Fast Setup of Robotic Material Processing with Quality Guarantees using Set Invariance

Yitaek Kim*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

27 Downloads (Pure)

Abstract

Denne afhandling præsenterer en omfattende pipeline til hurtig implementering af robotter til produktionsopgaver af høj kvalitet. Afhandlingen fokuserer på en bestemt anvendelse, navnlig overfladebehandling ved polering. En udbredt metode til hurtig opsætning af robotter er at overføre menneskelige færdigheder til en robot ved hjælp af programmering ved demonstration (PbD, Programming by Demonstration). De nuværende metoder er dog hverken pålidelige eller fleksible nok til at sikre god ydeevne og generalisere kraftrelevante opgaver.

For at løse disse udfordringer præsenterer denne afhandling en modelbaseret platform for overførsel af færdigheder til robotsystemet. Som et eksempel på robotproduktionsprocessen udvikler denne afhandling et robotpoleringssystem baseret på menneskelige demonstrationer. I denne forbindelse defineres menneskelige poleringsfærdigheder ved brug af materialefjernelseshastighed (MRR, Material Removal Rate) og materialefjernelse (MR, Material Removal) baseret på Preston-ligningen. MRR-/MR-profiler beregnes for menneskelig demonstration og overføres til robotten via en MRR-/MR-regulator i robotten. Slutteligt demonstreres det hvorledes en lært færdighed kan generaliseres til objekter med nye geometrier.

Hvis der forekommer kinematiske fejl mellem et givet emne og en robot, kan systemet dog ikke fuldstændig garantere processens kvalitet. For at afhjælpe dette problem præsenterer denne afhandling en kontaktbaseret metode til kinematisk kalibrering af emner. De fleste metoder til kinematisk kalibrering anvender kameraer, og kræver derfor specialviden for at konfigurere det. I modsætning til denne tilgang præsenterer denne afhandling en nem kinæstetisk kalibreringsmetode, der gør det muligt for brugerne at gribe og flytte en robot hen på emnet for at indsamle data og derefter beregne emnets positur. Metoden estimerer i første omgang overfladenormaler og kontaktpunkter, og finder derefter mulige sammenfald mellem punkter på overfladen af 3D CAD-modellen og det estimerede data. Ved at benytte Graduated Non-Convexity (GNC) til robust optimering beregnes emnets positur, hvilket reducerer den kinematiske unøjagtigheder.

Afslutningsvis drøfter denne afhandling sikkerhedsfilteret i slutningen af pipelinen. Til dette formål udnyttes kontrol-barriere-funktioner til at garantere sikkerhed; for eksempel at kontaktkræfter holdes indenfor givne begrænsninger, der sikrer kvaliteten at en robotoverfladepolering. Da der forekommer modelusikkerheder i robotsystemer, præsenterer denne afhandling en ny teoretisk metode til at kombinere den Gaussiske proces (GP, Gaussian Process) med robuste, adaptive kontrol-barriere-funktioner (RaCBF’er, Robust adaptive Control Barrier Functions) for at reducere usikkerheden. Der kan forekomme en ukendt inputforsinkelse i robotsystemet, hvilket kan medføre overtrædelse af sikkerhedsbestemmelser. Derfor præsenterer denne afhandling en metode til at sikre disse i tilfælde af inputforsinkelse. Metoden estimerer den ukendte inputforsinkelse og anvender denne til at forudsige systemmodellens fremtidige tilstand. Ved at inkludere begrænsningerne for beregnings- og tilstandsestimeringsfejl kan robustheden i CBF’ernes sikkerhedstilstand håndhæves.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Sloth, Christoffer, Hovedvejleder
  • Petersen, Henrik Gordon, Bivejleder
Dato for forsvar6. maj 2024
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 23. apr. 2024

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Fast Setup of Robotic Material Processing with Quality Guarantees using Set Invariance'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater