Kollisionsfreie Bahnplanung mit Rapidly exploring Random Trees (RRTs) bei mehreren Robotern

Inhaltsangabe:Einleitung: Überall werden in zunehmendem Maße Roboter zur Automatisierung verschiedenster Prozesse eingesetzt. Grundsätzlich führt ein Roboter Bewegungen aus, die ihm in einem Programm vorgegeben wurden, das entweder im Voraus entwickelt wurde, oder erst zur Laufzeit durch entsprechende Algorithmen aus Sensordaten generiert wird. Ein essentielles Merkmal solcher Bewegungsabläufe ist, daß diese kollisionsfrei sein müssen. Der Roboter muß Hindernissen in seiner Umgebung ausweichen, um weder sich, noch die Umgebung zu beschädigen. Der abgeschlossene Arbeitsbereich den man einem Roboter, z.B. in der automatisierten Produktion zuweist, wird möglichst klein gehalten, da diese Fläche Geld kostet. Somit ergibt sich, daß die Umgebung, in der sich der Roboter frei bewegen darf, so stark eingeschränkt ist, daß hier häufig die Gefahr der Kollision besteht. Heute findet zudem selten nur ein einzelner Roboter Anwendung, sondern es werden vielmehr mehrere Roboter eingesetzt, die gemeinsam an einem Werkstück arbeiten bzw. Aufgaben erledigen müssen. Somit verschärft sich das Problem der Kollisionsvermeidung zusätzlich, da nun jeder Roboter zusätzlich beweglichen Hindernissen ausweichen muß. Da dies für jeden der beteiligten Roboter gilt, ist die Bewegung dieser Hindernisse außerdem nicht vorhersagbar. Heutzutage werden meist noch Experten eingesetzt, die effiziente Methoden kennen, um solche kollisionsfreien Bewegungsabläufe von Hand zu implementieren. Mit zunehmender Komplexität der Umgebung, der Roboter und des Einsatzfeldes, sowie vor allen Dingen bei autonomen Robotern, wie z.B. Transportfahrzeugen in einem automatisierten Teilelager, ist es aber nicht mehr möglich, solche Bewegungsabläufe in akzeptabler Zeit und Qualität von Hand zu erzeugen. Folglich besteht ein großes Interesse an Algorithmen, die diese Aufgabe automatisiert lösen. Ziel ist es, kollisionsfreie Bewegungsabläufe für mehrere Roboter zu berechnen. Am konkreten Beispiel soll dies für eine Arbeitsumgebung mit 6-Achs-Robotern, sowie einige ausgewählte Problemsituationen, wie sie in einem Hochregallager mit mehreren Transportrobotern auftreten, untersucht werden. Es soll eine Anwendung entwickelt werden, die es ermöglicht kollisionsfreie Bewegungsabläufe für mehrere Roboter automatisch zu entwerfen. Diese Anwendung wird als Plugin für die Roboter-Simulationssoftware Easy-RobTM in C++ entwickelt. Easy-RobTM wird zur Visualisierung der Roboter, ihrer Umgebung sowie der [...]