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We extend the attractor dynamics approach to generate goal-directed movement of a redundant, anthropomorphic arm while avoiding dynamic obstacles and respecting joint limits. To make the robot's movements human-like, we generate approximately straight-line trajectories by using two heading direction angles of the tool-point quite analogously to how movement is represented in the primate central nervous system. Two additional angles control the tool's spatial orientation so that it follows the tool-point's collision-free path. A fifth equation governs the redundancy angle, which controls the elevation of the elbow so as to avoid obstacles and respect joint limits. These variables make it possible to generate movement while sitting in an attractor (or, in the language of the potential field approach, in a minimum). We demonstrate the approach on an assistant robot, which interacts with human users in a shared workspace
Das übergeordnete Forschungsgebiet, in das sich die vorliegende Arbeit einbettet, befasst sich mit der Erforschung von informationsverabeitenden Prozessen im Gehirn und der Anwendung der resultierenden Erkenntnisse auf technische Systeme. In Analogie zu biologischen Systemen, deren Beschaffenheit aus den Anforderungen der Umwelt an ihr Verhalten resultiert, leitet sich die Anthropomorphie als Entwurfsprinzip für die Struktur des mit den Menschen interagierenden robotischen Assistenzsystemen ab. Der Autor behandelt in der vorliegende Arbeit das Problem der Erzeugung von Motorverhalten im dreidimensionalen Raum am Beispiel eines anthropomorphen Roboterarmes in einem anthropomorphen robotischen Assistenzsystem. Entwickelt wurde hierbei ein allgemeiner Ansatz, der die Konzepte der Erzeugung von Motorverhalten im 3D-Raum, der Voraussimulation dynamischer Systeme zur Systemdiagnose und zur Suche gewünschter Systemzustände, sowie ein Konzept der Organisation von Verhalten enthält und vereinigt. Nichtlineare dynamische Systeme bilden das mathematische Fundament, die einheitlich, formale Sprache des Ansatzes, mit der sowohl das Motorverhalten des Roboters als auch dessen zeitkontinuierliche Teilsysteme rückgekoppelt werden.