Έλεγχος Συνεργατικών Ρομπότ Για Ασφαλή Λειτουργία Και Υποβοηθούμενη Κιναισθητική Καθοδήγηση Με Χρήση Δυναμικών Συστημάτων Και Επιβολή Περιορισμών

Abstract

Η παρούσα διατριβή μελετά ένα υποσύνολο των προβλημάτων που εμπλέκει ο έλεγχος των συνεργατικών ρομπότ, για τα οποία προτείνει καινοτόμες λύσεις. Συγκεκριμένα, στα πλαίσια της διατήρησης της ασφάλειας κατά την αυτόνομη λειτουργία του ρομπότ, η διατριβή μελετά α) την εύρωστη παραγωγή κίνησης στο δυναμικό περιβάλλον της συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ, β) την επιβολή περιορισμών για την αποφυγή σύγκρουσης, όπως και γ) την μεταγωγή της υποχωρητικότητας για την επίλυση του ταυτόχρονου προβλήματος ασφάλειας-επίδοσης. Για την παραγωγή κίνησης σε πραγματικό χρόνο προτείνεται κυρίως μια παραλλαγή των δυναμικών συστημάτων DMP, σύμφωνα με την οποία αποδεικνύεται πως το ελάχιστο απαιτούμενο πλήθος πυρήνων μπορεί να προκαθοριστεί με βάση την επιθυμητή ακρίβεια κωδικοποίησης ή το επιθυμητό εύρος ζώνης. Για την αποφυγή της σύγκρουσης, προτείνονται σήματα που βασίζονται στην μεθοδολογία προδιαγεγραμμένης επίδοσης, τα οποία εγγυώνται την τήρηση των περιορισμών (εμπόδια και όρια των αρθρώσεων). Για την περίπτωση της ηθελημένης φυσικής αλληλεπίδρασης ανθρώπου-ρομπότ (πλήρης συνεργασία), η διατριβή μελετά την επιβολή αυστηρών εικονικών περιορισμών μέσω τεχνητών δυναμικών πεδίων και προτείνει καινοτόμους νόμους ελέγχου α) για την αποφυγή μηχανικών ορίων του ρομπότ, β) για την αποφυγή απαγορευμένων περιοχών και γ) για την υποβοήθηση του χρήστη σε περιπτώσεις που υπάρχει μερική γνώση της εργασίας που πρόκειται να εκτελεστεί. Τέλος, προτείνονται νόμοι ελέγχου για την υποβοήθηση του χρήστη κατά την κιναισθητική εκπαίδευση και σταδιακή προσαρμογή της κινηματικής συμπεριφοράς του ρομπότ. Οι νόμοι ελέγχου αυτοί έχουν ως σκοπό: α) την υποβοήθηση για την τροποποίηση τμήματος της κινηματικής συμπεριφοράς, β) την κιναισθητική σταδιακή αυτοματοποίηση εργασίας, όπως και γ) την προσαρμογή ταλαντωτικής κινηματικής συμπεριφοράς στις δυνάμεις που ασκούνται από τον χρήστη. Οι προτεινόμενοι νόμοι ελέγχου της διατριβής επαληθεύονται και συγκρίνονται πειραματικά χρησιμοποιώντας τον ρομποτικό βραχίονα KUKA LWR4+.