SkiROS2: Eine neue Ära in der Robotersteuerung

Die Nachfrage nach Robotern, die unabhängig arbeiten können, wächst, besonders in der Industrie und im Dienstleistungssektor. Viele Unternehmen wollen Roboter, die ihre Aufgaben leicht ändern können, vor allem, weil die Produktion auf kleinere Stückzahlen umschwenkt. Dieser Wandel braucht Robotersysteme, die verschiedene Aufgaben bewältigen und gut mit unterschiedlichen Robotertypen zusammenarbeiten können.

#Was ist SkiROS2?

SkiROS2 ist eine neue Plattform zur Steuerung von Robotern, die auf einem bestehenden System namens ROS aufbaut. Sie bietet eine intelligente Möglichkeit für Roboter, Aufgaben zu planen, auszuführen und auf Veränderungen in ihrer Umgebung zu reagieren. Es hat eine schichtartige Struktur, die hilft, die hochrangige Planung von den tatsächlichen Roboteraktionen zu trennen. Das bedeutet, dass das System denken und Entscheidungen treffen kann, während es auch schnell auf das reagiert, was um es herum passiert.

Die Plattform nutzt ein Modell namens erweitertes Verhaltenbaum, das Planung und Ausführung von Aktionen kombiniert. Diese Struktur ermöglicht Flexibilität und Modularität, was es den Robotern erleichtert, sich an neue Situationen anzupassen. SkiROS2 organisiert die Fähigkeiten der Roboter in drei Phasen: was passieren muss, bevor die Fähigkeit ausgeführt wird, welche Bedingungen während der Ausführung erfüllt sein müssen und was nach der Ausführung überprüft werden soll.

#Moderne Roboterbedürfnisse

Heutige Roboter sollen zunehmend komplexere Aufgaben erledigen. Das erfordert ein Systemdesign, das fortgeschrittene Steuerung und die Fähigkeit hat, aus Erfahrungen zu lernen. Da Roboter mehr Aufgaben übernehmen, ist es entscheidend, ein gemeinsames Kommunikationsframework zu haben, das es verschiedenen Robotersystemen erlaubt, effektiv zusammenzuarbeiten.

Die laufende Industrie 4.0-Bewegung unterstreicht die Notwendigkeit von Robotern, die sich anpassen und koordinieren können. Einige aktuelle Praktiken behindern jedoch diese Fortschritte. Viele Roboter verlassen sich auf verborgenes Wissen, das nicht leicht geteilt werden kann, was es schwierig macht, zwischen verschiedenen Aufgaben oder Robotertypen zu wechseln. Darüber hinaus sind viele Systeme an spezifische Programmierwerkzeuge eines Herstellers gebunden, was ihre Flexibilität einschränkt.

#Wissensintegration

Um diese Probleme zu lösen, legt SkiROS2 Wert auf eine klare Wissensrepräsentation. Anstatt auf versteckten Code zu setzen, macht das System sein Wissen auf strukturierte Weise verfügbar. Das hilft bei der Planung und Ausführung von Aufgaben. Die Plattform verwendet eine Graphstruktur zur Organisation des Wissens, was ein besseres Nachdenken über die Umgebung und Aufgaben des Roboters ermöglicht.

Der Ansatz von SkiROS2 stellt sicher, dass verschiedene Roboter Informationen teilen und effektiv zusammenarbeiten können. Die Plattform kann mit verschiedenen Ontologien und Szenenbeschreibungen arbeiten, was bedeutet, dass sie eine Vielzahl von Aufgaben über verschiedene Robotersysteme hinweg verstehen kann.

#Fähigkeitenmanagement

Ein wichtiger Teil von SkiROS2 ist das Fähigkeitenmanagementsystem. Jeder Roboter hat seinen eigenen Fähigkeitenmanager, der verschiedene Fähigkeiten verwaltet. Fähigkeiten werden als Verfahren definiert, die die Umgebung des Roboters von einem Zustand in einen anderen ändern. Sie können von einfachen Aufgaben wie dem Bewegen eines Arms bis hin zu komplexen Abläufen reichen, die mehrere Schritte umfassen.

Der Fähigkeitenmanager lädt Fähigkeiten, überprüft deren Bedingungen und überwacht deren Ausführung. Er nutzt ein Blackboard-System, um Informationen zwischen Fähigkeiten auszutauschen, was es den Robotern erleichtert, ihre Aktionen zu koordinieren. Dadurch können komplexere Verhaltensweisen ohne ständige menschliche Aufsicht auftreten.

#Das Weltmodell

Das Weltmodell repräsentiert das Verständnis des Roboters von seiner Umgebung. Es speichert Informationen über Objekte, deren Eigenschaften und Beziehungen. Das Weltmodell ist entscheidend für die erfolgreiche Ausführung von Fähigkeiten, da es den Roboter über den aktuellen Zustand seiner Umgebung informiert.

Das Weltmodell kann Informationen aus verschiedenen Quellen integrieren, wodurch der Roboter in der Lage ist, über unterschiedliche Situationen nachzudenken. Das hilft bei der Planung und Ausführung von Aufgaben auf adaptive und intelligente Weise.

#Aufgabenmanagement

SkiROS2 beinhaltet auch einen Aufgabenmanager, der dem Roboter hilft, höhere Ziele zu planen und auszuführen. Dieser Manager interagiert mit Systemen wie Manufacturing Execution Systems (MES), wodurch der Roboter komplexe Befehle empfangen und umsetzen kann.

Auf eine Weise fungiert der Aufgabenmanager als Brücke zwischen alltäglichen Aufgaben und der fortgeschrittenen Planung, die für spezifische Ziele erforderlich ist. Er verwendet eine Beschreibungssprache für die Planung, die den Prozess der Erstellung komplexer Aufgabenfolgen vereinfacht.

#Steuerungsstrategien

Die Steuerungsstrategie von SkiROS2 basiert auf einem hybriden Ansatz. Das bedeutet, dass sie sowohl reaktive als auch planende Methoden kombiniert. Das System kann langfristige Pläne machen und gleichzeitig auf unmittelbare Veränderungen in der Umgebung reagieren.

Dieses Design ermöglicht eine anspruchsvolle Aufgabenbewältigung. Während der Roboter seinen nächsten Schritt plant, kann er trotzdem auf unerwartete Ereignisse reagieren. Diese doppelte Fähigkeit macht SkiROS2 effektiver in dynamischen Umgebungen.

#Fähigkeitstypen

Fähigkeiten in SkiROS2 können in zwei Kategorien unterteilt werden: primitive Fähigkeiten und zusammengesetzte Fähigkeiten. Primitive Fähigkeiten repräsentieren einfache Aktionen wie das Bewegen eines Roboterarms oder das Öffnen eines Greifers. Zusammengesetzte Fähigkeiten sind komplexer und können Abfolgen primitiver Fähigkeiten beinhalten.

Die Fähigkeitenbeschreibung hilft zu definieren, was eine Fähigkeit tun kann, welche Parameter sie benötigt und welche Bedingungen erfüllt sein müssen. Diese klare Organisation hilft bei der Erstellung und Verwaltung von Fähigkeiten, sodass Roboter effizient Aufgaben ausführen können.

#Praktische Anwendungsbeispiele

SkiROS2 ist mit realen Anwendungen im Hinterkopf entwickelt worden. Hier sind ein paar Szenarien, in denen es besonders nützlich sein kann:

#Pick-and-Place-Aufgabe

Bei einer Pick-and-Place-Aufgabe bewegt ein mobiler Roboter Gegenstände von einem Ort zum anderen. Zum Beispiel könnte ein Roboter ein Objekt aufnehmen und es auf einem anderen Arbeitsplatz ablegen müssen. Er muss sich zwischen den Standorten bewegen und seinen Arm benutzen, um den Gegenstand zu greifen, während er sicherstellt, dass er die richtige Ausrichtung mit dem Objekt hat.

SkiROS2 vereinfacht diesen Prozess durch die Verwendung vordefinierter Fähigkeiten. Anstatt umfangreiche menschliche Eingaben zu benötigen, kann das System automatisch bestimmen, welche Aktionen basierend auf seiner Programmierung und seinem Verständnis der Umgebung erforderlich sind.

#Doppelt-Arm Kolben-Einfügung

Dieser Anwendungsfall beinhaltet präzise Operationen, wie das Einfügen eines Kolbens in einen Motorblock. Der Roboter muss seine beiden Arme synchronisieren, um die Aufgabe genau auszuführen. Das erfordert nicht nur die Ausführung von Fähigkeiten, sondern auch die Fähigkeit, sich basierend auf Echtzeit-Rückmeldungen aus seiner Umgebung anzupassen.

SkiROS2 ermöglicht es dem Roboter, aus vergangenen Erfahrungen zu lernen und seine Präzision im Laufe der Zeit zu verbessern. Wenn der Roboter merkt, dass er seine Position leicht anpassen muss, um eine erfolgreiche Einfügung zu erreichen, kann er lernen, solche Anpassungen in der Zukunft vorzunehmen.

#Lernen durch Verstärkung

SkiROS2 kann auch verwendet werden, um Roboter neue Fähigkeiten durch verstärkendes Lernen beizubringen. Das passiert, wenn ein Roboter durch Versuch und Irrtum lernt und Feedback basierend auf seiner Leistung erhält. Zum Beispiel kann ein Roboter üben, Objekte zu schieben und dabei lernen, wie man am besten Kraft anwendet.

Durch die Möglichkeit, Simulationen durchzuführen und verschiedene Ansätze zu testen, kann der Roboter die effektivsten Methoden für unterschiedliche Aufgaben finden. Dieses kontinuierliche Lernen trägt zur Verbesserung der Gesamtleistung bei.

#Fazit

SkiROS2 bietet eine moderne Lösung zur Steuerung autonomer Roboter. Durch den Fokus auf klare Wissensrepräsentation, flexibles Fähigkeitenmanagement und Integration mit bestehenden Systemen adressiert es die Herausforderungen, die in der heutigen Robotiklandschaft bestehen.

Die Plattform unterstützt verschiedene Anwendungen und ermöglicht es Robotern, eine breite Palette von Aufgaben zu erledigen. Mit SkiROS2 können Roboter sich an verändernde Umgebungen anpassen, aus Erfahrungen lernen und nahtlos mit anderen Systemen zusammenarbeiten. Die Zukunft der Robotik sieht vielversprechend aus mit innovativen Plattformen wie SkiROS2, die den Anforderungen komplexer industrieller und dienstlicher Aufgaben gerecht werden.