Emberi kar mozgástervezésbeli hasonlósága kinematikailag redundáns robotokéval

A dolgozat témája az ember karjának mozgását leginkább leíró algoritmus megkeresése különféle inverz kinematikai megoldási módszerek közül. A cél, hogy képet kapjunk arról, hogy az emberi agy mi szerint döntheti el, milyen szögállást vegyenek fel az ízületek mozgás során.

Először kinematikailag határozott rendszereket vizsgáltam. Rajtuk keresztül próbáltam ki a különféle módszerek működését, amiket később, a redundáns rendszereknél alkalmaztam. Kinematikai redundancia esetén a szabadsági fokok száma több, mint ami a feladat megoldásához minimálisan szükséges lenne. Síkmozgás esetén az emberi kar egy háromcsuklós redundáns rendszernek tekinthető, amennyiben a feladat egy előre megadott pálya pontjainak követése.

Mind a kinematikailag határozott, mind a redundáns esetben először a direkt kinematikai felírással foglalkoztam, amikor a csuklószögek ismeretében felírtam a végpont helyének koordinátáit. Ezután az inverz kinematikai probléma megoldására többféle módszert kerestem. Ekkor a végpont koordinátáit ismerjük, és ebből határozzuk meg a csuklószögeket. Robotok mozgástervezésénél használjuk ezt, ugyanis általában magát a pályát ismerjük, amely mentén mozgatni akarjuk a rendszer végpontját, és a karok helyzetét ennek ismeretében állítjuk be.

Az általam vizsgált inverz kinematikai módszerekkel kapott megoldásokat animációkkal szemléltettem, amik megmutatják, hogy különböző pályákon hogyan alakulnak egyes esetekben a szögek, valamint mindegyiknél kiszámoltam, hogy mekkora hibával haladnak végig a kijelölt pályán a karok. A dolgozatom második részében az így kapott eredményeket hasonlítom majd össze a néhány személyből álló csoporton elvégzett mérés eredményeivel. A mérésben részt vevő személyek egy előre kijelölt görbe mentén vezetik végig a kezükben tartott mutatópálcát, miközben egy videokamerás rendszer és képelemzés segítségével rögzítjük, hogy az ízületeik milyen szögben állnak. Hogy minél pontosabb eredményt kapjunk az összehasonlításnál, a szimulált robotkart a részt vevő személyek által bejárt görbén vezetem végig.

Szakirodalom

[1] B. Siciliano, O. Khatib: Handbook of Robotics, Springer, 2008.

[2] John M. Hollerbach, Ki C. Suh: Redundancy resolution of manipulators through troque

optimization, Massachusetts Institute of Technology Artificial Intelligence Laboratory, 1986

szerző

• 
  Patkó Dóra
  Ipari termék- és formatervezői alapszak (BSc)
  alapképzés (BA/BSc)

konzulens

• 
  Zelei Ambrus
  Tudományos munkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék

helyezés