Εντοπισμός συγκρούσεων και διάκριση από επιθυμητές επαφές κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ (Κουρής, Α. - 2016)

Περίληψη

 

Καθώς η συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη τις τελευταίες δεκαετίες, εγείρονται ζητήματα ασφάλειας γύρω από το γεγονός ότι ένας άνθρωπος και ένα ρομπότ μοιράζονται τον ίδιο χώρο εργασίας. Η ικανότητα εντοπισμού συγκρούσεων, η διάκριση τους από τις επιθυμητές επαφές που παρουσιάζονται κατά τη συνεργασία, και η αναγνώριση των χαρακτηριστικών τους (όπως κατεύθυνση, σημείο επαφής κλπ) είναι απαραίτητο να ενσωματώνεται στα ρομπότ που εκτελούν τέτοιες εργασίες, για τη μείωση του κινδύνου ατυχήματος.

Η παρούσα εργασία ξεκινάει με μια ανασκόπηση των μεθόδων που έχουν προταθεί έως τώρα. Στη συνέχεια υλοποιούνται κάποιες από αυτές για εφαρμογή κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, ενώ η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου εντοπισμού συγκρούσεων έρχεται να καλύψει ένα κενό που διαπιστώθηκε στο αντικείμενο, λαμβάνοντας υπόψιν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά της δυναμικής συμπεριφοράς του ρομπότ (μάζα, απόσβεση και ελαστικότητα) κατά τη συνεργασία. Η νέα αυτή μέθοδος, η οποία βασίζεται στη συχνοτική επεξεργασία της μέτρησης (ή εκτίμησης) της εξωτερικής δύναμης που ασκείται στο ρομπότ από επαφές με το περιβάλλον του, υλοποιείται και αντιπαραβάλλεται με σχετικές μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Προτείνονται επίσης τεχνικές για αναγνώριση των χαρακτηριστικών της σύγκρουσης, όπως για παράδειγμα η κατεύθυνση της εξωτερικής δύναμης, βασισμένες στη νέα αυτή μέθοδο.

Μεγάλη ανάγκη υπάρχει και για το σχεδιασμό κατάλληλων αντιδράσεων του ρομπότ σε τέτοιες συγκρούσεις ώστε να ελαχιστοποιείται το αντίκτυπο της επαφής του σώματος του ρομπότ με τον άνθρωπο και κατ’ επέκταση να αποφεύγεται ή να ελαχιστοποιείται ο τραυματισμός που δύναται να προκληθεί από τη σύγκρουση. Κυρίαρχος στόχος στον σχεδιασμό, είναι η ανθρώπινη ασφάλεια για τη διασφάλιση ομαλής συνεργασίας και συνύπαρξης του ανθρώπου με το ρομπότ στο ίδιο περιβάλλον. Κατά δεύτερον, πρέπει να ληφθούν υπόψιν ποιοτικά κριτήρια συμπεριφοράς του ρομπότ, καθώς οι μηχανισμοί ασφαλείας που εισάγονται, δεν θα πρέπει να περιορίζουν την ακρίβεια, την ταχύτητα και την πραγματικού χρόνου αλληλεπίδραση του ρομπότ με το περιβάλλον του. Αξιοποιώντας την πληροφορία που παρέχεται από τη μέθοδο, προτείνονται τεχνικές αντίδρασης σε μια σύγκρουση, οι οποίες αποβλέπουν στην ικανοποίηση των παραπάνω κριτηρίων, ενώ κοινό χαρακτηριστικό τους είναι ότι βασίζονται στο ίδιο σχήμα ελέγχου που χρησιμοποιείται και κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, επιτρέποντας έτσι την από κοινού διαφύλαξη της ανθρώπινης ασφάλειας.

Οι μέθοδοι αυτές αφού γενικεύονται κατάλληλα για πολλαπλές διευθύνσεις κίνησης, και για ανίχνευση συγκρούσεων σε όλο το σώμα του ρομπότ, υλοποιούνται και επιβεβαιώνονται πειραματικά με τη χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα επτά βαθμών ελευθερίας KUKA LWR 4+. Οι δοκιμές που έγιναν αναδεικνύουν ότι η νέα μέθοδος επιτυγχάνει καλύτερη διάκριση μεταξύ επιθυμητών επαφών και συγκρούσεων από τις σχετικές προσεγγίσεις της βιβλιογραφίας που εξετάστηκαν. Ως προς τον εντοπισμό, η νέα μέθοδος αντιδρά με σημαντικά μικρότερη καθυστέρηση, επιτυγχάνοντας έτσι της ελαχιστοποίηση της δύναμης που ασκείται στο σημείο επαφής κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.

 

 

Αρχεία

Διπλωματική PDF