< Terug naar vorige pagina

Project

Samenstellen van gelijktijdige reactieve robotvaardigheden: integratie van taakspecificatie en -controle met symbolische planning en CAD-informatie

Robotica in de industrie ondergaat een trend die gekenmerkt wordt door een uitbreiding van het toepassingsgebied van repetitieve taken naar uitdagende taken waarin geavanceerde perceptie en hogere intelligentie vereist zijn. Echter, ondanks de technologische vooruitgang in hardware, sensors en werktuigen, worden robots slechts zelden aangewend in industriële toepassingen beperkt uit angst voor hoge uitrolkosten. Een belangrijke oorzaak van deze hoge kosten is de nood aan het programmeren van de (vaak) complexe taken waarbij rekening wordt gehouden met variaties in de omgeving van de robot en de objecten waarmee de robot interageert. Ook de aanwezigheid van verstoringen verhoogt de complexiteit van een robot taak. Als gevolg van dergelijke hoge programmeerkosten is de traditionele wijze van programmeren niet langer de aangewezen oplossing.

Deze thesis behandelt het bovenstaande probleem door een aantal methodes voor te stellen waarmee specifieke problemen, die zich stellen tijdens het programmeren van het gedrag van de robot, aangepakt worden. Deze gedragingen worden ook wel ``vaardighede'' (Engels: skills) genoemd en stellen een robot in staat om complexe taken op een robuuste manier uit te voeren. De voorgestelde methodes formuleren de vaardigheden telkens door middel van een beperkingsgebaseerde beschrijving van de taak. Traditionele programmeer methodes beschrijven een taak voor een robot als functie van het te volgen traject of als functie van de gewenste eind positie. Echter, de beperkingsgebaseerde programmeer methode beschrijft de taak van een robot als functie van beperkingen opgelegd aan de robot. Deze aanpak heeft twee belangrijke voordelen: (i) Er is de mogelijkheid tot reactief gedrag in real-time door gebruik te maken van de input van sensoren. (ii) Er is de mogelijkheid om gedragingen samen te stellen op basis van verschillende aspecten van een taak zoals het doel van de taak, veiligheid en de omgeving. 

Een eerste bijdrage van deze thesis bestaat uit een raamwerk dat toelaat reactieve en gesynchroniseerde robot vaardigheden samen te stellen. Dit raamwerk heeft twee voordelen. Ten eerste is er het model voor de vaardigheid dat het gedrag van de robot beschrijft, ook tijdens niet-nominale (afwijkende) omstandigheden. Daarnaast introduceert het model ook het concept van voortgang tijdens een vaardigheid dat aangeeft hoe ver een vaardigheid gevorderd is ten opzichte van de eindsituatie. Ten tweede stelt het raamwerk methodes voor om vaardigheden gelijktijdig te combineren om samengestelde gedragingen te bekomen. Dit resulteert in samengestelde vaardigheden met gesynchroniseerde voortgang en vaardigheden die gepast reageren op verstoringen.

Een tweede bijdrage omvat een raamwerk waarin vaardigheden geïntegreerd worden met symbolische taak planning. De bijdrage in de vorige paragraaf focust op reactief gedrag op het continue niveau. Deze tweede bijdrage breidt dit uit naar reactief gedrag op het discrete niveau. De geïntegreerde taak planner stelt niet enkel een nominaal plan op om een bepaald doel te bereiken, maar herberekent dit plan ook wanneer het nominaal plan faalt omwille door onverwachte verstoringen. Dit nieuwe plan wordt vervolgens onmiddellijk vertaalt naar reactieve en samengestelde vaardigheden. Het resultaat zijn meer autonome en robuuste robot toepassingen in niet-ideale omgevingen.

Een derde bijdrage van deze thesis bestaat uit een raamwerk voor het beschrijven van assemblage taken in het CAD-domein. Het raamwerk genereert vervolgens semi-automatisch de bijhorende robot vaardigheden. Het raamwerk buit de informatie bevat in CAD-data uit zodat geschikte kandidaat-vaardigheden afgeleid kunnen worden. Daarnaast genereert het raamwerk ook de juiste parameters voor de vaardigheden op basis van een handmatig beschreven taak. De beschrijving in het CAD-domein biedt een nieuwe laag van abstractie en reduceert de nood aan programmeurs die de implementatie van de onderliggende vaardigheden moeten doorgronden.

Tot slot omvat deze thesis ook experimentele evaluaties voor the bovenstaande bijdragen in een labo omgeving die relevant is voor de industrie. De experimenten bestaan uit assemblage taken voor verschillende werktuigen met variërende niveaus van onzekerheid en waarin verstoringen mogelijk zijn.  De experimenten tonen ook de mogelijkheden van sensorgebaseerde vaardigheden in ``tweearmige toepassinge''. (Engels: dual arm scenarios), waarin twee robotarmen samenwerken en taken gelijktijdig uitvoeren

Datum:12 feb 2016 →  18 mrt 2022
Trefwoorden:sensor-based robot tasks, skill-based programming framework, industrial robots
Disciplines:Controlesystemen, robotica en automatisatie, Ontwerptheorieën en -methoden, Mechatronica en robotica, Computertheorie
Project type:PhD project