DAGE-MTI XLMC User Manual

Bachelorarbeit am Institut f¨ur Informatik der Freien Universit¨at Berlin,Arbeitsgruppe K¨unstliche InteligenzEine nat¨urliche Interaktionsschnittstel

3 Hard- und Software der Roboter Lutz Freitag3 Hard- und Software der RoboterHumanoide Roboter brauchen zur Bewegung viele Freiheitsgrade, die sie von

3.2 Antrieb Lutz FreitagAchsen und Befestigungen aus und k¨onnen mit einem seriellen Protokolleinzeln oder in Gruppen angesteuert und ausgelesen werde

4 Grundlagen Lutz Freitag4 GrundlagenIm Folgenden werden Techniken zur Generierung von Tiefeninformationenerl¨autert.4.1 TiefensensorSensoren, mit den

4.1 Tiefensensor Lutz Freitagmessen. Es gibt auch Ausf¨uhrungen solcher Sensoren, die auf an-dere Wellenl¨angen des Lichtes zur¨uckgreifen.– Akustisch

4.1 Tiefensensor Lutz FreitagLebewesen zwei Augen besitzen. Durch einen entsprechend dimen-sionierten bildverarbeitenden Apperat ist es dabei m¨oglich

4.2 Kinect Lutz FreitagAbbildung 4: Stereo Halbbilder, Wilfried Wittkowsky 20044.2 KinectDie Microsoft Kinect ist ein Sensor, der urspr¨unglich aussch

4.2 Kinect Lutz FreitagAufl¨osung 640 x 480 (VGA)Farbtiefe 8 Bit (Beyer)¨Offnungswinkel 58◦horizontal45◦vertikal70◦diagonal• TiefenkameraAufl¨osung 640 x

4.2 Kinect Lutz FreitagAbbildung 5: Tiefenbildgenerierung mit strukturiertem LichtIn Abbildung 5 wird beschrieben, wie Tiefeninformationen aus struktu

4.2 Kinect Lutz FreitagAbbildung 6: Koordinatensystem des Kinect-SensorsBei der Nutzung der Kinect muss beachtet werden, dass es mehrere Koor-dinatens

4.2 Kinect Lutz FreitagVer¨anderungen erkannt werden. Im Gegensatz zur Erkennung von Men-schen in Bildern hat man jedoch durch den Einsatz einer Tiefe

Lutz FreitagAbstractNatural interfaces are designated to easily generate inputs whichare significantly harder to realize using classic input devices su

4.2 Kinect Lutz FreitagAbbildung 7: Kalibrierungspose (Psi-Pose)durch den ersten Pixel der Nutzermaske ermittelt werden, der rechtsoder links neben de

4.3 OpenNI Lutz Freitag4.3 OpenNIIm Zuge der Entwicklung und stetig wachsenden Popularit¨at des Kinect-Sensors, gr¨undete sich im November 2010 die No

4.3 OpenNI Lutz Freitag1 <OpenNI>2 <L i c e n s e s>3 <L i c e n s e v end o r=”P rime Sens e ” key=”0KOIk2JeIBYClPWVnMoRKn5cdY4=”/>

4.3 OpenNI Lutz Freitagerl¨autert.Abbildung 8: Architektur des OpenNI Frameworks [11]Vorteilhaft an einer solchen Architektur ist, dass Production Nod

5 Steuerung durch Posen Lutz Freitag5 Steuerung durch PosenEin Ziel dieser Arbeit ist es die Bewegungen von fußballspielenden Roboterndirekt zu steuer

5.1 Winkel statt Positionen Lutz Freitagdes Nutzers, zu den Robotern¨ubertragen und dort mit einer inversenKinematik in Posen umgesetzt. Die Endeffekto

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz FreitagAbbildung 9: 3D Darstellung der Basispose mit den Normalenvektoren aufden Gelenken (re

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitag5.2.1 Mathematische Grundlagen• SkalarproduktDas Skalarprodukt p zweier Vektoren ~a,~b

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitag• RotationsmatrixRotationsmatritzen sind Matritzen mit der Vektoren um den Koordi-nate

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitag• Invertieren von RotationsmatritzenDie Inverse einer Rotationsmatrix ist ihre transpo

Eidesstattliche Erkl¨arungIch versichere hiermit an Eides Statt, dass diese Arbeit von niemand an-derem als meiner Person verfasst worden ist. Alle ve

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz FreitagAbbildung 10: 3D-Darstellung eines Nutzers mit Normalenvektoren (linksrot, rechts gr¨u

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitaglautet also:αScharniergelenk=(~a∗~b|a|∗|b|, f¨ur~a∗~b|a|∗|b|> αScharniergelen

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitagnicht m¨oglich ist, kann die y-Achse des K¨orperkoordinatensystemsgenutzt werden, da d

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitagdie Nickgelenke und an diesen die Rollgelenke. Die Roboter k¨onnen al-so den Oberarm n

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz FreitagWie oben beschrieben, m¨ussen zwei Winkel an den Schultern berechnetwerden:– Nickwinke

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz FreitagAbbildung 13: Winkel Berechnung an den BeinenRoboter. Bei der Berechnung des Gierwinke

5.2 Berechnung der Winkel der verschiedenen Gelenke Lutz Freitag~h =010×M−1F∗100×010αGier=~h6M−1K∗100(17)Es wird somit ein Hil

5.3 Probleme durch unterschiedliche K¨orpergeometrien Lutz FreitagαNick=M−1~y,αgier·0016M−1~y,αgier1~vHuef te−Knie− 90◦(19)Die 90◦ergeben sich

6.1 Funktionsweise Lutz Freitagwurden f¨ur die notwendigsten Bewegungsabl¨aufe der Roboter im Fußball-spiel Konzepte ausgearbeitet, mit denen die Robo

6.2 Aufstehgeste Lutz Freitagdie Zusands¨uberg¨ange stattgefunden haben. Dynamische Motions k¨onnen somit zus¨atzlichen Informationen beliefert werden

Inhaltsverzeichnis1 Einleitung 11.1 Die FUmanoids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Nat¨urliche Schnittstellen . . . . . . . .

6.3 Schussgeste Lutz Freitag6.3 SchussgesteDie Schussbewegung der Roboter ist der eines Menschen stark nachemp-funden. Sie verlagern das eigene Gewich

7 Laufsteuerung Lutz Freitagterschieden, indem die Funktionen mit * f¨ur das rechte Bein gelten. Die¨Uber-f¨uhrungsfunktionen bedeuten das Folgende:•

8 Fazit Lutz Freitagentweder global fest sein oder f¨ur die einzelnen Nutzer selbst berechnet wer-den. Befindet sich der Nutzer nah dem Mittelpunkt, bl

9 Ausblick Lutz Freitagnicht m¨oglich, da die Skelettierung die Beine nicht genau genug aufl¨osenkann. Eine L¨osung an dieser Stelle w¨aren Markierunge

Literatur Lutz FreitagLiteratur[1] Wikipedia: Deep map from Kinect, verf¨ugbar online unter:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Kinect2

Literatur Lutz Freitag[16] Robotis Inc. User’s Manual Dynamixel RX-28.[17] Robotis Inc. User’s Manual Dynamixel RX-64.[18] Daniel Seifert, Hamid Reza

Abbildungsverzeichnis1 FUmaoind von 2011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Anordnung der Servomotoren in den Robotern . . . . . . . . .

1 Einleitung Lutz Freitag1 EinleitungHumanoide Roboter, die sich menschen¨ahnlich verhalten, stellen eine großeHerausforderung dar. Die Proportionen u

1.2 Nat¨urliche Schnittstellen Lutz FreitagAbbildung 1: FUmaoind von 2011In der KidSize Liga des RoboCups treten humanoide Roboter, das heißtRoboter m

1.3 Aufgabenstellung Lutz FreitagBearbeiten von Bildern nicht ohne Maus. Beide Eingabeger¨ate haben ihreSt¨arken und Schw¨achen. In einigen Bereichen

2 Verwandte Arbeiten Lutz Freitag2 Verwandte ArbeitenNach der Ver¨offentlichung der ersten offenen Treiber f¨ur den Microsoft Kinect-Sensor, entwickelte