Kollisionsfreie Bewegungsgenerierung für ein Industrieroboter-Assistenzsystem auf Basis von 3D-Kameradaten

Beitrag bei einer Tagung
(Konferenzbeitrag)


Details zur Publikation

Autorinnen und Autoren: Ramer C, Franke J
Herausgeber: ZHAW IfMS
Verlagsort: Winterthur
Jahr der Veröffentlichung: 2013
Tagungsband: Internationales Forum Mechatronik 2013
ISBN: 978-3-033-04189-9


Abstract


Herkömmliche Industrieroboter müssen auf Grund ihres Gefährdungspotentials strikt von Bereichen, in denen Menschen arbeiten, getrennt werden. Die Programmierung ist bei komplexen Umgebungen aufwendig, sodass sich der Einsatz nur bei ausreichend hohen Stückzahlen lohnt. Auf Grund dessen werden Industrieroboter trotz der bekannten Vorteile gegenüber manueller Ausführung - wie Schnelligkeit, Ausdauer und Genauigkeit - in vielen Bereichen nicht eingesetzt, obwohl die Unterstützung von Produktionsmitarbeitern zur Vermeidung körperlich anstrengender und monotoner Aufgaben wünschenswert wäre. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz für ein Roboterassistenzsystem vor, bei dem über eine 3D-Kamera basierte Arbeitsraumerfassung sowie manuell definierte Hindernisse ein aktuelles Umgebungsmodell generiert und automatisch eine kollisionsfreie Bahn für einen Sechsachs-Knickarmroboter errechnet wird. Dadurch kann der Einsatz von Robotern bei nicht vorhandenem Fachpersonal zur Umprogrammierung sowie bei kleineren Stückzahlen attraktiver werden. Es ergeben sich auch weitere Anwendungsgebiete für Industrieroboter, beispielsweise zur Unterstützung leistungsgewandelter oder geminderter Personen im Erwerbsleben. Eingangsparameter der automatischen Pfadgenerierung sind die aktuelle Istposition des Roboters und eine kartesische oder achsbasierte Zielposition. Eine hierarchische Zellzerlegung des Roboterarbeitsraums berechnet hierauf kollisionsfreie Zellen sowie mittels eines angepassten A*-Algorithmus den kürzesten Weg benachbarter, freier Zellen von der aktuellen Start- zur vorgegebenen Zielposition für den Werkzeug-arbeitspunkt (TCP, Tool-Center-Point) des Roboters. Es können sowohl synchrone Point-to-Point (PTP) als auch Linearbewegungen berücksichtigt werden. Die Orientierungsänderung zwischen Start- und Zielposition wird an die Wegänderung gekoppelt. Für alle Pfadstrecken zwischen den ermittelten kartesischen Stützpunkten wird in definierten Abständen eine hierarchische Kollisionsprüfung des Roboterarms mit der Umgebung durchgeführt. Hierfür werden bei Verwendung des PTP-Modus zunächst alle gültigen Konfigurationen der Stützpunkte und die sich daraus ergebenden, realisierbaren Kombinationen bestimmt. Falls Linearbewegungen erforderlich sind oder bevorzugt werden sollen, erfolgt zudem die überprüfung der Pfadabschnitte auf singuläre Stellungen, die zu einem Verwerfen der Bahn führen. Falls ein Stützpunkt oder ein Pfadabschnitt keine gültige Konfiguration liefert, wird ein künstliches Hindernis an der TCP-Position eingefügt und auf Basis des aktualisierten Arbeitsraummodells eine erneute Zellzerlegung und TCP-Pfadsuche angesto{ß}en. Um die notwendigen Kollisionsberechnungen zu beschleunigen, werden die Hindernisobjekte sowie der eingesetzte Roboter durch geometrisch einfache Hüllkörper umschlossen und überschneidungen mit dem Roboter hierarchisch geprüft. Neben der automatischen Bewegungsgenerierung wird im weiteren Verlauf dieses Beitrags als Erweiterung des beschriebenen Ansatzes auch die Möglichkeit einer Kollisionsüberwachung während der Roboterbewegung bei einem Einsatz ohne trennende Schutzeinrichtungen vorgestellt, sodass die Gefährdung von Menschen durch ein Anhalten des Roboters vermieden werden kann. Dabei werden auf Basis des aktuellen Arbeitsraummodells und der bekannten Roboteristposition hierarchische Abstandsprüfungen zu dynamischen Objekten und Personen durchgeführt und auf die Einhaltung eines angepassten Mindestsicherheitsabstandes geprüft.



FAU-Autorinnen und Autoren / FAU-Herausgeberinnen und Herausgeber

Franke, Jörg Prof. Dr.-Ing.
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik
Ramer, Christina
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik


Zitierweisen

APA:
Ramer, C., & Franke, J. (2013). Kollisionsfreie Bewegungsgenerierung für ein Industrieroboter-Assistenzsystem auf Basis von 3D-Kameradaten. In ZHAW IfMS (Eds.), Internationales Forum Mechatronik 2013. Winterthur, CH: Winterthur.

MLA:
Ramer, Christina, and Jörg Franke. "Kollisionsfreie Bewegungsgenerierung für ein Industrieroboter-Assistenzsystem auf Basis von 3D-Kameradaten." Proceedings of the Internationales Forum Mechatronik, Winterthur Ed. ZHAW IfMS, Winterthur, 2013.

BibTeX: 

Zuletzt aktualisiert 2018-25-08 um 07:08