Ütközésvizsgáló és pályatervező algoritmusok ipari robotok számára
A robotikai alkalmazások terjedésével egyre nő azoknak a feladatoknak a köre, amelyeket szeretnénk a lehető legmagasabb automatizáltság mellett elvégezni. Egyre nagyobb teret nyernek a rugalmasan alakítható gyártósorok. Ehhez nagy mennyiségben van szükség automatikusan, akár valós időben generált ütközésmentes robot programokra.
Az említett ipari trendek közös pontja, a folyamatban résztvevő ipari robotok mozgásának autonóm tervezése, legyen szó szerelési, megmunkálási és anyagmozgatási feladatról. A pályatervező algoritmus teljesítményét leginkább befolyásoló művelet a cellában elhelyezett geometriák ütközésvizsgálata, ami valós idejű vagy kollaboratív alkalmazásoknál kiemelt fontosságú. Az ütközésvizsgálatot nem csak a robot és a cella egy-egy statikus konfigurációjában kell tudni elvégezni, hanem a robot lehetséges folytonos mozgásaira is. Jelenleg erre a célra leginkább hagyományos mintavételezés használt, ennél azomban ismertek hatékonyabb módszer is, ún. Conservatice Advancement eljárások, amelyek képesek formális garanciát adni az ütközés mentes mozdulatokra.
Ipari robotos pályatervezés nehézsége, hogy egy általános hat csuklós ipari robot esetén az állapottér is hat dimenziós. Ezzel a kihívással leginkább randomizált útkereső algoritmusok képesek megbírkózni. Ezek közül Rapidly-exploring Random Trees (RRT) és Probabilistic Roadmaps (PRM) eljárások szerepelnek. Előbbi minden pályatervzési kérést előfeldolgozás nélkül hajt végre az aktuális cellaállapotnak megfelelően (ún. single-query eljárás), míg utóbbi egy előre elkészített ütközésmentes térkép segítségével teszi ezt (multi-query megközelítés).
Jelen dolgozatban az említett ütközésvizsgálati és pályatervező algoritmusok módszerek, irodalma, implementálása, továbbgondolása és teljesítménymérése kerül áttekintésre. Az algoritmusok implementálásához egy, az alapjaitól saját kézben tartott környezet készül el, amely tartalmazza ehhez szükséges geometriai és kinematikai modelleket, ütközésvizsgáló és pályatervező algoritmusokat, valamint a tervezéshez használt cella és a kiszámított robotmozgások vizualizációját. Az elkészült programkönyvtár felhasználásával tervezett pályákat szimulált környezetben és a valóságban is UR5, UR10 kollaboratív ipari robotok segítségével teszteljük és az így gyűjtött tapasztalatok szintén megjelennek. Esettanulmányként egy kamerás anyagmozgatási (pick-and-place) alkalmazást mutatunk be, ami a megvalósított eljárásokat teljeskörűen felhasználja.
szerző
-
Zahorán László
Mérnök informatikus szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Kovács András
Tudományos főmunkatárs, SZTAKI (külső) -
Dr. Hullám Gábor
docens, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
