initial commit

.gitignore

@@ -0,0 +1,315 @@
+
+# Created by https://www.toptal.com/developers/gitignore/api/latex
+# Edit at https://www.toptal.com/developers/gitignore?templates=latex
+
+### LaTeX ###
+## Core latex/pdflatex auxiliary files:
+*.aux
+*.lof
+*.log
+*.lot
+*.fls
+*.out
+*.toc
+*.fmt
+*.fot
+*.cb
+*.cb2
+.*.lb
+
+## Intermediate documents:
+*.dvi
+*.xdv
+*-converted-to.*
+# these rules might exclude image files for figures etc.
+# *.ps
+# *.eps
+# *.pdf
+
+## Generated if empty string is given at "Please type another file name for output:"
+.pdf
+
+## Bibliography auxiliary files (bibtex/biblatex/biber):
+*.bbl
+*.bcf
+*.blg
+*-blx.aux
+*-blx.bib
+*.run.xml
+
+## Build tool auxiliary files:
+*.fdb_latexmk
+*.synctex
+*.synctex(busy)
+*.synctex.gz
+*.synctex.gz(busy)
+*.pdfsync
+
+## Build tool directories for auxiliary files
+# latexrun
+latex.out/
+
+## Auxiliary and intermediate files from other packages:
+# algorithms
+*.alg
+*.loa
+
+# achemso
+acs-*.bib
+
+# amsthm
+*.thm
+
+# beamer
+*.nav
+*.pre
+*.snm
+*.vrb
+
+# changes
+*.soc
+
+# comment
+*.cut
+
+# cprotect
+*.cpt
+
+# elsarticle (documentclass of Elsevier journals)
+*.spl
+
+# endnotes
+*.ent
+
+# fixme
+*.lox
+
+# feynmf/feynmp
+*.mf
+*.mp
+*.t[1-9]
+*.t[1-9][0-9]
+*.tfm
+
+#(r)(e)ledmac/(r)(e)ledpar
+*.end
+*.?end
+*.[1-9]
+*.[1-9][0-9]
+*.[1-9][0-9][0-9]
+*.[1-9]R
+*.[1-9][0-9]R
+*.[1-9][0-9][0-9]R
+*.eledsec[1-9]
+*.eledsec[1-9]R
+*.eledsec[1-9][0-9]
+*.eledsec[1-9][0-9]R
+*.eledsec[1-9][0-9][0-9]
+*.eledsec[1-9][0-9][0-9]R
+
+# glossaries
+*.acn
+*.acr
+*.glg
+*.glo
+*.gls
+*.glsdefs
+*.lzo
+*.lzs
+*.slg
+*.slo
+*.sls
+
+# uncomment this for glossaries-extra (will ignore makeindex's style files!)
+# *.ist
+
+# gnuplot
+*.gnuplot
+*.table
+
+# gnuplottex
+*-gnuplottex-*
+
+# gregoriotex
+*.gaux
+*.glog
+*.gtex
+
+# htlatex
+*.4ct
+*.4tc
+*.idv
+*.lg
+*.trc
+*.xref
+
+# hyperref
+*.brf
+
+# knitr
+*-concordance.tex
+# TODO Uncomment the next line if you use knitr and want to ignore its generated tikz files
+# *.tikz
+*-tikzDictionary
+
+# listings
+*.lol
+
+# luatexja-ruby
+*.ltjruby
+
+# makeidx
+*.idx
+*.ilg
+*.ind
+
+# minitoc
+*.maf
+*.mlf
+*.mlt
+*.mtc[0-9]*
+*.slf[0-9]*
+*.slt[0-9]*
+*.stc[0-9]*
+
+# minted
+_minted*
+*.pyg
+
+# morewrites
+*.mw
+
+# newpax
+*.newpax
+
+# nomencl
+*.nlg
+*.nlo
+*.nls
+
+# pax
+*.pax
+
+# pdfpcnotes
+*.pdfpc
+
+# sagetex
+*.sagetex.sage
+*.sagetex.py
+*.sagetex.scmd
+
+# scrwfile
+*.wrt
+
+# svg
+svg-inkscape/
+
+# sympy
+*.sout
+*.sympy
+sympy-plots-for-*.tex/
+
+# pdfcomment
+*.upa
+*.upb
+
+# pythontex
+*.pytxcode
+pythontex-files-*/
+
+# tcolorbox
+*.listing
+
+# thmtools
+*.loe
+
+# TikZ & PGF
+*.dpth
+*.md5
+*.auxlock
+
+# titletoc
+*.ptc
+
+# todonotes
+*.tdo
+
+# vhistory
+*.hst
+*.ver
+
+# easy-todo
+*.lod
+
+# xcolor
+*.xcp
+
+# xmpincl
+*.xmpi
+
+# xindy
+*.xdy
+
+# xypic precompiled matrices and outlines
+*.xyc
+*.xyd
+
+# endfloat
+*.ttt
+*.fff
+
+# Latexian
+TSWLatexianTemp*
+
+## Editors:
+# WinEdt
+*.bak
+*.sav
+
+# Texpad
+.texpadtmp
+
+# LyX
+*.lyx~
+
+# Kile
+*.backup
+
+# gummi
+.*.swp
+
+# KBibTeX
+*~[0-9]*
+
+# TeXnicCenter
+*.tps
+
+# auto folder when using emacs and auctex
+./auto/*
+*.el
+
+# expex forward references with \gathertags
+*-tags.tex
+
+# standalone packages
+*.sta
+
+# Makeindex log files
+*.lpz
+
+# xwatermark package
+*.xwm
+
+# REVTeX puts footnotes in the bibliography by default, unless the nofootinbib
+# option is specified. Footnotes are the stored in a file with suffix Notes.bib.
+# Uncomment the next line to have this generated file ignored.
+#*Notes.bib
+
+### LaTeX Patch ###
+# LIPIcs / OASIcs
+*.vtc
+
+# glossaries
+*.glstex
+
+# End of https://www.toptal.com/developers/gitignore/api/latex

.kile/mechforsch.kilepr.gui

@@ -0,0 +1,51 @@
+[General]
+kile_livePreviewEnabled=true
+kile_livePreviewStatusUserSpecified=true
+kile_livePreviewTool=LivePreview-PDFLaTeX
+lastDocument=main.tex
+
+[document-settings,item:main.bib]
+Bookmarks=
+Encoding=UTF-8
+Highlighting=BibTeX
+Highlighting Set By User=false
+Indentation Mode=normal
+Mode=BibTeX
+Mode Set By User=false
+
+[document-settings,item:main.tex]
+Bookmarks=
+Encoding=UTF-8
+Highlighting=LaTeX
+Highlighting Set By User=false
+Indentation Mode=normal
+Mode=LaTeX
+Mode Set By User=false
+
+[item:main.bib]
+open=true
+order=1
+
+[item:main.tex]
+open=true
+order=0
+
+[item:mechforsch.kilepr]
+open=false
+order=-1
+
+[view-settings,view=0,item:main.bib]
+CursorColumn=37
+CursorLine=112
+Dynamic Word Wrap=false
+JumpList=
+TextFolding={"checksum":"cb71bb47ec4a72f8446e70ca886b18c3c2c08129","ranges":[]}
+ViMarks=
+
+[view-settings,view=0,item:main.tex]
+CursorColumn=96
+CursorLine=11
+Dynamic Word Wrap=false
+JumpList=
+TextFolding={"checksum":"f4caf9757786962cf6187282471f06ce0896d120","ranges":[]}
+ViMarks=

main.bib

@@ -0,0 +1,120 @@
+ 
+@misc{moveitProgress,
+  title = {Fortschritt der Entwicklung von MoveIt 2},
+  url = {https://docs.google.com/spreadsheets/d/1aPb3hNP213iPHQIYgcnCYh9cGFUlZmi_06E_9iTSsOI/edit#gid=0},
+  note = {letzter Zugriff: 5.4.2022},
+}
+
+@misc{quaternion,
+  title = {Humane Rigging 03 - 3D Bouncy Ball 05 - Quaternion Rotation},
+  url = {https://www.youtube.com/watch?v=4mXL751ko0w},
+  note = {letzter Zugriff: 5.4.2022},
+}
+
+@misc{trianglestrip,
+  title = {Android Lesson Eight: An Introduction to Index Buffer Objects (IBOs)},
+  url = {https://www.learnopengles.com/tag/triangle-strips/},
+  note = {letzter Zugriff: 5.4.2022},
+}
+
+@misc{octomap,
+  title = {OctoMap},
+  url = {https://octomap.github.io},
+  note = {letzter Zugriff: 13.4.2022},
+}
+
+@misc{gazeborosport,
+  title = {Port gazebo\_ros\_pkgs to ROS 2.0},
+  url = {https://github.com/ros-simulation/gazebo_ros_pkgs/issues/512},
+  note = {letzter Zugriff: 13.4.2022},
+}
+
+@misc{moveit_docs,
+  title = {MoveIt 2 Documentation},
+  url = {https://moveit.picknik.ai/galactic/index.html},
+  note = {letzter Zugriff: 13.4.2022},
+}
+
+@misc{sdf,
+  title = {SDFormat Specification},
+  url = {http://sdformat.org/spec},
+  note = {letzter Zugriff: 13.4.2022},
+}
+
+@misc{urdf,
+  title = {Tutorial: Using a URDF in Gazebo},
+  url = {http://gazebosim.org/tutorials/?tut=ros_urdf},
+  note = {letzter Zugriff: 13.4.2022},
+}
+
+@article{AngleraudHoubrePieters+2019+318+329,
+  author = {Alexandre Angleraud and Quentin Houbre and Roel Pieters},
+  doi = {doi:10.1515/pjbr-2019-0025},
+  url = {https://doi.org/10.1515/pjbr-2019-0025},
+  title = {Teaching semantics and skills for human-robot collaboration},
+  journal = {Paladyn, Journal of Behavioral Robotics},
+  number = {1},
+  volume = {10},
+  year = {2019},
+  pages = {318--329}
+}
+
+@INPROCEEDINGS{6907656,
+  author={Marzinotto, Alejandro and Colledanchise, Michele and Smith, Christian and Ögren, Petter},
+  booktitle={2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)},
+  title={Towards a unified behavior trees framework for robot control},
+  year={2014},
+  volume={},
+  number={},
+  pages={5420-5427},
+  doi={10.1109/ICRA.2014.6907656}
+}
+
+@misc{isla2005handling,
+  title={Handling complexity in the halo 2 ai. GDC 2005 Proceedings},
+  author={Isla, D},
+  year={2005}
+}
+
+@misc{iisy,
+  title={LBR iisy},
+  url={https://www.kuka.com/de-de/produkte-leistungen/robotersysteme/industrieroboter/lbr-iisy},
+  note = {letzter Zugriff: 18.4.2022},
+}
+
+@misc{cobot,
+  title={Cobots: der intelligente Roboter als Kollege},
+  url={https://www.kuka.com/de-de/future-production/mensch-roboter-kollaboration/cobots},
+  note = {letzter Zugriff: 18.4.2022},
+}
+
+@misc{mrk,
+  title={Mensch-Roboter-Kollaboration: Willkommen, Kollege Roboter!},
+  url={https://www.kuka.com/de-de/future-production/mensch-roboter-kollaboration},
+  note = {letzter Zugriff: 18.4.2022},
+}
+
+@article{
+    doi:10.1126/scirobotics.abm6074,
+    author = {Steven Macenski  and Tully Foote  and Brian Gerkey  and Chris Lalancette  and William Woodall },
+    title = {Robot Operating System 2: Design, architecture, and uses in the wild},
+    journal = {Science Robotics},
+    volume = {7},
+    number = {66},
+    pages = {eabm6074},
+    year = {2022},
+    doi = {10.1126/scirobotics.abm6074},
+    URL = {https://www.science.org/doi/abs/10.1126/scirobotics.abm6074}
+}
+
+@misc{ros-git,
+  title={GitHub - ros2/ros2: The Robot Operating System, is a meta operating system for robots.},
+  url={https://github.com/ros2/ros2},
+  note = {letzter Zugriff: 02.04.2023},
+}
+
+@misc{colcon,
+  title={colcon - collective construction},
+  url={https://colcon.readthedocs.io/en/released/},
+  note = {letzter Zugriff: 02.04.2023},
+}

main.ist

@@ -0,0 +1,31 @@
+% makeindex style file created by the glossaries package
+% for document 'main' on 2022-4-3
+actual '?'
+encap '|'
+level '!'
+quote '"'
+keyword "\\glossaryentry"
+preamble "\\glossarysection[\\glossarytoctitle]{\\glossarytitle}\\glossarypreamble\n\\begin{theglossary}\\glossaryheader\n"
+postamble "\%\n\\end{theglossary}\\glossarypostamble\n"
+group_skip "\\glsgroupskip\n"
+item_0 "\%\n"
+item_1 "\%\n"
+item_2 "\%\n"
+item_01 "\%\n"
+item_x1 "\\relax \\glsresetentrylist\n"
+item_12 "\%\n"
+item_x2 "\\relax \\glsresetentrylist\n"
+delim_0 "\{\\glossaryentrynumbers\{\\relax "
+delim_1 "\{\\glossaryentrynumbers\{\\relax "
+delim_2 "\{\\glossaryentrynumbers\{\\relax "
+delim_t "\}\}"
+delim_n "\\delimN "
+delim_r "\\delimR "
+headings_flag 1
+heading_prefix "\\glsgroupheading\{"
+heading_suffix "\}\\relax \\glsresetentrylist "
+symhead_positive "glssymbols"
+numhead_positive "glsnumbers"
+page_compositor "."
+suffix_2p ""
+suffix_3p ""

main.out.ps

@@ -0,0 +1,81 @@
+%!
+/pdfmark where{pop}
+{/globaldict where{pop globaldict}{userdict}ifelse/pdfmark/cleartomark load put}
+ifelse
+[
+/Title(\376\377\000E\000i\000n\000l\000e\000i\000t\000u\000n\000g)
+/Action/GoTo/Dest(chapter.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000A\000u\000f\000g\000a\000b\000e)
+/Action/GoTo/Dest(chapter.2)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000L\000\366\000s\000u\000n\000g\000s\000k\000o\000n\000z\000e\000p\000t)
+/Count -4
+/Action/GoTo/Dest(chapter.3)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000R\000O\000S)
+/Count -2
+/Action/GoTo/Dest(section.3.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000M\000o\000v\000e\000I\000t)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.3.1.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000B\000e\000h\000a\000v\000i\000o\000r\000\040\000T\000r\000e\000e)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.3.1.2)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000G\000a\000z\000e\000b\000o)
+/Count -1
+/Action/GoTo/Dest(section.3.2)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000S\000e\000n\000s\000o\000r\000e\000n)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.3.2.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000R\000o\000b\000o\000t\000e\000r)
+/Action/GoTo/Dest(section.3.3)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000Z\000u\000s\000a\000m\000m\000e\000n\000f\000a\000s\000s\000u\000n\000g)
+/Action/GoTo/Dest(section.3.4)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000U\000m\000s\000e\000t\000z\000u\000n\000g)
+/Count -1
+/Action/GoTo/Dest(chapter.4)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000R\000O\000S)
+/Count -4
+/Action/GoTo/Dest(section.4.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000A\000u\000s\000w\000a\000h\000l\000\040\000d\000e\000r\000\040\000R\000O\000S\000-\000U\000m\000g\000e\000b\000u\000n\000g)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.4.1.1)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000G\000a\000z\000e\000b\000o)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.4.1.2)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000M\000o\000v\000e\000I\000t)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.4.1.3)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000B\000e\000h\000a\000v\000i\000o\000u\000r\000-\000T\000r\000e\000e\000s)
+/Action/GoTo/Dest(subsection.4.1.4)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000E\000r\000g\000e\000b\000n\000i\000s\000s\000e)
+/Action/GoTo/Dest(chapter.5)cvn
+/OUT pdfmark
+[
+/Title(\376\377\000D\000i\000s\000k\000u\000s\000s\000i\000o\000n)
+/Action/GoTo/Dest(chapter.6)cvn
+/OUT pdfmark

main.tex

@@ -0,0 +1,425 @@
+\documentclass[paper=a4,
+ngerman,
+captions=tableabove,
+fontsize=11pt,
+numbers=noenddot,
+parskip=half,
+]{scrreprt}
+\usepackage[ngerman]{babel}
+\usepackage[T1]{fontenc}
+\usepackage{lmodern}
+\usepackage{csquotes}
+\usepackage[includehead,includefoot, left=3.0cm, right=2.5cm, top=1.5cm, bottom=1.5cm]{geometry}
+\usepackage{acro}
+\usepackage{listings}
+\usepackage[style=numeric,backend=biber]{biblatex}
+\usepackage{pdfpages}
+\usepackage{scrhack}
+\usepackage{xcolor}
+\usepackage{enumitem}
+\usepackage{hyperref}
+\usepackage{tabularray}
+
+\usepackage[letterspace=150]{microtype}
+\usepackage[onehalfspacing]{setspace}
+\usepackage[page]{totalcount}
+\usepackage[automark,headsepline=.4pt,plainheadsepline]{scrlayer-scrpage}         % Erstellung von selbst definierten Kopfzeilen
+\clearpairofpagestyles%\clearscrheadfoot veraltet
+\renewcommand*{\chaptermarkformat}{
+  \chaptername~\thechapter\autodot\enskip
+}
+
+\ihead*{\rightmark}
+\ohead*{\thepage}
+\setkomafont{pageheadfoot}{\normalfont}
+
+\pagestyle{scrheadings}
+
+\pdfminorversion=7
+
+\addbibresource{main.bib}
+
+% Title Page
+\title{}
+\subtitle{mechatronisches Forschungsprojekt}
+\author{Bastian Maximilian Hofmann}
+
+
+\DeclareAcronym{ros}{
+  short=ROS,
+  long=Robot Operating System,
+}
+\DeclareAcronym{fsm}{
+  short=FSM,
+  long=Finite-State-Machine,
+}
+\DeclareAcronym{mrk}{
+  short=MRK,
+  long=Mensch-Roboter-Kollaboration,
+}
+
+
+\begin{document}
+
+\setcounter{page}{1}
+\pagenumbering{Roman}
+
+\begin{titlepage}
+
+\includepdf[pages=-]{Deckblatt.pdf}
+
+\end{titlepage}
+
+\tableofcontents
+
+\includepdf[pages=-]{Aufgabenstellung.pdf}
+
+\setcounter{page}{1}
+\pagenumbering{arabic}
+
+
+\chapter{Einleitung}
+\section{Motivation}
+Das Feld der Mensch-Roboter-Kollaboration entwickelt sich mit zunehmender Geschwindigkeit fort.
+Viele Unternehmen bieten neue Lösungen für die unterschiedlichsten Einsatzszenarien der Endanwender.
+
+Dabei ist eine Prüfung des Anwendungsfalls sinnvoll, um etwaige Probleme der Interaktion früh erkennen und beheben zu können.
+Diese Prüfung kann durch eine Simulation, in welcher der konkrete Anwendungsfall abgebildet wird, vereinfacht werden.
+
+Außerdem bietet eine Simulation die Möglichkeit, die Aufgabe des Roboters, ohne dessen Anschaffung, evaluieren zu können.
+Das so gefertigte Modell des Anwendungsfalls könnte später auch als Grundlage für einen digitalen Zwilling dienen.
+Dieser kann später zur Wartung und Fehlerdiagnose des Systems dienen.
+
+-MRK häufiger ein Thema
+-Anwendungsfälle sollen evaluiert werden
+-Erprobung von Szenarien ohne Roboter
+
+->Simulation eine kompletten Szenarios mit Roboter und Mensch
+\section{Stand der Wissenschaft}
+Aktuelle Arbeiten:
+
+-Planung von Interaktionen
+
+-Parametervergrleiche von maschinellen und menschlichen Bewegungen
+
+-Vermeidung von Kollisionen und Strategie
+
+-Steuerung von Robotern mit Behavior Trees
+
+-> Keine allgemeine Simulation einen gesamten Szenarios mit Mensch.
+
+\url{https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2351978918311442}
+\url{https://www.researchgate.net/publication/319888916_Interactive_Simulation_of_Human-robot_Collaboration_Using_a_Force_Feedback_Device}
+\url{https://elib.dlr.de/120687/1/human_motion_projection.pdf}
+\url{https://www.researchgate.net/publication/220065749_Human-Robot_Collaboration_a_Survey}
+
+\section{Welche Szenarien}
+Die drei Szenarien sollten so gewählt werden, dass vorher genutzte Bestandteile in späteren, komplexeren Szenarien weiter genutzt werden können.
+Hierfür kommen bestimmte Aufgaben, wie zum Beispiel die Manipulation von Objekten, besonders in Frage, da diese viele ähnliche Bestandteile haben, jedoch mehrere Szenarien denkbar sind.
+
+Das erste abgebildete Szenario soll sich mit der Simulation einer bereits vollautomatisierten Fertigungsaufgabe handeln, in welcher ein Roboter im Arbeitsbereich eines Menschen Teile fertigt.
+Die zu erwartende Interaktion beschränkt sich hierbei auf die Anpassung der Fahrgeschwindigkeit bei Annäherung des Menschen.
+
+Bei dem zweiten Szenario soll der Roboter Teile sortieren und auf ein Fließband legen, falls diese weiter genutzt werden können.
+Der Mensch muss nun nur noch den Ausschuss beseitigen, welcher vom Roboter in eine besondere Zone gelegt wird.
+
+Die dritte simulierte Aufgabe stellt ein Colaborationsszenario dar, in welchem Mensch und Roboter an der selben Aufgabe arbeiten.
+Hierbei soll eine Palette entladen werden, wobei der Roboter nicht jedes Objekt ausreichend manipulieren kann.
+In diesen Fällen muss nun ein Mensch aushelfen, wodurch er mit dem Roboter in Interaktion tritt.
+\section{Welcher Nutzen / Contributions}
+- Erkennen von konzeptionellen Problemen vor Ersteinsatz
+
+- Definition von Interaktion mit einfacheren Strukturen als State-Machines
+\chapter{Konzept}
+Die zu entwickelnde Simulation soll die bisher meißt separaten Zweige der Roboter- und Menschensimulation verbinden.
+Um die beiden Akteuren in der simulierten Umgebung zu steuern, werden Befehle von außerhalb der Simulation eingesetzt.
+Diese Befehle werden dabei von externer Software unter der Verwendung von Behavior Trees und Feedback aus der Simulation generiert.
+
+Die zu erarbeitende Softwareumgebung soll einfach erweiterbar sein, um weitere Modifikationen und die Umsetzung anderer Projekte zuzulassen.
+Hierzu zählt die Austauschbarkeit und Erweiterbarkeit von Komponenten wie der simulierten Welt, dem Roboter oder dem simulierten Mensch.
+Um diese Möglichkeiten zu schaffen, sind die Systeme modular aufgebaut.
+
+-Mensch und Roboter in Simulation
+-Austauschbare Welt
+-Beliebig erweiterbar
+\section{Simulation des Roboters}
+Der simulierte Roboter soll für viele unterschiedliche Szenarien nutzbar sein, was spezialisierte Robotertypen ausschließt.
+Außerdem ist die enge Interaktion mit Menschen interessant, was einen für Mensch-Roboter-Kollaboration ausgelegten Roboter spricht.
+Für diese beschriebenen Kriterien eignet sich der KUKA LBR iisy, welcher als Cobot vermarktet wird.
+Cobot ist dabei ein Portemanteau aus Collaborative und Robot, was die besondere Eignung für MRK-Szenarien noch einmal unterstreicht.
+Er besitzt auch einen modifizierbaren Endeffektor, um unterschiedlichste Aufgaben erfüllen zu können.
+
+Um den Kuka iisy in der Simulation verwenden zu können, muss ein Modell des Roboterarms erstellt werden.
+Anhand dieses Modells kann der Roboter dann in der Simulation dargestellt werden und mit anderen Objekten interagieren.
+
+-Beruhend auf echtem Roboter (Kuka iisy)
+-Kollision
+\section{Simulation des Menschen}
+Der Mensch soll in der Simulation typische Aufgaben erledigen und häufiges Verhalten abbilden können.
+Hierzu werden Animationen verwendet, welche die aktuelle Tätigkeit darstellen.
+Für komplexere Verhaltensweisen können Animationen und andere Aktionen, wie zum Beispiel eine Bewegung und Rotation kombiniert werden, um zum Beispiel die Aktion ``laufen'' auszuführen.
+
+Auch hier wird ein Modell der Person für die Simulation benötigt.
+Außerdem werden mehrere Animationen und Übergänge zwischen diesen benötigt, um bestimmte Bewegungen darstellen zu können.
+Hinzu kommt noch eine Komponente, welche diese Animationen und andere Parameter von außen entgegennehmen kann, um sie in der Simulation ausführen zu können.
+Um die spätere Steuerung des Menschen von außerhalb zu erleichtern, müssen diese Aktionen im Fortschritt überwacht und abgebrochen werden können.
+
+-Dynamische Ausführung von Befehlen
+-Erkennbare Bewegungsabläufe
+\section{Behavior Trees}
+-Steuerung von Mensch und Roboter
+-Vermeidung der Nachteile von großen State-Machines
+\chapter{Komponenten-/Softwareauswahl}
+\section{Dienstumgebung (ROS2)}
+\subsection{Auswahl}
+\subsection{Beschreibung}
+ROS2\cite{doi:10.1126/scirobotics.abm6074}, später auch einfach nur ROS genannt, beschreibt sich selbst als ``a meta operating system for robots''\cite{ros-git}.
+Hierbei ist ``operating system'' nicht in seiner herkömmlichen Bedeutung eines vollständigen Betriebssystems zu verstehen.
+Es handelt sich um eine gemeinsame Basis für Programme und Daten, welche durch ROS bereitgestellt wird.
+Einzelne Bestandteile sind dabei in Pakete gegliedert.
+Ein Paket kann dabei beliebig viele Daten und Programme beinhalten.
+Programme, welche mit anderen Programmen in der Umgebung interagieren, werden in ROS ``Nodes'' genannt.
+
+Zu den Aufgaben von ROS gehören dabei:
+\begin{description}
+ \item[Buildumgebung]\hfill \\
+  ROS benutzt colcon \cite{colcon}, um Pakete in den Workspaces reproduzierbar zu erstellen.
+  Hierfür werden CMake und einige Erweiterungen, wie z.B. ament\_cmake eingesetzt.
+
+ \item[Workspaceverwaltung]\hfill \\
+  Pakete können in verschiedenen Verzeichnissen installiert werden und müssen für andere Pakete auffindbar sein.
+  ROS nutzt hierfür von colcon generierte Skripte, welche beim Erstellen eines Pakets mit angelegt werden.
+  Das Ausführen eines solchen Skripts fügt alle Pakete im Workspace der aktuellen Konsolenumgebung hinzu.
+
+ \item[Abhängigkeitsverwaltung]\hfill \\
+  ROS kann durch die in den Paketen deklarierten Abhängigkeiten prüfen, ob diese in der aktuellen Umgebung verfügbar sind.
+  Dies vermeidet Abstürze und undefiniertes Verhalten in der Ausführung von Nodes.
+
+ \item[Datenübertragung]\hfill \\
+  Nodes müssen miteinander auf einem festgelegten Weg kommunizieren können, um beliebige Verbindungen dieser zu unterstützen.
+  Dieser wird durch ROS in Form mehrerer Bibliotheken für unterschiedliche Sprachen bereitgestellt.
+
+ \item[Parameterübergabe]\hfill \\
+  Nodes benötigen häufig problemspezifische Konfiguration, um in vorher nicht bedachten Szenarien eingesetzt werden zu können.
+  ROS stellt diese durch deklarierfähige und integrierte Argumente bereit.
+
+ \item[Startverwaltung]\hfill \\
+  In sogenannten ``launch''-Files können verschiedene Nodes und andere ``launch''-Files zu komplexen Startvorgängen zusammengefasst werden.
+\end{description}
+
+
+\section{Simulationsumgebung (Gazebo)}
+\subsection{Auswahl}
+Als Simulationsumgebung können verschiedene Programme genutzt werden, welche sich in ihrem Funktionsumfang stak unterscheiden.
+Hierfür kommen dedizierte Werkzeuge zur Robotersimulation, aber auch zum Beispiel universell einsetzbare Gameengines in Frage.
+Diese Werkzeuge müssen hierfür auf ihre Tauglichkeit für die gesetzte Aufgabe geprüft werden.
+Auch andere Aspekte sind hierbei zu betrachten, wie Lizenzen oder schwer bewertbare Aspekte wie Nutzerfreundlichkeit.
+Für die Auswahl kommen verschiedene Prgramme in Frage, welche im folgenden weiter beleuchtet werden.
+
+CoppeliaSim:
+Gute Robotersimulation
+Keine Simulation von Menschen
+Library ist Open Source, jedoch nicht kostenfrei kommerziell einsetzbar.
+
+Gazebo:
+Gute Robotersimulation
+Einfache Simulation von Menschen integriert, jedoch nicht für Aufgabe ausreichend.
+Open Source, keine Beschränkungen
+
+Unity:
+Offizielles Roboterframework und 3rd-Party Lösung verfügbar.
+Gute Dokumentation
+Gute Werkzeuge für Menschensimulation.
+Robotersimulation möglich, jedoch mit anderem Aufbau.
+Lizenzen einfach gestaltet, jedoch nicht offen.
+
+Unreal:
+3rd Party Lösung verfügbar
+Gute Dokumentation
+Gute Werkzeuge für Menschensimulation.
+Lizenz komplex, nicht offen.
+
+Godot:
+3rd Party Lösung verfügbar
+Dokumentation stark im Wandel
+Gute Werkzeuge für Menschensimulation.
+Lizenz offen
+Keine explizite Robotersimulation, wäre nachzurüsten
+
+\section{Robotersimulation}
+-URDF-Dateiformat
+
+-Einteilung in Kollisions- und Anzeigemesh
+\section{Menschensimulation}
+-Nur vorprogrammierte Bewegungen möglich
+
+-Nur einige vorgefertigte Animationen verfügbar
+
+\section{Roboterumgebung (MoveIt2)}
+-populärste Umgebung für Bewegungsplanung in ROS2
+
+-Integration mit ros\_control
+
+-Integration von ros\_control in gazebo ignition möglich
+\chapter{Umsetzung}
+\section{Grundlegender Systemaufbau}
+-BehaviorTree -> ActorPluginServer -> ActorPluginServer
+
+-BehaviorTree -> MoveIt -> ros\_control -> Gazebo
+\section{Mensch}
+\subsection{Übersicht (Diagramme)}
+\subsection{Modellierung}
+Rerigging des Actor-Modells
+Animation in eigenem Rig
+Konflikte durch 'verschiedene' Rigs in Animationen
+Erstellung eines neuen Rigify-Rigs
+Erneutes Erstellen von Animationen
+Disconnect Bones in Rig
+Flatten Hierarchy
+\subsection{Programmierung}
+\subsubsection{Message Queue}
+-2 rclcpp Instanzen kollidieren
+
+-Anderes Protokoll nötig
+
+-Möglichst einfach, von anderen Sprachen verwendbar und schnell
+
+-Websocket zu langsam
+
+-Shared memory schwer zu synchronisieren
+
+-Message Queue guter Mix aus beiden
+\subsubsection{ROS-Server}
+-Transformieren von ROS2 action server in Message Queue
+
+-Eigene state machine
+\subsubsection{Gazebo Plugin}
+-Relativ einfache Implementation
+
+-Reagiert nur auf Nachrichten, kein Konzept der gesamten Abfolge
+\section{Roboter}
+\subsection{Übersicht (Diagramme)}
+\subsection{Modellierung}
+Erstellung der Robotermodelle aus Herstellerdaten
+
+Kollision und Visualisierung
+\subsection{Details}
+\chapter{Szenarienbasierte Evaluation}
+\section{Simulation des Menschen}
+-Animationen und Bewegungen funktionieren
+
+-Kollisionen möglich, aber mit Animationen schwer zu synchronisieren
+\section{Bewegung des Roboters}
+-Roboter kann sich bewegen
+
+-Kollisionen verfügbar
+
+-Interaktion technisch möglich, nicht implementiert. (Kooperation MoveIt/Gazebo nötig)
+\section{BehaviorTrees}
+\subsection{Nodes}
+-Nodes für implementierte Funktionen verfügbar
+
+-Einige andere, technisch relevante Nodes auch implementiert
+\subsection{Kombinieren von Nodes zu einer Request}
+-MoveIt Planung benötigt mehrere Parameter, sollen aber in einzelnen Nodes gesetzt werden
+
+-Kombination nötig, Beschreibung hier
+\chapter{Diskussion}
+\section{Lessons Learned bei der Umsetzung}
+-Viele kleine Unannehmlichkeiten, kombiniert ein großes Problemen
+
+-Dokumentation für spätere Projekte
+\subsection{Erstellung des Robotermodells}
+-Keine direkten technischen Daten zum Roboter von Kuka
+
+-Nur CAD-Dateien der Außenhülle
+
+-Schätzung von Spezifikationen anhand Marketingmaterial
+\subsection{Gazebo}
+\subsubsection{Upgrade auf Ignition}
+Gazebo ist zu diesem Zeitpunkt in mehreren, teilweise gleichnamigen Versionen verfügbar, welche sich jedoch grundlegend unterscheiden.
+Ein altes Projekt mit dem früheren Namen Gazebo, welches nun in Gazebo Classic umbenannt wurde,
+die Neuimplementation der Simulationssoftware mit dem Namen Gazebo Ignition und
+die nächste Version, welche nur noch den Namen Gazebo tragen soll.
+Dies ist darauf zurückzuführen, dass Gazebo Classic und Ignition eine Zeit lang gleichzeitig existierten, jedoch unterschiedliche Funktionen und interne Schnittstellen besitzen.
+
+Das Upgrade von Gazebo Classic auf Gazebo Ignition gestaltete sich aus mehreren Gründen schwierig.
+Dies ist am leichtesten an der geänderten Nutzeroberfläche sichtbar, welche in Ignition nun modular ausgeführt ist.
+Um dieses neue modulare System nutzen zu können, wurde das Dateiformat für die Simulationen angepasst.
+In diesem werden die benötigten Physikparameter, Nutzeroberflächen, Plugins und die Simulationswelt definiert.
+
+Um alte Simulationsdateien zu migieren, empfiehlt sich die Erstellung einer neuen, leeren Welt in Gazebo Ignition,
+sodass alle benötigten Physik, Nuteroberflächen und Pluginreferenzen erstellt werden.
+Danach kann die Welt Stück für Stück in das neue Format übertragen werden, wobei nach jedem Eintrag ein Test zur Funktionsfähigkeit gemacht werden sollte, da sich bestimmte Parameterdeklarationen geändert haben.
+Die Arbeit in kleine Stücke aufzuteilen ist hierbei hilfreich, da Fehler während des Ladevorgangs im Log nicht weiter beschrieben werden.
+
+Auch das alte Plugin musste auf das neue System angepasst werden, was auch hier zu einer kompletten Neuimplementation führte, da die internen Systeme zu große Unterschiede aufwiesen.
+Darunter fallen eine grundlegende Strukturänderung der unterliegenden Engine, welche auf ein Entity-Component-System umstellte, aber auch sahlreiche kleinere Änderungen
+\subsubsection{Pluginarchitektur}
+-Plugins werden im selben Kontext geladen, verwendung von Librarys mit globalem Kontext schwer
+\subsubsection{Doppelte Messagedienste}
+-Duplizierung von Messagediensten in ROS und Gazebo
+
+-Potentielle Lösung in einer Präsentation angekündigt (mal sehen, ob ich die wiederfinde)
+\subsubsection{Fehlende Animationsgrundlagen}
+-Animationen werden als .col bereitgestellt
+
+-Enthalten Textur, Mesh und Bones, jedoch nicht verbunden -> schlecht für Animation
+\subsection{ROS2}
+\subsubsection{Nachrichten und deren Echtzeitfähigkeit}
+-TCP und UDP verfügbar, jedoch nicht sofort kompatibel
+\subsubsection{Änderung der Compilertoolchain}
+-Änderung des Buildsystems von rosbuild auf catkin
+
+-Benötigte Änderungen in CMakeFile und package
+\subsection{MoveIt2}
+\subsubsection{Upgrade auf MoveIt2}
+-Unterschiede in der Deklaration des Roboters selbst
+
+-Änderungen der Deklaration der ros\_control Anbindung
+
+-Vorerst kein Setup, manuelle Migration erforderlich
+
+->Lesson learned: Projekte häufig auf Updates prüfen
+\subsubsection{Fehlerhafte Generierung der Roboter}
+-Einige Aspekte der Generierung nicht erforderlich oder falsch
+\subsubsection{Controller}
+-Controller benötigte Anpassungen und manuelle Tests
+\section{Lessons Learned bei den Szenarien}
+\subsection{Debugging}
+-async tty Option
+
+-gdb ist ein Muss
+
+-``Aufhängen'' von trees
+\chapter{Zusammenfassung und Ausblick}
+\section{Ergebnisse}
+\subsection{Graphische Repräsentation der Szenarien}
+-Szenarien graphisch abgebildet
+\subsection{Anpassung der Behavior Trees an Szenarien}
+-Trees angepasst
+\section{Diskussion}
+-Viele Iterationen benötigt
+
+-Funktionstüchtige Simulation der Szenarien
+
+-Bewegung der Objekte schwerer als gedacht
+
+-Synchronisationsmechanismus Gazebo <-> MoveIt benötigt
+\section{Ausblick}
+\subsection{Umsetzung in anderem Simulator}
+-Einfachere ROS Anbindung
+-Potentiell einfacher ausbaubar auf Basis einer erweiterbaren Gameengine
+-Mangelhafte Dokumentation von Gazebo
+\subsection{Simulation bewegter Objekte}
+-Aufgrund von Komplexität des Prozesses nicht integriert
+\subsection{Ergänzung von Umgebungserkennung}
+-MoveIt hat Unterstützung
+
+-Daten aus Gazebo extrahieren und in MoveIt einbinden
+
+-Person in OctoMap erkennen
+
+\printbibliography
+
+\end{document}          

mechforsch.kilepr

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