Das perfekte Spiel mithilfe eines Dartroboters

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung eines bestehenden Dartroboters, welcher es ermöglicht, einen geworfenen Dartpfeil zu fangen. Bei dem Dartroboter handelt es sich um einen planaren Seilroboter, der eine Dartscheibe durch translatorische und rotatorische Bewegungen so platziert, sodass der Dartpfeil in einem gewünschten Feld gefangen wird. Mit Hilfe eines Kamerasystems, bestehend aus sechs Infrarotkameras, wird der Dartpfeil während des Fluges verfolgt und aus diesen Informationen sein Einschlagpunkt geschätzt. Anschließend positioniert der Dartroboter die Dartscheibe schnellstmöglich so, dass der Dartpfeil auf dem gewünschten Feld gefangen wird.Zunächst wird der Zustandsbeobachter für das Schätzen der Pose des Dartpfeils robust gegenüber dem teilweisen Verlust von Messdaten weiterentwickelt. Weiters wird ein DartTracking-Algorithmus entworfen, der es ermöglicht, bis zu drei Dartpfeile gleichzeitig in Echtzeit zu verfolgen. Dazu werden mit Hilfe eines sogenannten Gates falsch detektierte Messungen herausgefiltert. Mit einem Global-Nearest-Neighbor-Ansatz werden die vom optischen Tacking-System erfassten Messungen den entsprechenden Dartpfeilen zugeordnet. Dabei werden zwei Methoden verglichen, das sind die Ungarische Methode und der JV-Algorithmus. Zweiterer stellte sich als deutlich effizienter für die Anwendung in Echtzeit heraus. Die Versuche mit dem finalen Tracking-Algorithmus zeigen, dass dieser sowohl einen einzelnen als auch alle drei Darts zuverlässig verfolgen kann.Eine weitere Verbesserung wurde bei der Positioniergenauigkeit der Dartscheibe des Roboters entwickelt. Dazu wird die Dartscheibe mit Hilfe der Kameras messtechnisch erfasst und diese Informationen werden zusammen mit einem mathematischen Modell in einem Zustandsbeobachter genutzt, um die Pose der Scheibe zu schätzen. Ein Vergleich mit der zuvor verwendeten Vorwärtskinematik zeigt, dass die Schätzung bei stationären Werten eine bessere Genauigkeit erreicht. Weiters werden vom Zustandsbeobachter auch Schwingungen des Roboters erfasst, die in der Vorwärtskinematik nicht sichtbar sind.Die in dieser Arbeit durchgeführten Verbesserungen des Dartroboters werden in einem abschließenden Experiment verifiziert, bei dem das perfekte Spiel zehn Mal in Folge gespielt wird. Die Treffergenauigkeit weist eine Standardabweichung im Bereich σ ∈ {0.75 mm, 1.3 mm} auf. Dies zeigt in Relation zur Größe der Felder (Durchmesser Bull’s Eye 12.7 mm, Höhe Triple-Felder 8 mm) die hohe Genauigkeit des Dartroboters.