendet, mit einem entsprechenden Software-Framework. HoRoPo wird diese Fähigkeit auf die Ganzkörpermanipulation ausweiten. TUM-ICS wird sich auf die Erkennung von Kontakten und die auf mehreren Kontakten basierende Regelung eines humanoiden Roboters mit Positions- oder Drehmomentsteuerungsfähigkeiten konzentrieren. Die entwickelten Regelungsverfahren werden eine neue Forschungsrichtung in der humanoiden Robotik eröffnen und so zahlreiche neue Anwendungsbereiche eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Privatdozent Olivier Stasse, Ph.D.