Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ
Καθώς η συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη τις τελευταίες δεκαετίες, εγείρονται ζητήματα ασφάλειας γύρω από το γεγονός ότι ένας άνθρωπος και ένα ρομπότ μοιράζονται τον ίδιο χώρο εργασίας. Η ικανότητα εντοπισμού συγκρούσεων, η διάκριση τους από τις επιθυμητές επαφές που παρουσ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10511 |
| id |
nemertes-10889-10511 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ Ρομποτική Εντοπισμός συγκρούσεων Human-robot interaction Human-robot cooperation Collision detection Robotics 629.892 401 9 |
| spellingShingle |
Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ Ρομποτική Εντοπισμός συγκρούσεων Human-robot interaction Human-robot cooperation Collision detection Robotics 629.892 401 9 Κουρής, Αλέξανδρος-Λεωνίδας Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| description |
Καθώς η συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη τις τελευταίες δεκαετίες, εγείρονται ζητήματα ασφάλειας γύρω από το γεγονός ότι ένας άνθρωπος και ένα ρομπότ μοιράζονται τον ίδιο χώρο εργασίας. Η ικανότητα εντοπισμού συγκρούσεων, η διάκριση τους από τις επιθυμητές επαφές που παρουσιάζονται κατά τη συνεργασία, και η αναγνώριση των χαρακτηριστικών τους (όπως κατεύθυνση, σημείο επαφής κλπ) είναι απαραίτητο να ενσωματώνεται στα ρομπότ που εκτελούν τέτοιες εργασίες, για τη μείωση του κινδύνου ατυχήματος.
Η παρούσα εργασία ξεκινάει με μια ανασκόπηση των μεθόδων που έχουν προταθεί έως τώρα. Στη συνέχεια υλοποιούνται κάποιες από αυτές για εφαρμογή κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, ενώ η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου εντοπισμού συγκρούσεων έρχεται να καλύψει ένα κενό που διαπιστώθηκε στο αντικείμενο, λαμβάνοντας υπόψιν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά της δυναμικής συμπεριφοράς του ρομπότ (μάζα, απόσβεση και ελαστικότητα) κατά τη συνεργασία. Η νέα αυτή μέθοδος, η οποία βασίζεται στη συχνοτική επεξεργασία της μέτρησης (ή εκτίμησης) της εξωτερικής δύναμης που ασκείται στο ρομπότ από επαφές με το περιβάλλον του, υλοποιείται και αντιπαραβάλλεται με σχετικές μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Προτείνονται επίσης τεχνικές για αναγνώριση των χαρακτηριστικών της σύγκρουσης, όπως για παράδειγμα η κατεύθυνση της εξωτερικής δύναμης, βασισμένες στη νέα αυτή μέθοδο.
Μεγάλη ανάγκη υπάρχει και για το σχεδιασμό κατάλληλων αντιδράσεων του ρομπότ σε τέτοιες συγκρούσεις ώστε να ελαχιστοποιείται το αντίκτυπο της επαφής του σώματος του ρομπότ με τον άνθρωπο και κατ’ επέκταση να αποφεύγεται ή να ελαχιστοποιείται ο τραυματισμός που δύναται να προκληθεί από τη σύγκρουση. Κυρίαρχος στόχος στον σχεδιασμό, είναι η ανθρώπινη ασφάλεια για τη διασφάλιση ομαλής συνεργασίας και συνύπαρξης του ανθρώπου με το ρομπότ στο ίδιο περιβάλλον. Κατά δεύτερον, πρέπει να ληφθούν υπόψιν ποιοτικά κριτήρια συμπεριφοράς του ρομπότ, καθώς οι μηχανισμοί ασφαλείας που εισάγονται, δεν θα πρέπει να περιορίζουν την ακρίβεια, την ταχύτητα και την πραγματικού χρόνου αλληλεπίδραση του ρομπότ με το περιβάλλον του. Αξιοποιώντας την πληροφορία που παρέχεται από τη μέθοδο, προτείνονται τεχνικές αντίδρασης σε μια σύγκρουση, οι οποίες αποβλέπουν στην ικανοποίηση των παραπάνω κριτηρίων, ενώ κοινό χαρακτηριστικό τους είναι ότι βασίζονται στο ίδιο σχήμα ελέγχου που χρησιμοποιείται και κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, επιτρέποντας έτσι την από κοινού διαφύλαξη της ανθρώπινης ασφάλειας.
Οι μέθοδοι αυτές αφού γενικεύονται κατάλληλα για πολλαπλές διευθύνσεις κίνησης, και για ανίχνευση συγκρούσεων σε όλο το σώμα του ρομπότ, υλοποιούνται και επιβεβαιώνονται πειραματικά με τη χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα επτά βαθμών ελευθερίας KUKA LWR 4+. Οι δοκιμές που έγιναν αναδεικνύουν ότι η νέα μέθοδος επιτυγχάνει καλύτερη διάκριση μεταξύ επιθυμητών επαφών και συγκρούσεων από τις σχετικές προσεγγίσεις της βιβλιογραφίας που εξετάστηκαν. Ως προς τον εντοπισμό, η νέα μέθοδος αντιδρά με σημαντικά μικρότερη καθυστέρηση, επιτυγχάνοντας έτσι της ελαχιστοποίηση της δύναμης που ασκείται στο σημείο επαφής κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης. |
| author2 |
Ασπράγκαθος, Νικόλαος |
| author_facet |
Ασπράγκαθος, Νικόλαος Κουρής, Αλέξανδρος-Λεωνίδας |
| format |
Thesis |
| author |
Κουρής, Αλέξανδρος-Λεωνίδας |
| author_sort |
Κουρής, Αλέξανδρος-Λεωνίδας |
| title |
Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| title_short |
Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| title_full |
Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| title_fullStr |
Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| title_full_unstemmed |
Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| title_sort |
εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10511 |
| work_keys_str_mv |
AT kourēsalexandrosleōnidas entopismossynkrouseōnkaidiakrisēapoepithymētesepapheskatatēsynergasiaanthrōpourompot AT kourēsalexandrosleōnidas collisiondetectionanddistinctionfromintendedcontactsduringhumanrobotcooperation |
| _version_ |
1771297172517552128 |
| spelling |
nemertes-10889-105112022-09-05T06:57:55Z Εντοπισμός συγκρούσεων -και διάκριση από επιθυμητές επαφές- κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ Collision detection -and distinction from intended contacts- during human-robot cooperation Κουρής, Αλέξανδρος-Λεωνίδας Ασπράγκαθος, Νικόλαος Ψαράκης, Εμμανουήλ Kouris, Alexandros-Leonidas Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ Ρομποτική Εντοπισμός συγκρούσεων Human-robot interaction Human-robot cooperation Collision detection Robotics 629.892 401 9 Καθώς η συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ γίνεται όλο και πιο διαδεδομένη τις τελευταίες δεκαετίες, εγείρονται ζητήματα ασφάλειας γύρω από το γεγονός ότι ένας άνθρωπος και ένα ρομπότ μοιράζονται τον ίδιο χώρο εργασίας. Η ικανότητα εντοπισμού συγκρούσεων, η διάκριση τους από τις επιθυμητές επαφές που παρουσιάζονται κατά τη συνεργασία, και η αναγνώριση των χαρακτηριστικών τους (όπως κατεύθυνση, σημείο επαφής κλπ) είναι απαραίτητο να ενσωματώνεται στα ρομπότ που εκτελούν τέτοιες εργασίες, για τη μείωση του κινδύνου ατυχήματος. Η παρούσα εργασία ξεκινάει με μια ανασκόπηση των μεθόδων που έχουν προταθεί έως τώρα. Στη συνέχεια υλοποιούνται κάποιες από αυτές για εφαρμογή κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, ενώ η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου εντοπισμού συγκρούσεων έρχεται να καλύψει ένα κενό που διαπιστώθηκε στο αντικείμενο, λαμβάνοντας υπόψιν τα επιθυμητά χαρακτηριστικά της δυναμικής συμπεριφοράς του ρομπότ (μάζα, απόσβεση και ελαστικότητα) κατά τη συνεργασία. Η νέα αυτή μέθοδος, η οποία βασίζεται στη συχνοτική επεξεργασία της μέτρησης (ή εκτίμησης) της εξωτερικής δύναμης που ασκείται στο ρομπότ από επαφές με το περιβάλλον του, υλοποιείται και αντιπαραβάλλεται με σχετικές μεθόδους που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία. Προτείνονται επίσης τεχνικές για αναγνώριση των χαρακτηριστικών της σύγκρουσης, όπως για παράδειγμα η κατεύθυνση της εξωτερικής δύναμης, βασισμένες στη νέα αυτή μέθοδο. Μεγάλη ανάγκη υπάρχει και για το σχεδιασμό κατάλληλων αντιδράσεων του ρομπότ σε τέτοιες συγκρούσεις ώστε να ελαχιστοποιείται το αντίκτυπο της επαφής του σώματος του ρομπότ με τον άνθρωπο και κατ’ επέκταση να αποφεύγεται ή να ελαχιστοποιείται ο τραυματισμός που δύναται να προκληθεί από τη σύγκρουση. Κυρίαρχος στόχος στον σχεδιασμό, είναι η ανθρώπινη ασφάλεια για τη διασφάλιση ομαλής συνεργασίας και συνύπαρξης του ανθρώπου με το ρομπότ στο ίδιο περιβάλλον. Κατά δεύτερον, πρέπει να ληφθούν υπόψιν ποιοτικά κριτήρια συμπεριφοράς του ρομπότ, καθώς οι μηχανισμοί ασφαλείας που εισάγονται, δεν θα πρέπει να περιορίζουν την ακρίβεια, την ταχύτητα και την πραγματικού χρόνου αλληλεπίδραση του ρομπότ με το περιβάλλον του. Αξιοποιώντας την πληροφορία που παρέχεται από τη μέθοδο, προτείνονται τεχνικές αντίδρασης σε μια σύγκρουση, οι οποίες αποβλέπουν στην ικανοποίηση των παραπάνω κριτηρίων, ενώ κοινό χαρακτηριστικό τους είναι ότι βασίζονται στο ίδιο σχήμα ελέγχου που χρησιμοποιείται και κατά τη συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ, επιτρέποντας έτσι την από κοινού διαφύλαξη της ανθρώπινης ασφάλειας. Οι μέθοδοι αυτές αφού γενικεύονται κατάλληλα για πολλαπλές διευθύνσεις κίνησης, και για ανίχνευση συγκρούσεων σε όλο το σώμα του ρομπότ, υλοποιούνται και επιβεβαιώνονται πειραματικά με τη χρήση ενός ρομποτικού βραχίονα επτά βαθμών ελευθερίας KUKA LWR 4+. Οι δοκιμές που έγιναν αναδεικνύουν ότι η νέα μέθοδος επιτυγχάνει καλύτερη διάκριση μεταξύ επιθυμητών επαφών και συγκρούσεων από τις σχετικές προσεγγίσεις της βιβλιογραφίας που εξετάστηκαν. Ως προς τον εντοπισμό, η νέα μέθοδος αντιδρά με σημαντικά μικρότερη καθυστέρηση, επιτυγχάνοντας έτσι της ελαχιστοποίηση της δύναμης που ασκείται στο σημείο επαφής κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης. As human-robot cooperation is becoming more and more widespread in the last decades, safety issues are raised considering the fact that a human and a robot are sharing the same workspace. The ability of a robot to detect collisions within its environment, distinguish them from intended contacts that are present during cooperative tasks and identify their characteristics (such as the collision point and the direction), is necessary to be embedded in all robots participating in such cooperative tasks, in order to reduce the risk of an accident. In this work, we review methods that have been proposed in the bibliography to address this issue, some of which are implemented and tested. Following that, a new method is proposed, taking into consideration the desirable characteristics of the robot’s dynamic behaviour during the cooperation and covers an open issue of robotics research. This new method is based on processing the measurement of the external force applied on the robot during cooperation in the frequency domain. We also propose techniques for identifying the characteristics of the detected collision, based on our method. Designing appropriate reactions for the robot in order to minimise the impact of a collision, is of major interest in order to avoid or reduce human injury. The main target of the design is to achieve human safety during human-robot cooperation and coexistence in the same workspace. Secondarily it is important to ensure that the proposed techniques do not downgrade the robot’s performance by limiting its accuracy, speed and real-time interaction with its environment. By utilizing the information provided by the proposed method, we design reaction strategies that target in meeting the above criteria, with common property that all proposed strategies are based on the same control scheme that the robot was using during normal cooperation. This allows the human and the robot to jointly ensure human safety. The proposed methods are generalised to be appropriate for multiple directions and to identify collisions taking place on the entire robot’s body and are being tested on a KUKA LWR 4+, a seven DOF robot manipulator. The tests show that the proposed method achieves improved distinction between intended contacts and unexpected collisions of the robot with its environment, compared to examined methods from the literature. The collision detection time is significantly reduced, concluding into faster reaction that leads in minimising the applied force from the robot on the contact point, during the collision. 2017-08-23T10:52:28Z 2017-08-23T10:52:28Z 2016-03 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10511 gr 0 application/pdf |
