Roboter, die von Menschen lernen

Im Rahmen der European Robotics Week 2013 präsentierte Ende November das Institut für Informatik der Universität Innsbruck ihr Know-How der interessierten Öffentlichkeit. Die Forschungsgruppe Intelligente und Interactive Systeme (IIS), geleitet von Univ.-Prof. Justus Piater, zeigte, wie Roboter von Menschen lernen können, Objekte zu manipulieren.
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Bild: SchülerInnen im IIS-Robotik-Labor. (Foto: Institut für Informatik)

Am 29. November 2013 öffnete das Labor der Forschungsgruppe IIS an der Universität Innsbruck seine Türen für die Öffentlichkeit. Das Team rund um Univ.-Prof. Justus Piater erforscht, wie der Roboter von Menschen lernen kann, um komplexe Aufgaben lösen zu können. Anhand von zwei Beispielen konnten die BesucherInnen diese Lernprozesse des Roboters nachverfolgen.

Im ersten Experiment steht ein Gegenstand (z.B. eine Schüssel) im Arbeitsbereich des Roboters. Ein Mensch führt die Roboterhand in eine Greifposition, schließt den Greifer, hebt den Gegenstand an, und setzt ihn wieder ab. Der Gegenstand wird nun in eine andere Position gebracht. Der Roboter hebt diesen selbstständig an, ohne menschliche Hilfe. Justus Piater erklärt: „Der Roboter ist in der Lage, die Pose des zu greifenden Objektes zu schätzen. Anhand eines 3D-Objektmodelles und eines Kinect-Tiefensensors berechnet der Roboter die Position der Hand und des Objektes. Wird letzteres umgestellt, so kann der Roboter die neue, dazugehörige Greiferpose berechnen.“

Im zweiten Experiment hält der Roboter einen Gewindebolzen. Ein dazu passendes Werkstück liegt wiederum im Arbeitsbereich des Roboters. Ein Mensch führt die Roboterhand, um es zu greifen und auf den Gewindebolzen aufzuschrauben. Danach führt der Roboter diese Tätigkeit selbstständig aus. Hier merkt sich der Roboter nicht nur die Posen, sondern auch die Trajektorien, also die Bewegungspfade. Darüber hinaus ist vorprogrammiert, dass die Drehbewegung unter axialem Druck erfolgt. Damit das Gewinde greift, ist entscheidend, dass der Roboter im „impedance control“-Modus gesteuert wird. Dieser Modus sorgt für die nötige Flexibilität bei der Interaktion zwischen Roboter und Objekt. Der Arm des Roboters erkennt, welche Kräfte beim Aufsetzen des Gewindes notwendig sind, so ähnlich wie auch ein Mensch blind Gewinde eindrehen kann.

Diese Technik ist vor allem für die Optimierung von Industrierobotern interessant. Konventionelle Industrieroboter lassen sich von diesen Kräften nicht beeindrucken. Das Eindrehen von Gewinden ist sehr schwierig, weil die Gewinde exakt passend eingeführt werden müssen.

IIS – Intelligente und Interaktive Systeme

Prof. Piaters Forschungsarbeit konzentriert sich auf die autonomen intelligenten Systeme, die auf nicht triviale Weise in komplexen Umgebungen agieren. Eine langfristige Motivation für seine Forschungsarbeiten sind die Entwicklungsfortschritte im Bereich Haushaltsroboter sowie die Mensch-Maschine-Kommunikation. Dabei erarbeitet er neue Methoden zum Erlernen von visuellen Objektmodellen, die von einem Roboter zunächst erkannt, dann aufgegriffen und schließlich auch in eine neue Position gebracht werden können.

Das Robotik-Labor steht insbesondere auch interessierten Schülerinnen und Schülern zur Verfügung. 120 SchülerInnen besuchten am 29. November 2013 das Labor, weitere Führungen werden gerne bei Voranmeldung unter informatik@uibk.ac.at organisiert.

European Robotics Week

Vom 25. November 2013 bis 1. Dezember 2013 präsentierten europaweit Universitäten, Unternehmen und Forschungsinstitutionen die Anwendungsgebiete und Forschungsergebnisse in der Robotik. Die European Robotics Week findet jährlich statt um neueste Entwicklungen in der Robotik aus Forschung und Industrie der Öffentlichkeit zu präsentieren.

(Justus Piater, Gabriele Strasser)