Ανάπτυξη διεπαφής για το χειρισμό βιομηχανικού ρομποτικού βραχίονα μέσω αισθητήρων Myo armband και MS kinect

Περούλης, Κωνσταντίνος; Peroulis, Konstantinos

dc.contributor.author	Περούλης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Peroulis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2021-01-18T09:22:08Z
dc.date.available	2021-01-18T09:22:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52815
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20513
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Unity	en
dc.subject	Myo	en
dc.subject	Kinect	en
dc.subject	Robotic arm	en
dc.title	Ανάπτυξη διεπαφής για το χειρισμό βιομηχανικού ρομποτικού βραχίονα μέσω αισθητήρων Myo armband και MS kinect	el
dc.title	Interface development for controlling an industrial robotic arm using Myo armband and MS Kinect sensors	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΕΠΑΦΗΣ	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-11-04
heal.abstract	Η ανάπτυξη της βιομηχανίας και οι ολοένα αυξανόμενες απαιτήσεις για μείωση του χρόνου επεξεργασίας, αύξησης της παραγωγικότητας καθώς και αύξησης της ποιότητας των παραγόμενων προϊόντων οδήγησαν στην ανάπτυξη αυτόματων συστημάτων. Είτε συστήματα υποβοήθησης του ανθρώπου τα οποία εργάζονται επικουρικά για την διευκόλυνση της εργασίας είτε εξολοκλήρου αυτόματα. Ο ρομποτικός βραχίονας αποτελεί βασικό παράδειγμα τέτοιου συστήματος. Αποτελεί ένα μηχανοτρονικό σύστημα το οποίο είναι ικανό να πραγματοποιεί επαναλαμβανόμενες προγραμματισμένες κινήσεις με ακρίβεια, όπως για παράδειγμα στη γραμμή παραγωγής σε μια βιομηχανία αυτοκινήτων (αυτόματο σύστημα) ή να οδηγείται από τον άνθρωπο ώστε ο ίδιος να αυξήσει τις δυνατότητές του (προσέγγιση επικίνδυνων για τον άνθρωπο σημείων, ανύψωση βαρέος φορτίου κ.α. - υποβοηθούμενο σύστημα). Στην παρούσα τεχνική εργασία παρουσιάζεται ένας ρομποτικός βραχίονας της εταιρίας Staubli ο οποίος αποτελείται από έξι βαθμούς ελευθερίας, το περιβραχιόνιο Myo της Thalmic Labs καθώς και το σύστημα αισθητήρων κίνησης Kinect της Microsoft. Στόχο αποτελεί ο καλύτερος δυνατός χειρισμός, τόσο από άποψη χειρισμού όσο και από άποψη ακρίβειας, του ρομποτικού βραχίονα μέσω κινήσεων των άνω άκρων ενός χρήστη. Οι κινήσεις αυτές λαμβάνονται από τα αισθητήρια όργανα και μέσω των ληφθέντων δεδομένων (raw data) μεταφράζονται σε συγκεκριμένες κινήσεις του βραχίονα. Τα δεδομένα που λαμβάνουμε συνδυάζονται (sensor fusion) και με κατάλληλο προγραμματισμό διαγράφεται η κίνηση του ρομποτικού βραχίονα με τις ελάχιστες δυνατές αναταράξεις καθώς και με την πιο εργονομική διαδικασία όσον αφορά τον χρήστη. Στο πρώτο στάδιο της εργασίας διαμορφώνεται το κατάλληλο προγραμματιστικό περιβάλλον στην πλατφόρμα Unity 3D. Σε αυτό, έχει σχεδιαστεί ο ρομποτικός βραχίονας και ένα περιβάλλον βιομηχανικού χώρου όπου γίνεται η προσομοίωση της κίνησης. Το περιβάλλον είναι απλό και περιλαμβάνει ένα δωμάτιο, έναν πάγκο εργασίας, κουτιά (boxes) ενδιαφέροντος και την πόρτα ενός τόρνου με τοποθετημένο ένα δοκίμιο στο τσοκ. Για να είναι ευκολότερη η αξιοποίηση των δεδομένων που λαμβάνουμε από το αδρανειακό σύστημα μέτρησης (Inertial Measurement Unit ή αλλιώς IMU) σύστημα του περιβραχιονίου και τους οπτικούς αισθητήρες του Kinect έχουν σχεδιαστεί κατάλληλα διαγράμματα. Σε αυτά αντικατοπτρίζεται η κίνηση καθώς επίσης γίνεται διαχωρισμός και απομόνωση της εκάστοτε περιστροφής όποτε και αν χρειάζεται. Το ίδιο εργαλείο χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση της θέσης όλων των βαθμών ελευθερίας του ρομποτικού βραχίονα καθώς και της θέσης του σώματος. Επίσης παρουσιάζονται οι διαφορές που προκύπτουν μεταξύ των δύο παραπάνω διαγραμμάτων. Ακολουθεί η χρήση φίλτρων με σκοπό την μείωση και την εξάλειψη, όσο αυτό είναι δυνατό, των αναταράξεων, δηλαδή των μικρο - κινήσεων του χεριού του χρήστη τις οποίες ο ίδιος δεν μπορεί να μειώσει. Η εργασία που αναθέτουμε στον βραχίονα είναι μια εργασία συλλογής και τοποθέτησης (pick and place). Με άλλα λόγια, ο χειριστής προσπαθεί να πιάσει, να μεταφέρει και να επανατοποθετήσει ένα αντικείμενο στον χώρο. Στα επόμενα Κεφάλαια γίνεται εκτενής αναφορά στην διαδικασία που ακολουθήθηκε σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα που προέκυψαν. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο περιγράφονται τα εργαλεία και συστήματα τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί και των οποίων τις μεταβλητές ο χρήστης είναι σε θέση να μεταβάλλει ανά πάσα χρονική στιγμή κατά το δοκούν. Στη παρούσα εργασία αναφέρονται οι τιμές οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί και προτείνονται κατά την χρήση. Οποιαδήποτε αλλαγή στις παραπάνω μεταβλητές οδηγεί και σε διαφοροποίηση της συμπεριφοράς του ρομποτικού βραχίονα. Επίσης, στο Κεφάλαιο αυτό αναφέρονται όλες οι κινήσεις τις οποίες ο χρήστης είναι υποχρεωμένος να πραγματοποιήσει με τα άνω άκρα και τον κορμό ούτως ώστε να διαχειριστεί το ρομπότ και να επιτύχει μια ενέργεια. Καθώς ο στόχος της εργασίας έχει γίνει αντιληπτός και έχει πραγματοποιηθεί η περιγραφή του προγράμματος προσομοίωσης, στη συνέχεια στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τα φίλτρα περατότητας, σύμφωνα με τα οποία γίνεται η επεξεργασία των ληφθέντων σημάτων σε πραγματικό χρόνο. Απορρίπτονται δεδομένα τα οποία δεν συνάδουν με την κίνηση του χρήστη είτε λόγω σφάλματος κατά την διάρκεια της λήψης είτε λόγω ακούσιων κινήσεων της σκελετικής δομής αυτού που κάνει χρήση του προγράμματος. Αναφέρεται η χρησιμότητα του κάθε φίλτρου και η ευστοχία του ή η αστοχία του. Αποδίδονται συγκεκριμένες τιμές στις παραμέτρους και σύμφωνα με αυτές παρουσιάζονται τα διαγράμματα της συμπεριφοράς του ρομποτικού βραχίονα. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται ο κώδικας της εφαρμογής με την μορφή διαγραμμάτων ροής. Στο σημείο αυτό επεξηγείται ο συνδυασμός του Myo Armband, του Kinect και του περιβάλλοντος προσομοίωσης σε προγραμματιστικό επίπεδο. Επίσης, αναφέρονται όλα τα .cs scripts και οι μεταβλητές τις οποίες κάποιος χρήστης μπορεί να αλλάξει ώστε να μεταβάλλει την συμπεριφορά του Staubli. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας, οι δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν καθώς επίσης προτείνονται μελλοντικές εργασίες επέκτασης οι οποίες μπορούν να υλοποιηθούν βασιζόμενες στη παρούσα. Στο χώρο των παραρτημάτων παρουσιάζεται ο κώδικας του Unity όπως έχει προγραμματιστεί	el
heal.advisorName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	99 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false