Βελτίωση συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ με μέτρηση της συν-ενεργοποίησης μυών από ηλεκτρομυογράφο (Γραφάκος, Σ. - 2016)

Περίληψη

Πληθώρα διεργασιών που εκτελούνται καθημερινά στον τομέα της βιομηχανικής παραγωγής και στον τομέα της ρομποτικής ιατρικής ενσωματώνουν διεργασίες που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και ελαχιστοποίηση του χρόνου διεκπεραίωσης. Τις τελευταίες δεκαετίες με την ενσωμάτωση των ρομποτικών βραχιόνων σε αυτούς τους τομείς, επιτυγχάνεται σημαντική βελτίωση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν και οφείλονται στην ευελιξία, στην υψηλή ακρίβεια κίνησης, στην επαναληψιμότητα και στην αντοχή που παρουσιάζουν. Προκειμένου να βελτιωθεί η συνεργασία ρομπότ-ανθρώπου κατά την εκτέλεση διεργασιών που σημειώνουν δυσκολία μοντελοποίησης του περιβάλλοντος λειτουργίας τους, αναπτύχτηκαν νέες στρατηγικές ελέγχου που δεν προαπαιτούν τον επακριβή προσδιορισμό του χώρου εργασίας. Με την εφαρμογή αυτών των μεθόδων γίνεται δυνατή η προσέγγιση του ανθρώπινου παράγοντα κατά την λειτουργία του μηχανισμού αυξάνοντας την αμεσότητα ρομπότ- ανθρώπου κατά τον χειρισμό.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή μοντέλων ελέγχου σύνθετης μηχανικής αντίδρασης, λαμβάνοντας υπόψη την ενεργοποίηση του μυϊκού συστήματος του χεριού του χειριστή κατά την συνεργασία με στόχο την βελτίωση της απόδοσης της συνεργασίας. Η βασική ιδέα προέρχεται από αντίστοιχες εφαρμογές όπου η καταγραφή της συμπεριφοράς των μυών μέσω ηλεκτρομυογράφων έχει χρησιμοποιηθεί για την βελτίωση της ευστάθειας ρομποτικών μηχανισμών. Προτείνονται δυο βελτιωμένες εκδόσεις του μοντέλου ελέγχου admittance, οι οποίες θα είναι σε θέση να τροποποιούν την δυναμική συμπεριφορά του ρομπότ, σε πραγματικό χρόνο, αλλάζοντας την απόσβεσή του, ανάλογα με την ενεργοποίηση των μυών του χεριού του χειριστή. Με την μια μέθοδο θα αυξάνεται η απόσβεση του ρομποτικού μηχανισμού με την αύξηση της συν-ενεργοποίησης των μυών ενώ με την άλλη θα σημειώνεται εντελώς αντίθετη συμπεριφορά δεομένου ότι θα μειώνεται η απόσβεση του ρομποτικού βραχίονα όταν θα σημειώνεται αύξηση της συν-ενεργοποίησης.

Η αποδοτικότητα των μεθόδων θα αξιολογηθεί από ένα δείγμα πληθυσμού που θα εκτελέσει μια πληθώρα δοκιμών που απαιτούν κίνηση του ρομποτικού μηχανισμού με γνώμονα την επίτευξη υψηλής ακρίβεια και ταχύτητας μετακίνησης. Πιο αναλυτικά θα κληθούν να κινήσουν το άκρο εργασίας του ρομποτικού μηχανισμού εντός συρμάτινης διαδρομής με προκαθορισμένη γεωμετρία. Τα αποτελέσματα που θα προκύψουν από τις προτεινόμενες μεθόδους θα συγκριθούν μεταξύ τους αλλά και με τα αποτελέσματα από την εκτέλεση της δοκιμής στη περίπτωση που η δυναμική συμπεριφορά του βραχίονα παραμένει σταθερή. Μέσω αυτής της σύγκρισης θα αξιολογηθεί ο βαθμός βελτίωσης των νέων μεθόδων αναλύοντας την ακρίβεια της κίνησης, τον χρόνο διεκπεραίωσης και την κατανάλωση ενέργειας. Τέλος θα προσπαθήσουμε να ερμηνεύσουμε τον βαθμό που ο άνθρωπός μπορεί να συνδυάσει την αλλαγή της μυϊκής του ενεργοποίησης με την αλλαγή της δυναμικής συμπεριφοράς των ρομποτικών βραχιόνων. Δηλαδή να εκπαιδευτεί από τις νέες στρατηγικές ελέγχου ώστε να αυξήσει τις επιδόσεις του.

Τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι ενθαρρυντικά δεδομένου ότι σημειώνεται μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας ενώ σημειώνεται η τάση βελτίωσης της ακρίβειας της κίνησης του άκρου εργασίας και με τις δύο μεθόδους. Βέβαια η μεγαλύτερη βελτίωση σημειώνεται με τη μέθοδο που αυξάνει την απόσβεση του ρομποτικού βραχίονα όταν σημειώνεται αύξηση της συν-ενεργοποίησης των μυών. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις δοκιμές που αποσκοπούν την εκπαίδευση του χειριστή παρουσιάζουν μια μικρή τάση μείωσης της κατανάλωσης της ενέργειας. Οι διαγωνιζόμενοι δεν κατάφεραν να εκπαιδευτούν από τις στρατηγικές ελέγχου παρόλο που αναγνώρισαν τον τρόπο λειτουργίας των μεθόδων δεν ήταν σε θέση να εκμεταλλευτούν τα πλεονεκτήματά τους σημειώνοντας μικρή βελτίωση της απόδοσης τους.

 

Αρχεία

Διπλωματική PDF