رويكردي جديد و آنلاين براي پرهيز از نقاط تكين در راهنمايي دستي ربات هاي صنعتي با استفاده از كنترل امپدانس متغير

A new on-line singularity avoidance approach for manual guidance of industrial robots using variable impedance control

در اين مقاله فرآيند توليد مسير براي ربات هاي صنعتي به روش راهنمايي دستي، با در نظر گرفتن دوري از نقاط تكين به صورت بلادرنگ بررسي مي شود. ويژگي بارز اين رويكرد دوري از تكينگي است كه از طريق تغيير پارامترهاي كنترل امپدانس در فاصله معين از نقاط تكين، هشدار لازم به كاربر داده خواهد شد. مجري نهايي ربات به يك سنسور نيرو مجهز شده كه كاربر آن را در دست ميگيرد و مسير مورد نظرش را توليد مي كند. اين مسير از طريق راهنمايي دستي مجري نهايي ربات براي فرآيندهايي نظير جوشكاري و رنگ زني توليد شده و بوسيله كنترلگر ربات ذخيره مي گردد. هنگام توليد مسير، احتمال وقوع تكينگي ربات بوسيله كاربر وجود دارد. بنابراين بايد شناسايي فاصله و راستاي تكينگي ربات حين توليد مسير به صورت آنلاين انجام شود زيرا نزديكي به نقاط تكين ميتواند منجر به سرعت زياد و ناگهاني مفاصل ربات شود. اين موضوع با توجه به حضور فيزيكي كاربر در فضاي كاري ربات، ايمن نخواهد بود. به منظور شناسايي تكينگي، از روش ساده بيضيگون حركت پذيري استفاده شده است كه به دليل حجم محاسبات كم، امكان پياده سازي آنلاين آن وجود دارد. بعلاوه در رويكرد پيشنهادي جهت حفظ ايمني، سرعت مجري نهايي در مقداري مشخص، اشباع خواهد شد. مزيت اصلي اين رويكرد امكان پياده سازي بلادرنگ و تضمين سلامت كاربر به دليل دوري از تكينگي مي باشد. آزمايشهاي عملي براي بررسي رويكرد پيشنهادي روي ربات اسكرا انجام شده است. بررسي نتايج پياده سازي آزمايشها نشانگر توانايي رويكرد پيشنهادي در برخورد با مسأله تكينگي در حين راهنمايي دستي توسط كاربر است.

This paper studies path generation using manual guidance procedure for industrial robots by considering real-time singularity avoidance. Main feature of the proposed approach is singularity avoidance by variating impedance control parameters in preset distance from singularity in order to warn operator. Robot end-effector is equipped with a force sensor which the operator grasps, thereby producing the desired path. The desired end-effector path is generated by operator’s manual guidance for applications such as welding and spray painting and is recorded by robot controller. Robot singular configuration is possible during the manual guidance. So real-time detection of singularity position and orientation have to be considered during path generation because it can lead to unexpected high robot joint velocity. This problem is not safe due to physical human-robot interaction. Manipulability ellipsoid method is utilized for singularity identification. The method can be utilized on-line due to its simple and low calculation process. On the other hand, the end-effector velocity is saturated in a specific value in the approach considering safety issues. Two main advantages of the proposed approach are real-time application and high safety because of the singularity avoidance. Experiments are applied on a SCARA robot to study the effectiveness of the proposed approach. Experimental results show the ability of proposed approach in dealing with singularity problem during the manual guidance.