Έλεγχος Δυναμικής Εμπέδησης Επιδέξιας Ρομποτικής Λαβής Στο Πλαίσιο Του Χειριζόμενου Αντικειμένου

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετούμε το θέμα της επιδέξιας ρομποτικής λαβής (dexterous robotic grasping) και συγκεκριμένα το θέμα του επιδέξιου ρομποτικού χειρισμού (dexterous robotic manipulation) μέσω ανθρωπομορφικής διάταξης παράλληλων κινηματικών αλυσίδων. Ο επιδέξιος ρομποτικός χειρισμός έχει ως βασικό στόχο την επίτευξη οποιασδήποτε θέσης και προσανατολισμού του χειριζόμενου αντικειμένου μέσα στο χώρο εργασίας του ρομποτικού χειριστή με ταυτόχρονο έλεγχο των εσωτερικών δυνάμεων.Αρχικά παρουσιάζουμε μία βιβλιογραφική επισκόπηση πάνω στα βασικά θέματα του επιδέξιου ρομποτικού χειρισμού, σκιαγραφώντας τις κυρίαρχες τάσεις και τεχνικές, δίνοντας κυρίως έμφαση στα θέματα ελέγχου. Στη συνέχεια προχωρούμε στη δόμηση περιβάλλοντος προσομοίωσης φυσικής πολλών σωμάτων (Multibody Dynamics) και διαχείρισης φαινομένων συγκρούσεων (Collision Dynamics), το οποίο βασίζεται στη βιβλιοθήκη ανοικτού κώδικα Open Dynamics Engine (ODE) η οποία καλείται μέσω ειδικά προσαρμοσμένου MEX C++ S-Function Block του Simulink. Μέσα σε αυτό το περιβάλλον προσομοίωσης μοντελοποιούμε ρομποτικό χέρι κατά τα κινηματικά--δυναμικά πρότυπα του DLR Hand 2. Το συγκεκριμένο περιβάλλον αποτελεί την πλατφόρμα πάνω στην οποία εν συνεχεία: (α) υλοποιήθηκε το σύνολο των δυναμικών ελεγκτών που αναπτύχθηκαν και μελετώνται, στο πλαίσιο της παρούσης εργασίας, και (β) εκτελέστηκαν όλες οι πειραματικές δοκιμές που παρουσιάζονται και αναλύονται στην παρούσα εργασία.Σε θεωρητικό επίπεδο, στην παρούσα εργασία εφαρμόζουμε ένα ολοκληρωμένο σχήμα μηχανικής εμπέδησης (impedance) βασιζόμενο στη παθητική ιδιότητα της ρομποτικής λαβής, το οποίο ορίζει πλήρως τη στατική--δυναμική συμπεριφορά καθώς και τις εσωτερικές δυνάμεις του αντικειμένου με ταυτόχρονη διαχείριση των πλεοναζόντων βαθμών ελευθερίας μέσω ορισμού υποεργασίας στο χώρο των δακτύλων. Η ανάλυση επίδοσης της τεχνικής αυτής οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το συγκεκριμένο σχήμα ελέγχου ρομποτικής λαβής παρουσιάζει ορισμένες αδυναμίες, όπως: εμφάνιση μόνιμων σφαλμάτων θέσης, ασυνέπειες ως προς την οριζόμενη μηχανικής ακαμψία, καθώς και πιθανότητα ολισθήσεων για ορισμένες γεωμετρίες αντικειμένων.Τέλος, ο συγκεκριμένος ελεγκτής μηχανικής εμπέδησης ρομποτικής λαβής επεκτείνεται με τον ορισμό και όρου βαρυτικής αντιστάθμισης, με στόχο τον μηδενισμό των σφαλμάτων τοποθέτησης που οφείλονται στη βαρυτική επίδραση του χειριζόμενου αντικειμένου. Τα αποτελέσματα των δοκιμών που εκτελέσθηκαν, επί της πλατφόρμας προσομοίωσης που αναφέρθηκε ανωτέρω, δείχνουν την αποτελεσματικότητα των συγκεκριμένων τεχνικών ελέγχου ρομποτικής λαβής.