Entwicklungsumgebung für Roboterschwärme

In der vorliegenden Arbeit werden der systematische Entwurf und die Entwicklung einer Entwicklungsumgebung für Roboterschwärme beschrieben, die auf die spezifischen Eigenarten solcher Multi-Roboter-Systeme (MRS) eingeht. Kernstück der Entwicklungsumgebung sind eine interpretierte Steuersprache sowie eine dynamische interaktive Arena für Experimente. Die Entwicklungsumgebung vereinfacht den Entwurf von MRS, was in mehreren Experimenten mit verschiedenen Robotern anschaulich dargelegt wird

Zellenbasierte Dienst-Entdeckung für Roboternetzwerke

Jia Lei DuZugl.: Paderborn, Univ., Diss., 200

Fähigkeitsbasierte Kooperation von Heterogenen Robotersystemen

Durch stetige Weiterentwicklung gibt es nicht nur immer mehr Roboter in unserem Umfeld, sondern vor allem mehr Spezial"-Roboter die für einen eng umrissenen Anwendungsfall konzipiert wurden. In dieser Arbeit wird ein Konzept für die Kooperation dieser heterogenen Robotersysteme entwickelt um das ganze Potential aktueller Robotik für Aufgaben nutzen zu können. Es wird ein Behavior Tree basierter Ansatz für die Modellierung von Fähigkeiten und Missionen Entwickelt. Durch in den Behavior Tree integrierte Konzepte wie Parametrisierung oder entfernte Ausführungsumgebungen können Missionen schnell erstellt und über das ganze Team verteilt ausgeführt werden. Zusammen mit einem Framework für die multiroboter Koordination welches einen automatischen Austausch, Marktbasierte Verteilung und Ausführungsüberwachung der Fähigkeiten umsetzt können Roboter ihre Fähigkeiten oder Teile davon dadurch dynamisch zum Erreichen einer Mission beisteuern. Während aktuelle Lösungen die Kommandierung sowie Kommunikation aller Systeme auf den kleinsten gemeinsamen Nenner abstrahieren wird in dieser Arbeit untersucht wie insbesondere sehr heterogene Systeme in einem Team eingebunden werden können ohne deren Komplexität zu beschränken. Durch individuelle Kostenberechnungen kann jedes System selbst bestimmen wie geeignet es ist, durch einen universellen Health"-Werte jedoch im Team teilen. Eine dynamische Abbildung der Fähigkeiten auf eine roboterspezifischen Implementierungen zur Laufzeit ermöglichen Aufgaben homogen zu verteilen, aber individuell auszuführen. Die Entwickelten Konzepte und Umsetzungen werden mit realen und simulierten Experimenten mit verschiedenen Roboterteams und Domänen evaluiert

Dresdner Universitätsjournal

"Dresdner Universitätsjournal" vom 16. September 201

Tagungsband Mechatronik 2011: Dresden 31. März – 1. April 2011

Mit dieser sechsten Auflage der Tagung MECHATRONIK 2011 verbindet sich neben dem 10-jährigen Tagungsjubiläum (die erste Tagung fand im Jahre 2001 statt) auch gleichzeitig eine Premiere. Nachdem die ersten fünf Tagungen erfolgreich unter den Fittichen des VDI bzw. des VDI-Wissensforums stattgefunden hatten, beginnt das zweite MECHATRONIK-Dezennium in einem geänderten Format und mit neuen Verantwortlichkeiten und wird dennoch die bewährten Traditionen der deutschsprachigen Mechatronik-Fachgemeinde weiter pflegen. Academia trifft Industrie — Mechatronik und mechatronische Produkte sind seit jeher geprägt durch die Verknüpfung von interdisziplinärem methodenorientierten Wissen und nutzerorientierter Produktgestaltung. Diese Verknüpfung bildet sich höchst erfolgreich speziell in der deutschsprachigen Mechatronik-Fachgemeinde ab, nicht zuletzt deshalb haben deutsche Mechatronikprodukte weltweit eine exzellente Marktpräsenz. Diese enge Verzahnung ist aber ebenso im Tagungsgeschehen etabliert, wo seit vielen Jahren, im Gegensatz zu vielen anderen Ländern und internationalen Tagungen, eine gute Balance zwischen Teilnehmern aus Hochschulen und Industrie gegeben ist. Dies trifft auch auf die MECHATRONIK 2011 zu, mit 47 (70 %) Beiträgen aus Hochschulen und 20 (30 %) Beiträgen aus der Industrie bzw. Industriebeteiligung. Academia trifft Industrie — Dieser Sachverhalt wird zukünftig auch ganz transparent an den Tagungsorten und dem Tagungsumfeld sichtbar sein. Ab diesem Jahr 2011 wird die Organisation und Ausrichtung durch akademische Tagungsveranstalter durchgeführt werden. Die bisherigen wissenschaftlichen Tagungsleiter Prof. Burkhard Corves (Rheinisch- Westfälische Technische Hochschule - RWTH Aachen) und Prof. Klaus Janschek (Technische Universität Dresden) werden zukünftig gemeinsam mit Prof. Torsten Bertram (Technische Universität Dortmund) für die Ausrichtung und Durchführung verantwortlich zeichnen. Als Veranstaltungsort sind entsprechende Räumlichkeiten an den beteiligten Universitäten geplant (2011 in Dresden, 2013 in Aachen, 2015 in Dortmund). Neben einer Kostenersparnis erwarten sich die Veranstalter durch das gegenüber Kongresszentren doch intimere Umfeld einen lebendigen Gedankenaustausch zwischen Wissenschaftlern, Industrievertretern und nicht zuletzt mit dem wissenschaftlichen Nachwuchs. Speziell Studierenden soll damit ein einfacherer Zugang in die Welt des wissenschaftlichen Diskurses mit Experten aus der Industrie und Praxis ermöglicht werden. Academia trifft Industrie — Eine Stärke der bisherigen MECHATRONIK-Tagungen war immer die breite fachliche Verankerung durch die verantwortliche Trägerschaft der VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (VDI-GPP) und VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (VDI/VDEGMA). Im Selbstverständnis dieser Fachgesellschaften spielt die Bereitstellung von Kommunikationsplattformen zwischen Hochschulen und Industrie eine zentrale Rolle. In den verschiedenen Fachausschüssen von VDI-GPP und VDI/VDE-GMA findet dieser Meinungs- und Informationsaustausch regelmäßig statt. Um eine breitere Fachöffentlichkeit in diese Diskussionen einzubeziehen, ist eine gemeinsame Tagung zum Thema Mechatronik eine logische und fruchtbare Konsequenz. Auch zukünftig wird der enge fachliche und institutionelle Kontakt der Tagung MECAHTRONIK zu den Fachgesellschaften aufgrund der personellen Verankerung der Tagungsveranstalter in den Fachgesellschaften VDI-GPP und VDI/VDE-GMA erhalten bleiben. Das Tagungsprogramm 2011 bietet ein breit gefächertes Angebot an aktuellen und innovativen Fragestellungen zur Mechatronik: mechatronische Produkte, Serienfertigung mechatronischer Produkte, Ressourceneffizienz, Nutzerfreundlichkeit und Akzeptanz, Entwicklungsmethoden und -werkzeuge sowie innovative Konzepte

Verteilte Interpolation : Bewegungssynchronisierung in dezentral gesteuerten Mehrachssystemen

Integrierte Miniatursteuerungen sind Technologiebefähiger für Industrie 4.0. Die Verwendung solcher Steuerungen in Automatisierungskomponenten ermöglicht es, diese als intelligente Elemente in Fertigungsstationen und -zellen einzusetzen. Solche intelligenten Komponenten bieten ihre Funktionen über das Produktionsnetzwerk an und können, kombiniert mit weiteren Automatisierungskomponenten, auch höherwertige Funktionen realisieren. Ein Spezialfall der dezentralen Ansteuerung mit solchen höherwertigen Funktionen ist die gemeinsame synchronisierte Bewegung von positionierenden Automatisierungskomponenten. In klassischen Automatisierungssystemen wird diese Aufgabe meist von einer zentralen Bewegungssteuerung berechnet, koordiniert und durchgeführt. In dieser Arbeit wird betrachtet, welche alternativen Systemarchitekturen zur Interaktion zwischen den Miniatursteuerungen geeignet sind, um eine verteilte Bewegungssteuerung umzusetzen. Die agentenbasierte Systemarchitektur wird in dieser Arbeit von anderen Ansätzen abgegrenzt, daraus folgende Anforderungen betrachtet und geeignetes Agentenverhalten abgeleitet

Aufgabenorientierte Multi-Robotersteuerungen auf Basis des SBC-Frameworks und DEVS: vorgelegt von Birger Freymann

In der Industrie sind Roboter bereits seit Jahrzehnten als leistungsfähige und flexible Werkzeuge etabliert. Mit neuen Anwendungsbereichen und Anforderungen, wie sie zum Beispiel im Rahmen der Industrie 4.0 Initiative definiert werden, kommt der effizienten Entwicklung von Robotersteuerungen eine immer größere Bedeutung zu. Diese Tendenz erfordert die Entwicklung neuer Methoden zur herstellerunabhängigen und applikationsübergreifenden Programmierung von Roboteranwendungen. Entscheidend sind hierbei systematische Vorgehensmodelle, theoriekonforme und modellbasierte Entwicklungsmethoden sowie moderne Programmiersysteme als Entwicklungswerkzeuge. Die Vielzahl der herstellerspezifischen Entwicklungsumgebungen auf dem Markt zeigt, dass sich existierende Standards im Bereich der Steuerungsentwicklung für Roboter bisher kaum durchsetzen konnten. Die methodische und softwaretechnische Diversität erschwert es, unterschiedliche Robotertypen und Roboter unterschiedlicher Hersteller in Teams zu gruppieren, um leistungsfähige, flexible und kostengünstige Multi-Robotersysteme (MRS) umzusetzen. Durchgängige Toolketten sowie Methoden der Modellbildung und Simulation spielen dabei eine wichtige Rolle. In der Literatur wird in diesem Zusammenhang vom Rapid-Control-Prototyping (RCP) gesprochen. Gegenwärtig sind RCP-basierte Techniken in der industriellen Robotik fast immer herstellerspezifisch. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur durchgängigen, modellbasierten und herstellerunabhängigen Steuerungsentwicklung für Roboterteams mit industriellen Knickarmrobotern entwickelt. Aufbauend auf dem Simulation-Based-Control (SBC)-Ansatz und dem Task-Oriented-Control (TOC)-Ansatz werden Entwicklungsmethoden aus dem Bereich von Single-Robotersystemen (SRS) auf MRS übertragen. Es werden mögliche Interaktionen zwischen Robotern untersucht und hierauf aufbauend Interaktionsklassen definiert. Zur Umsetzung einer durchgängigen Steuerungsentwicklung wird der Discrete-Event-System-Specification (DEVS)-Formalismus diskutiert und es werden Erweiterungen zur Echtzeit- und Prozessanbindung untersucht. Hieraus abgeleitet wird ein modifizierter Formalismus entwickelt und dessen Eignung zur durchgängigen, modellbasierten Steuerungsentwicklung anhand eines Fallbeispiels demonstriert. Zur Spezifikation der entwickelten Modelle wird die DEVS-Diagramm-Notation verwendet und um zusätzliche Beschreibungsmittel erweitert. Basierend auf den zuvor definierten Interaktionsklassen werden Lösungsansätze zur TOC-basierten Umsetzung von Interaktionen mittels modularer und wiederverwendbarer Aufgaben erarbeitet. Anschließend wird deren prototypische Umsetzung anhand von Fallbeispielen mittels des neu entwickelten DEVS-Formalismus gezeigt. Die Komplexität der Interaktionen steigt mit jedem Fallbeispiel an. Zur besseren Handhabung der Komplexität wird mit dem Erweiterten System-Entity-Structure/Model-Base (SES/MB)-Ansatz eine zusätzliche modellbasierte Technik eingeführt, mit dem SBC- sowie dem TOC-Ansatz integriert und anhand eines Fallbeispiels der bisherigen Vorgehensweise gegenübergestellt.Robots have been established in industry for decades as powerful and flexible tools. With new application areas and requirements, such as those defined in the context of the Industry 4.0 initiative, the efficient development of robot controllers is becoming increasingly important. This trend requires the development of new methods for the manufacturer-independent and application-independent programming of robot applications. The decisive factors here are systematic procedural models, theory-compliant and model-based development methods, and modern programming systems as development tools. The large number of manufacturer-specific development environments on the market shows that existing standards in the area of control development for robots have hardly been able to establish themselves. The methodological and software diversity makes it difficult to group different robot types and robots from different manufacturers in teams in order to implement powerful, flexible and cost-effective multi-robot systems (MRS). Continuous tool chains as well as methods of modeling and simulation play an important role in this context. In the literature, rapid control prototyping (RCP) is spoken of in this context. Currently, RCP-based techniques in industrial robotics are almost always manufacturer-specific. In this thesis, an approach for end-to-end, model-based and vendor-independent control development for robot teams with industrial jointed-arm robots is developed. Based on the Simulation-Based-Control (SBC) approach and the Task-Oriented-Control (TOC) approach, development methods from the field of single robot systems (SRS) are transferred to MRS. Possible interactions between robots are investigated and, based on this, interaction classes are defined. For the implementation of an integrated control development the Discrete-Event-System-Specification (DEVS) formalism is discussed and extensions for real-time and process integration are investigated. Derived from this, a modified formalism is developed and its suitability for integrated, model-based control development is demonstrated by means of a case study. For the specification of the developed models the DEVS diagram notation is used and extended by additional descriptive means. Based on the previously defined interaction classes, approaches for the TOC-based implementation of interactions are developed using modular and reusable tasks. Subsequently, their prototypical implementation is shown on the basis of case studies using the newly developed DEVS formalism. The complexity of the interactions increases with each case study. For a better handling of the complexity, the Extended System-Entity-Structure/Model-Base (SES/MB) approach is introduced as an additional model-based technique, integrated with the SBC and TOC approaches, and compared with the previous approach using a case study