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Autonom oder teilautonom agierende Roboter haben in den letzten Jahren ein großes Einsatzgebiet in vielen Bereichen der Automatisierung von technischen Anlagen, aber auch der Service- und Assistenzsystemen, eingenommen. Dabei stellen Kameras eine kostengünstige und zuverlässige Sensorart dar, die die Durchführung kontaktloser Messungen erlaubt. Sie werden zur Umgebungserfassung sowie zur Robotersteuerung bzw. Regelung eingesetzt. Dabei wird das Visual Servoing Verfahren häufig angewendet, um die Ergebnisse der Bildverarbeitung in die Regelung des Roboters zu integrieren. Die Kameras werden in der Regel fest montiert, wodurch der Arbeitsraum des Service-roboters sehr stark eingeschränkt wird.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Verfahren zur visuellen Regelung eines Roboterarms mit Hilfe von verstellbaren Zoom-Kameras, die auf zwei Schwenk-Neige-Köpfen montiert sind. Die Problematik besteht dabei im Wesentlichen darin, dass die Anordnung Kameras - Roboterarm nicht exakt vermessen werden kann und somit keine zuverlässige Kalibrierung des Systems möglich ist. Zudem verfügen der Roboterarm sowie Zoommechanismus der Kameras über eine sehr schlechte Wiederholgenauigkeit, die den Einsatz von Visual Servoing Verfahren erzwingt. Durch den Einsatz von beweglichen Kameras mit Zoomantrieben müssten die bereits an anderen Stellen vorgeschlagenen Regelkreise um Zoom- und Orientierungsregelkreise erweitert werden. Die Integration der zusätzlichen Freiheitsgrade in das Gesamtsystem und das dabei entstandene Mehrgrößensystem wurde im Rahmen dieser Arbeit auf optimale Struktur untersucht und entworfen. Die theoretischen Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Trennung des Gesamtsystems in drei nahezu unabhängige Regelkreise für Positionierung des Roboters, Orientierung und Zoom-Regelung der Kameras möglich ist. Die Strategien zum Einsatz dieser Regelkreise zur Realisierung der Serviceszenarien, sind ebenfalls im Rahmen vorliegender Arbeit untersucht und herausgearbeitet worden.
Die untersuchten Verfahren wurden in einem am Institut für Automatisierungstechnik entwickelten Rehabilitationsroboter FRIEND, erfolgreich realisiert und getestet.
