رويكردي جديد و بلادرنگ براي پرهيز از نقاط تكين در راهنمايي دستي ربات هاي صنعتي

A novel real-time singularity avoidance approach for manual guidance of industrial robots

اين مقاله به بررسي فرآيند راهنمايي دستي و آنلاين رباتها به روش كنترل امپدانس و با دوري از نقاط تكين ميپردازد. در اين روش كاربر به فضاي كاري ربات رفته و مجري نهايي كه مجهز به سنسور نيرو است را در دست ميگيرد. كاربر با راهنمايي ربات، مسير مطلوب براي فرآيندهايي مانند جوشكاري و رنگ زني را به صورت آنلاين توليد ميكند. به دليل وجود احتمال تكينگي و با توجه به تعامل فيزيكي انسان و ربات بايد شناسايي فاصله و راستاي تكينگي در حين توليد مسير به صورت بلادرنگ انجام شود زيرا نزديكي به تكينگي ميتواند باعث سرعت زياد و غير منتظره مفاصل ربات شود. بدين منظور از روشي ساده به نام بيضيگون حركت پذيري استفاده ميشود. با تركيب دو روش كنترل امپدانس و بيضيگون حركت پذيري، رويكردي ساده و جديد براي راهنمايي دستي رباتها پيشنهاد شده است كه به كمك آن ميتوان پيش از وقوع تكينگي به كاربر هشدار داد. بر اساس اين رويكرد در فاصله مشخص از نقاط تكين، اثر نيرو در خلاف راستاي تكينگي به دست انسان وارد ميگردد. مزيت اصلي اين رويكرد امكان پياده سازي بلادرنگ و تضمين سلامت كاربر به دليل دوري از تكينگي ميباشد. آزمايش هاي عملي روي يك ربات اسكراي بلادرنگ انجام شده است. در آزمايش اول، توليد مسير به محض بوجود آمدن نيروي مخالف متوقف شده اما در آزمايش دوم كاربر به ادامه مسير خود اصرار ورزيده است. بررسي نتايج آزمايش ها، نشانگر توانايي مؤثر رويكرد پيشنهادي در برخورد با مسأله تكينگي در حين توليد مسير توسط كاربر براي ربات هاي صنعتي است.

In this paper, online manual guidance of industrial robots using impedance control with singularity avoidance is studied. In this method, operator enters the robot workspace, physically holds the endeffector equipped with force sensor and manually guides the robot. In doing so, the operator generates the desired trajectory for applications like welding or painting. Robot singular configuration is possible during the process which makes it unsafe due to unexpected high velocity robot joints and the physical human-robot interaction. Therefore, real-time identification of singularity position and orientation must be evaluated during trajectory generation. The use of manipulability ellipsoid is suggested as a simple method for the singularity identification. By combining the manipulability ellipsoid and impedance control, a simple and new approach is proposed to warn operator before reaching singularity. Based on the proposed approach, effect of opposite force is exerted on the human hand in the predefined distance to singularity. Real-time implementation is the main advantage of the proposed approach because it keeps robot away from reaching singularity. Real-time experiments are performed using a SCARA robot. In the first experiment, the operator stops the trajectory generation process when an opposite force is produced. In the second experiment, the operator insists on entering the singular points. Experimental results show the effectiveness of the proposed approach in dealing with singularity problem during the trajectory generation by an operator for industrial robots.