Регистрация / Вход
Прислать материал

Система управления роботом-манипулятором с техническим зрением

Сведения об участнике
ФИО
Петраневский Игорь Владимирович
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Система управления роботом-манипулятором с техническим зрением
Резюме
В работе представлена разработка планирования траектории движения многостепенного промышленного манипулятора в сложном трёхмерном пространстве, на основе метода интерполяции сплайн-функциями, с применением средств технического зрения. Полученные теоретические расчеты планирования траекторий применены для перемещения заданных объектов, обнаруженных с помощью технического зрения, в указанную точку в рабочей области робота, получены соответствующие практические результаты.
Ключевые слова
Робототехника, планирование траектории, средства технического зрения, промышленный робот манипулятор, интеграция оборудования, робототехнический комплекс
Цели и задачи
Целью настоящего проекта является планирование траекторий движения шестизвенного манипуляционного робота Kawasaki FS06N в сложном трехмерном пространстве на основе метода интерполяции сплайнами, с помощью средств технического зрения. В ходе разрешения выполнения проекта решены следующие задачи:

определение и расчет кинематической структуры;
разработка алгоритма, реализующего планирование траектории;
реализовать интеграцию оборудования в единый робототехнический комплекс;
разработать интерпретатор управления манипулятором;
разработать алгоритмы управления и их программную реализацию для практической апробации полученных теоретических результатов.
Введение

 

Большое количество звеньев вызывает основную проблему при планировании траекторий движения, так как увеличивается размерность матриц, позволяющих рассчитать конфигурации роботов-манипуляторов для перемещения по заданным точкам. Так же актуальность необходимости планирования траектории вызывает ограниченность рабочего пространства, нахождение или возможность попадания в рабочую зону посторонних тел, которые могу оказаться на пути следования. Чтобы синтезировать алгоритмы управления разрешающие указанные выше проблемы, в первую очередь необходимо провести кинематический анализ робота, с учетом заданных ограничений или возможности идентификации препятствий в процессе эксплуатации. 

Методы и материалы

Робототехнические комплексы (РТК) промышленного назначения состоят в первую очередь из самого, исполнительного робота-манипулятора, а так же из периферийного оборудования, которое представляет собой различные средства очувствления, для получения информации о текущем состоянии технологического процесса и исключения возможности возникновения неразрешимых нештатных ситуаций.

В этой работе рассматривается очувствление промышленного робота-манипулятора путем применения средства технического зрения (СТЗ). Применение СТЗ в РТК обусловлено возможностью регистрации о обработки полученной информации об окружающей среде и непосредственно об объекте манипулирования, необходимой для достижения желаемых точностных параметров работы системы, повышения уровня безопасности на участке технологического процесса, возможность контролировать и проводить работы в местах труднодоступных или опасных для жизни и здоровья человека. В целом данный метод очувствления дает возможность автоматизировать как отдельные участки технологического процесса по сортировке, изготовлению деталей, так и всего производства в целом используя комплексные решения. Так же СТЗ позволяет вести автоматизированный контроль состояния технологического оборудования, положения рабочего инструмента исполнительного робота.

Описание и обсуждение результатов

В проекте приведено обобщенное решение актуальной задачи планирования траектории движения РТК в сложном трехмерном пространстве. Для подтверждения описанных теоретических результатов проведен эксперимент на реальном шестизвенном роботе-манипуляторе, для которого были решены частные интеграционные задачи. Результаты отработки полученных алгоритмов являются основным подтверждением состоятельности описанных теоретических результатов. Планируется дальнейшая работа по исследованию и совершенствованию управления современных промышленных манипуляторов, при которой уже будет уделено большее внимание повышению точностных характеристик и быстродействию для отдельных систем созданного РТК.

Используемые источники
1. Хомченко, В. Г. Х 76 Мехатронные и робототехнические системы: учеб. пособие / В. Г. Хомченко, В. Ю. Соломин. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. – 160 с.
2. Spong, M. W., Hutchinson, S., Vidyasagar, M.: Robot Modeling and Control; Edit. John Wiley and Sons, 2006 BIBL
3. A. Khatamian, Solving Kinematics Problems of a 6-DOF Robot Manipulator, Proceedings of the International Conference on Scientific Computing (CSC), pp. 228−233, Las Vegas – Nevada, 07.2015.
4. Bobtsov A.A., Borisov O.I., Gromov V.S., Pyrkin A.A., Vedyakov A.A., Petranevsky I.V.: Manipulation Tasks in Robotics Education. 11th IFAC Symposium on Advances in Control Education. Bratislava, Slovakia (accepted, in print).
Information about the project
Surname Name
Petranevsky Igor
Project title
Planning motion path of multilink manipulator
Summary of the project
Subject of research. The paper presents the development of the trajectory planning for multistage industrial manipulator in a complex three-dimensional space, based on the method of interpolation by spline functions, using means computer vision. The results of the practical testing of the theoretical results presented in this paper.
The basic theses of the research. Objective of the present project is the planning trajectories for six-axis manipulation robot Kawasaki FS06N in a complex three-dimensional space. Identification object of manipulating, pointing to taking of and positioning when approaching to the end point of the robot working area - occurring with the use of computer vision. It is necessary to define the generalized coordinates of each link to achieve the robot configurations corresponding to the position of the reference points following the on a trajectory, taking into account the limitations of the working space robotic system. In order to motion planning used a well-known method of spline function interpolation.
Interim results. Solved integration task of uniting the equipment into a single robotic system. To achieve the objectives is necessary to make the kinematic analysis of the robot manipulator. The kinematics of the robot is described as a chain of interconnected solid units by defining the parameters Denavit-Hartenberg. The resulting representation is used in solving the forward kinematics problem that allows to obtain the transformation matrix for calculating the angles of rotation and displacement relative to the absolute coordinate system in order to identify the current position in the space of the gripper of the robot manipulator. The form and the limitations of the robot workspace can be analyzed using the position vector of the transformation matrix describing the forward kinematics problem. Inverse kinematics problem can be solved in order to achieve the desired position and orientation of the tool relative to the work base, by calculating the generalized coordinates for each actuator required to achieve the desired coordinates in the absolute system using a transformation matrix. The obtained video information by means of computer vision binarized to implicit selection of the object. After pre-processing the image segmentation is performed, at which there selection contours for further calculation of target coordinates. Motion planning is carried out by setting additional control points, thereby breaking the main path into three sections.
The main result. The result of the project the task of integrating equipment into a single robotic system, developed the robot manipulator control system using such a means of sensitization has been resolved, using the computer vision system. The theoretical computations trajectory planning method of interpolation by spline functions used to move the specified objects detected by the computer vision, to a specified point in the workspace of the robot, obtained relevant practical results.
Keywords
Robotics, robotics system, planning trajectory, computer vision tools, industrial robot manipulator, integration of equipment