Thomas Wösch

Reactive motion control for human-robot tactile interaction

In the field of service robotics, robots serve and assist human beings. It is natural for humans to directly interact with the robot via tactile interfaces. This paper introduces several kinds of tactile interactions between a user and the robot as well as interactions of the robot with the environment. All interactions are implemented in a single paradigm: Forces measured from tactile sensors result in motion vectors at the contact points. The motion vectors from different sensors are superimposed and then determine the robots joint velocities. We present results from our experimental setup consisting of an 8 degrees of freedom manipulator arm mounted on a mobile platform. In the illustrated example, a human interacts with the robot using only the tactile interface.

Efficient trajectory optimization using a sparse model

The “timed elastic band” approach optimizes robot trajectories by subsequent modification of an initial trajectory generated by a global planner. The objectives considered in the trajectory optimization include but are not limited to the overall path length, trajectory execution time, separation from obstacles, passing through intermediate way points and compliance with the robots dynamic, kinematic and geometric constraints. “Timed elastic bands” explicitly consider spatial-temporal aspects of the motion in terms of dynamic constraints such as limited robot velocities and accelerations. The trajectory planning operates in real time such that “timed elastic bands” cope with dynamic obstacles and motion constraints. The “timed elastic band problem” is formulated as a scalarized multi-objective optimization problem. Most objectives are local and relate to only a small subset of parameters as they only depend on a few consecutive robot states. This local structure results in a sparse system matrix, which allows the utilization of fast and efficient optimization techniques such as the open-source framework “g2o” for solving “timed elastic band” problems. The “g2o” sparse system solvers have been successfully applied to VSLAM problems. This contribution describes the application and adaptation of the g2o-framework in the context of trajectory modification with the “timed elastic band”. Results from simulations and experiments with a real robot demonstrate that the implementation is robust and computationally efficient.

MobMan - Ein mobiler Manipulator für Alltagsumgebungen

Der Einsatz von mobilen Servicerobotern beschrankt sich bisher auf Transport- und Reinigungsaufgaben, bei welcher Mobilitat und Navigation in einer 2-dimensionalen Welt die zentrale Rolle spielen. Weitere Einsatzgebiete (z.B. im Haushalt) erfordern die Fahigkeit, Gegenstande manipulieren zu konnen. Inhalt dieses Beitrages ist die Beschreibung des bei der Siemens AG hierfur entwickelten Forschungsprototypen fur Mobilitat und Manipulation (MobMan) in Alltagsumgebungen. Der Schwerpunkt liegt auf einem Ansatz zur Steuerung von Manipulationsskills in komplexen Alltagsumgebungen.

Kollisionserkennung und -vermeidung für einen mobilen Manipulator

Im Bereich der mobilen Servicerobotik sind Interaktionsmoglichkeiten zwischen Mensch und Maschine erwunscht, die deutlich uber derzeit verfugbare hinausgehen. In diesem Beitrag werden ein Kollisionsvermeidung s system und Kontaktreflexsystem vorgestellt, die zusammen mit einer „kunstlichen Haut“ die unmittelbare Interaktion im gleichen Arbeitsbereich ermoglichen. Die beruhrungslose und taktile Sensorik des Systems dient der Umgebungswahrnehmung und tragt daruber hinaus zur Sicherheit des Benutzers bei. Beispielhafte Ergebnisse werden mit Hilfe einer Simulation und anhand von Experimenten mit einem realen Roboter gezeigt.