Соглашение № 17-19-01740 от 26.04.2017 г.

на период 2017 - 2019 гг. с Российским научным фондом в рамках открытого публичного конкурса на получение грантов Российского научного фонда по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда "Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами"  

Название проекта:

Разработка методов идентификации моделей взаимодействия робота с адаптивной податливостью с человеком и окружающей средой

Объем финансирования:

• 2017 г. – 6000 тыс. руб.
• 2018 г. – 6000 тыс. руб.
• 2019 г. – 6000 тыс. руб.

Приоритетное направление развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, критическая технология:

Информационно-телекоммуникационные системы. Технологии информационных, управляющих, навигационных систем.

Руководитель проекта:

Климчик Александр Сергеевич - доцент, начальник Центра развития роботехники АНО ВО "Университет Иннополис"

Основной задачей

проекта является восстановление природы внешнего воздействия на робота и, в зависимости от этого, выбор алгоритма управления роботом: либо компенсация ошибок податливости связанных с технологическим процессом, либо изменение траектории робота, чтобы не нанести вред человеку и роботу.

Актуальность проекта и научная новизна

Целью проекта является оценка воздействия на робот внешних сил и классификация их природы, используя преимущественно прямые и косвенные измерения его конфигурации. Имеющиеся на сегодняшний день подходы оценки внешнего воздействия сильно ограничены в своих возможностях и могут применяться только в случае, если точка приложения внешней силы заранее известна. Наиболее распространённым способом для определения силы приложенной к исполнительному механизму является использование датчика силы, закреплённого между роботом и исполнительным механизмом. Однако этот подход не может обеспечить высокую точность оценки действующей силы, вносит дополнительную нежелательную податливость в роботизированную систему и не может применяться для оценки воздействия приложенного в любой другой точке кроме как к исполнительному механизму манипулятора. В то же время, при контакте человека с роботом точка приложения силы может отличаться от исполнительного механизма и зачастую заранее не определена. Стоит заметить, что использование системы технического зрения не всегда позволяет определить наличие и точку контакта.

Рассматриваемая задача имеет важное значение для практики и позволяет решить следующие проблемы:

• Оценки деформации робота под действием внешних сил и компенсация ошибок податливости для повышения точности позиционирования робота в контактных операциях (например, для задачи механообработки или шлифования).
• Определение контакта робота с человеком и изменение алгоритма управления с целью не нанести вред человеку.
• Определение контакта робота с жёстким препятствием и изменение траектории движения робота с целью предотвращения физической поломки исполнительных и механических компонентов робота.

На сегодняшний день перечисленные выше проблемы не решаются комплексно, реализованные подходы позволяют частично решать только одну из этих задач.

Наиболее перспективным подходом (из имеющихся на сегодняшний день) для решения поставленных задач является использование двойных энкодеров. Однако алгоритмы управления, которые используются сегодня в роботах с двойными энкодерами, направлены на непосредственную компенсацию разницы показаний, а не определение природы воздействия и интеллектуального выбора алгоритма на основе анализа внешнего воздействия. Достоинством этого метода является его простота реализации и возможность до-оснастки имеющихся роботов вторыми энкодерами. Так же будут рассмотрены и другие методы измерения реальной конфигурации робота на основе измерения линейных и угловых величин, проведён сравнительный анализ их эффективности. В процессе выбора метода акценты так же будут сделаны на стоимость реализации и простоту интегрирования.

Предлагаемый подход для оценки внешних усилий будет реализован используя модель жёсткости манипулятора и дополнительную информацию (по сравнению с задаваемой на вход контроллера) о состоянии робота (его реальной конфигурации). Предполагается использовать достаточное количество измерений для классификации сил действующих на робота, и, в случае необходимости, компенсации их влияния на положение исполнительного органа.

Проект охватывает разработку математических моделей, методов идентификации и алгоритмов управления роботом для всевозможных моделей взаимодействия манипулятора с окружающей средой:

• Выполнение роботом технологической операции, предполагающей возникновение внешних воздействий на исполнительный орган (контакт или внешняя сила планируется изначально).
• Контакт манипулятора со статическими и динамическими препятствиями (контакт не планируется изначально).
• Взаимодействие двух роботов в процессе выполнения операции в едином рабочем пространстве (случаи запланированного и не запланированного изначально контакта).
• Взаимодействие манипулятора с человеком при совместном выполнении технологических операций (контакт планируется изначально).
• Контакт манипулятора с человеком при работе в едином пространстве (контакт не планируется изначально).
• Комплексные сценарии взаимодействия робота с окружающей средой и человеком.

Поставленные научные задачи являются актуальными не только для российской робототехники, но и для мировой науки в целом. На сегодняшний день к решению подобных задач подходят многие ведущие исследовательские лаборатории и производители промышленных роботов, но на данный момент ни одна из поставленных задач ещё не имеет комплексного решения; рассматриваемые сценарии взаимодействия робота с окружающей средой раньше не анализировались в комплексе.

В центре внимания