Intelligente Mensch-Maschine Schnittstellen stellen eine der Schlüsseltechnologien für Anwendungen in der…

Ziel der Entwicklungen im Bereich eRobotik ist die Bereitstellung einer umfassenden Softwareumgebung zur Bearbeitung robotischer Fragestellungen. Hierzu bringt eRobotik “Know-How der Robotik in die Forschungsbereiche Virtuelle Realität (VR) und 3D-Simulation”. Im Gegenzug ermöglicht eRobotik damit die Nutzung virtueller Welten zur Optimierung der robotischen Hardware- und Algorithmenentwicklung. Man erreicht so eine äußerst effiziente Symbiose zwischen VR- und Robotik-Techniken.

Modelle sind die Grundlage einer jeden Simulation und damit die Grundlage nahezu jeder eRobotik-Anwendung. Sie müssen den betrachteten Weltausschnitt ausreichend detailliert und korrekt wiedergeben. Die Erstellung dieser Modelle stellt jedoch häufig eine große Herausforderung dar. Dies gilt für die Modellierung von Roboterarbeitszellen in der industriellen Projektion genauso wie für die Nachbildung von Landegebieten von Explorationsrobotern oder Wäldern als “Holzproduktionsstätte”.

Methoden des “Simulation-based Control” ermöglichen im Kontext der 3D-Simulationstechnik in Anwendungen der Robotik und Automatisierung den Entwurf und die Erprobung neuartiger, komplexer Steuerungsalgorithmen. Die wesentliche Idee des Konzepts besteht darin, die Entwicklung, Parametrisierung und Verifikation von Steuerungsalgorithmen zunächst in so genannten Virtuellen Testbeds durchzuführen bis die Steuerung bzw. der Beobachter das gewünschte Verhalten aufweist. Anschließend stehen die Ergebnisse dann direkt in einer minimalen Version desselben Simulationssystems bereit, um auf Basis der identischen Simulationsmodelle und -algorithmen die reale Hardware in Echtzeit anzusprechen. Damit stellt das Konzept einen integrierten Entwicklungsansatz zur Verfügung, der durch den Transfer von Simulationstechnologien auf die reale Hardware die Lücke zwischen simuliertem und realem Betrieb eines Roboters oder einer Anlage schließt. Dieser Entwicklungsansatz stellt damit aufbauend auf den Konzepten der eRobotik neue Methoden zur Beherrschung der stetig wachsenden Komplexität aktueller Problemstellungen in der Robotik und Automatisierung zur Verfügung.

Nahezu alle Methoden der eRobotik basieren auf dem Einsatz moderner 3D-Simulationstechnik. Basis hierfür ist ein Modell des betrachteten Systems sowie seiner Einsatzumgebung. Ein wesentlicher Aspekt der eRobotik ist die Betrachtung des Verhaltens von Systemen im dreidimensionalen Raum. Daher liegt eRobotik-Anwendungen typischerweise ein 3D-Modell zu Grunde. Das “3D” verdeutlicht hierbei, das ein wesentlicher Aspekt der Nachbildung des Zielsystems die Modellierung seiner räumlichen Eigenschaften und seines Verhaltens im Raum ist. Dieses 3D-Modell ist die Grundlage für die 3D-Simulation. Diese hat die Nachbildung eines Systems mit seinem dynamischen Verhalten in einem experimentierbaren Modell zum Ziel. Daher stellt eRobotik mit Methoden der 3D-Simulationstechnik alle notwendigen Bausteine zur realitätsnahen Nachbildung komplexer dynamischer Systeme zur Verfügung. Wesentliche Schwerpunkte liegen hierbei auf dem Einsatz kalibrierter und verifizierter Simulationsalgorithmen, der parallelen und gleichzeitigen Nutzung unterschiedlicher Simulationsalgorithmen, der Integration der Steuerungssysteme sowie auf der Echtzeitfähigkeit der einzelnen Algorithmen zur Realisierung interaktiver Simulationen.

Bei Virtual Reality-Anwendungen steht häufig das (audio-) visuelle Feedback der Simulation im Vordergrund. Für viele Anwendungen ist allerdings darüber hinaus ein realitätsnahes Bewegungsfeedback unverzichtbar.

Eine wichtige Fragestellung bei der Realisierung unterschiedlichster Anwendungen ist die Bestimmung der absoluten Position einer Maschine oder einer Person auf der Erde oder auf einem Planeten.

Ein zentraler Aspekt nahezu jeder eRobotik-Applikation ist die grafische Darstellung/Visualisierung des Simulationszustands…