Μελέτη τροχιάς ρομπότ σε περιβάλλον VR για συνεργασία ανθρώπου ρομπότ σε συστήματα κατεργασιών

Αγγελίδης, Αντώνης; Angelidis, Antonis

dc.contributor.author	Αγγελίδης, Αντώνης	el
dc.contributor.author	Angelidis, Antonis	en
dc.date.accessioned	2018-02-15T11:01:16Z
dc.date.available	2018-02-15T11:01:16Z
dc.date.issued	2018-02-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46511
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7872
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”
dc.rights	Default License
dc.subject	Σχεδιασμός κίνησης	el
dc.subject	Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ	el
dc.subject	Ρομποτική	el
dc.subject	Unity	el
dc.subject	Motion planing	el
dc.subject	RRT	el
dc.title	Μελέτη τροχιάς ρομπότ σε περιβάλλον VR για συνεργασία ανθρώπου ρομπότ σε συστήματα κατεργασιών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-05
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να ορισθεί δυναμικά η τροχιά ρομπότ με ‘έξυπνες’ στρατηγικές, με βάση το που βρίσκεται κάθε χρονική στιγμή ο συνεργαζόμενος άνθρωπος και προς τα πού κινείται, χωρίς την ανάγκη φυσικής υλοποίησης (δηλαδή σε εικονικό περιβάλλον) αλλά διατηρώντας το απρόβλεπτο των ανθρώπινων αντιδράσεων. Η μετατροπή της λογικής της συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ από προ-ορισμένη σε δυναμική μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα αρκετά δύσκολο αντικείμενο της ρομποτικής και αποτελεί σήμερα μεγάλο πεδίο έρευνας και ανάπτυξης. Η ραγδαία εξέλιξη των υπολογιστικών συστημάτων μας δίνει τη δυνατότητα επεξεργασίας τεράστιου όγκου πληροφοριών για την καθοδήγηση ρομπότ σε πραγματικό χρόνο (real time) και με ταχύτατη απόκριση σε αλλαγές του περιβάλλοντος. Η συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ σε καθήκοντα που εκτυλίσσονται σε βιομηχανικά συστήματα κατεργασιών είναι ακόμη ταμπού, κυρίως για λόγους ασφάλειας του ανθρώπου. Η κατάσταση θα αλλάξει σύντομα, αλλά για να μελετηθούν οι ελεγκτές ρομπότ που θα υλοποιηθούν, ο καλύτερος τρόπος είναι να χρησιμοποιηθεί ένα εικονικό περιβάλλον –συμπεριλαμβανομένου του ρομπότ - μέσα στο οποίο θα λειτουργεί ο άνθρωπος μέσω ενός avatar που αναπαράγει τις κινήσεις του στο πραγματικό περιβάλλον. Το ενδιαφέρον, εν προκειμένω, είναι το πως αλλάζει την τροχιά του το ρομπότ σε πραγματικό χρόνο ώστε να μη συγκρούεται με τον άνθρωπο αλλά και να διατηρείται υψηλή παραγωγικότητα. Η παρούσα εργασία μπορεί να θεωρηθεί ως εξέλιξη προηγούμενης δουλειάς στο πλαίσιο διδακτορικής διατριβής με βάση την πλατφόρμα ανάπτυξης παιχνιδιών εικονικής πραγματικότητας Unity. Πιο συγκεκριμένα, η αρχική έκδοση του συστήματος που αποτελεί την βάση της παρούσας εργασίας, περιλαμβάνει τα μοντέλα CAD του εικονικού χώρου, του ανθρώπου – avatar και του ρομπότ staubli RX90 για το στρώσιμο ανθρακοϋφασμάτων σε καλούπι. Ο κώδικας που αποτελεί τη λογική των σεναρίου που υλοποιήθηκαν, βασίζονταν σε απλές στρατηγικές ελέγχου του ρομπότ μέσω υπαρχουσών συναρτήσεων (functions) του viii Unity ενώ η αλληλουχία κινήσεων ανθρώπου – ρομπότ ήταν προκαθορισμένο από τον χρήστη. Επιπλέον, σε άλλη διπλωματική εργασία, έχει υπολογιστεί το μοντέλο αντίστροφης κινηματικής του συγκεκριμένου ρομπότ, το οποίο χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία. Η νέα λογική ελέγχου του ρομπότ δημιουργείται και υλοποιείται με επέκταση του υπάρχοντος κώδικα σε C#.	el
heal.abstract	In order for robots to operate safely in the presence of humans in their workspace, they need to be able to react to a dynamically changing environment in real-time. This involves both fast processing of sensor data and fast motion planning based on the sensor data. This work describes the virtual implementation of a motion planner for a 6-DOF Stäubli RΧ90L robot arm, which is able to react to a dynamically changing environment very quickly. The framework used was built in the well known Unity3D platform in a previous PhD thesis and was extended to behave in an autonomous way with only the start and goal positions of the robot TCP being given. All coding was done in the C# language which is natively supported by the Unity 3D platform. The path palnning algorithm deployed is the Rapidly exploring Random Tree (RRT) which generates a tree and extends it in a random way until one of its branches reaches the goal. The final solution will most propably be far from optimal and for this reason a path-smoothing process using linear interpolation is also deployed after the successful execution of the RRT algorithm. During runtime, continuous obstacle detection algorithms are executed at specified time intervals and define whether the motion planning controller needs to be activated or not. Once a new collision-free path for the TCP of the robot has been generated, all intermediate points of the path are checked in the configuration space of the robot as a part of the trajectory planning controller. At this point, the forward and inverse kinematic model of the robot arm are utilized and a discrete obstacle check (intermediate point interpolation of specific step/resolution) takes place to verify that also the trajectory of all the links of the robot are collision free. The trajectory planner does not generate an optimal trajectory at this program version but calculates all possible joint solutions and detects any collisions on the entire path trajectory. It is observed with the current implementation, that path calculation times of less than one second (< 1sec) can be reached with the proper parameters set, which is subject to the resolution required in obstacle avoidance. On the other hand, techniques for path planning (e.g. local planning), obstacle avoidance (e.g. lazy collision check) or programming (e.g. multithreading) can decrease the computational load and increase system responsiveness to acceptable levels for a real-time obstacle avoidance collaborative environment (e.g. <200 ms).	en
heal.advisorName	Γεώργιος - Χριστόφορος, Βοσνιάκος	el
heal.committeeMemberName	Γεώργιος - Χριστόφορος, Βοσνιάκος	el
heal.committeeMemberName	Ναθαναήλ, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Πουλακάκης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	111 σ.
heal.fullTextAvailability	true