View Project

Norwegian AI Directory

Dynamic manipulation for industrial and service robotics applications


Description:

Prosjektets fokus er å fremme robotsystemers evne til å utføre manipulasjonsoppgaver ved å etterligne menneskelige henders allsidighet og effektivitet i forbindelse med manipulering av objekter. Uten særlig mental innsats kan mennesker enkelt både velge og bruke ulike verktøy som skruetrekkere, spisepinner, hammere, blyanter, pensler etc., for å oppnå ønskede mål. I farten kan vi mennesker lage komplekse planer for å transportere og manipulere objekter, noe som krever gitte sekvenser av å gripe, re-gripe, reorientere, transportere, trekke, skyve etc. Dette er vanlige og nødvendige primitiver for utføre typiske oppgaver som for eksempel åpne/lukke en ryggsekk, spise suppe med en skje, knytte skolisser osv. Menneskelige manipulasjonsevner er også uunnværlige for å utvikle nye og forbedrede ferdigheter innenfor oppgaver som maskinering, boring, polering og montering, som i dag oftest gjøres nesten utelukkende ved hjelp av menneskelig arbeidskraft. I alle disse eksemplene avhenger suksessen av å utføre en manipulasjonsoppgave i stor grad av både allsidigheten og bevegelsesevnene til menneskers hender, samt menneskers evne til å kontrollere et objekt ved å la det gli eller rulle over håndflatene eller mellom fingrene. Utvikling av robothender for å håndtere lignende verktøy og objekter i lignende situasjoner, samt på en menneskelig måte, krever nye teoretiske grunnlag og skalerbare prinsipper for å skape alternative løsninger for disse oppgavene. Men på grunn av forskjeller i kinematiske strukturer, dynamiske egenskaper, målesystemer, samt aktuering til roboter i motsetning til mennesker, er det lite håp om å etterligne menneskelig manipuleringsadferd nøyaktig ved hjelp av robotikksystemer. I stedet indikerer menneskelige evner muligheten for å kunne utføre ulike krevende manipulasjonsoppgaver under forskjellige kontaktforhold, og gir derav sterke incitamenter til å planlegge og kontrollere lignende oppførsel ved hjelp av robotikksystemer. De viktigste prosjektaktivitetene ble utført langs konseptuelle retninger for utviklingen av modellbaserte løsninger for en rekke manipulasjonsoppgaver for robotsystemer. Vi søkte følgende etter: forskjellige representasjonsformater av manipulasjons-primitiver som samsvarer med fysiske begrensninger, f.eks. på grunn av passiv dynamikk av et eksternt objekt eller distribuerte kontaktforhold; styringssystemarkitekturer for robust stabilisering av krevende og smidige bevegelser som samsvarer både med kjente kinematiske og dynamiske begrensninger, samt med heuristikker som beskriver en forventet systemytelse. De viktigste teoretiske resultatene av prosjektet var: - Det ble foreslått en prosedyre for å analysere en av de mest krevende tilfellene av singulariteter som oppstår ved såkalte nestede representasjoner av en tvungen bevegelse av et mekanisk system. Det ble forklart at man kan forenkle den vanlige antagelsen som er pålagt dynamikken til en bevegelsesgenerator for at det skal være en vanlig differensialligning. Som vist, kan bevegelsesgeneratorens dynamikk inneha en singularitet som ikke kan fjernes ved hjelp algebraiske operasjoner. Hvis en slik singularitet er av første orden, er bidraget å karakteriserer egenskapene til koeffisientene til det dynamiske systemet som sikrer at det eksisterer en gyldig bevegelse gjennom singulariteten. På den andre side, hvis slike forhold blir brutt, eller singulariteten er av høyere orden, så ble det vist at slike bevegelser ikke eksisterer. Resultatet er konstruktivt, enkelt å kontrollere og tillater både å karakterisere nytten av forskjellige valg av bevegelsesgeneratorer for å utføre en konkret manipulasjonsoppgave, samt beskrive et utvidet sett med slike manipulasjoner hvis vilkårene for slike tester er oppfylt. - Det ble utviklet nye kontrollarkitekturer for robust orbital stabilisering eller sammentrekning til en nominell manipulasjon for robotsystemer som har færre aktuatorer enn frihetsgrader. Det nye elementet i slike kontrollerutforminger var den analytiske prosedyren for å rekonstruere en lavdimensjonal manifold og en fremoverkobling som gjør denne manifolden uforanderlig i lukket sløyfe. Denne nye metoden gjør det mulig å bruke klassiske tilbakekoblingsmetoder som high-gain- og sliding-mode kontroll for robust orbital stabilisering, forutsatt at dynamikken på den genererte undermanifold er stabil.


Project leader: Anton S. Shiriaev

Started: 2017

Ends: 2020

Category: Universiteter

Sector: UoH-sektor

Budget: 9842972

Institution: NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET NTNU

Address: NA