5 Bewezen Strategieën om Robotbotsingen te Voorkomen (en een Laatste Reddingsboei)

Hoe voorkom je dat je robot botst met objecten in zijn werkruimte? Hier lees je hoe je robotbotsingen voorkomt zonder jezelf het leven zuur te maken.

Een recente vraag op het RoboDK Forum benadrukte een veelvoorkomend probleem met robots. Gebruiker Micronexx vroeg hoe men botsingen kan voorkomen. Ze wilden weten of RoboDK automatisch botvrije paden genereert, of dat de gebruiker handmatige aanpassingen moet maken.

Dit is een ingewikkelder kwestie dan het op het eerste gezicht lijkt. RoboDK bevat zeker functionaliteiten die helpen bij het vermijden van botsingen, inclusief enkele automatische routeringsopties. Echter, "botsingsvermijding" in de robotica is een diepgaand en complex onderwerp. Hele onderzoeksprojecten worden gewijd aan trajectplanning en botsingsvermijding. Er zijn zelfs geavanceerde kunstmatige intelligentie-algoritmen voor ontwikkeld.

Het goede nieuws is dat, voor de meeste van ons, de dingen niet zo gecompliceerd hoeven te zijn. Er zijn eenvoudigere manieren om te voorkomen dat je robot met objecten botst.

5 Eenvoudige Manieren om Robotbotsingen te Voorkomen

Het is meestal het beste om simpel te beginnen.

Dit is een goede vuistregel bij het oplossen van elk probleem in je robotprogrammering. Hoewel robots in staat zijn tot geavanceerde functionaliteit, zijn de eenvoudige technische oplossingen vaak de beste.

Hier zijn 5 eenvoudige manieren om te voorkomen dat je robot met objecten botst.

1. Plan Je Werkruimte Goed vanaf het Start

Botsingen voordoen zich het meest wanneer de werkruimte niet goed is gepland. Je moet elke robotintegratie beginnen met het plannen van de ruimte, bijvoorbeeld door het op papier te schetsen.

Plan welke gebieden de robot zal bewegen en welke gebieden buiten zijn bereik vallen. Probeer de bewegingen van de robot met je eigen arm na te doen voordat je ze in de robot programmeert — dit is een zeer effectieve methode om potentiële problemen te verminderen voordat ze ontstaan, en het gaat heel snel.

2. Verwijder Potentiële Belemmeringen Fysiek

De beste manier om botsingen te voorkomen is ervoor te zorgen dat er niets is waar de robot tegenaan kan botsen. Dit betekent dat je alles wat de baan van de robot zou kunnen belemmeren, uit de werkruimte verwijdert.

Zorg ervoor dat er een helder pad is tussen de verschillende gebieden van de werkruimte. Als de robot objecten uit een locatie oppakt en ze in een andere monteren, verwijder dan alles uit de werkruimte tussen deze twee locaties.

Dit lijkt misschien voor de hand liggend, maar het is makkelijk om te vergeten bij offline programmeren. Je ziet bijvoorbeeld een zuil in de robotwerkruimte en denkt: "Het is oké, ik vermijd het gewoon in het robotprogramma." Maar omdat je programmeert in een gesimuleerde omgeving waar de zuil niet bestaat, vergeet je er en programmeer je de robot er doorheen te bewegen.

3. Maak de Echte Wereld Gelijk aan de Simulatie

De echte wereld en de simulatie in RoboDK moeten zo nauwkeurig mogelijk overeenstemmen. Je kunt dit op twee manieren bereiken:

1. Maak een nauwkeurig model van de fysieke werkruimte in de simulatie — Dit betekent dat je de precieze locatie van elk object meet en in de software modelleert. Het kan extreem tijdrovend zijn en hoe meer je vertrouwt op de nauwkeurigheid van de simulatie, hoe minder ruimte er is voor fouten.
2. Verwijder objecten uit de echte wereld die niet in de simulatie zitten — Dit houdt in dat je de fysieke werkruimte vereenvoudigt door objecten te verwijderen.

In de praktijk is de beste optie een combinatie van deze twee. Je verwijdert alle overbodige objecten uit de fysieke werkruimte en voegt alle benodigde objecten toe in de simulatie.

4. Pas Programmeerdoelen Handmatig Aan

Voordat je begint met complexe botsingsvermijdingsalgoritmen, probeer dan de bewegingen van de robot zelf aan te passen. Voor de meeste toepassingen is het handmatig verplaatsen van de doelen in RoboDK een snelle, effectieve en robuuste oplossing.

Als de robot bijvoorbeeld botst met een object tijdens een Joint Move-opdracht, voeg dan gewoon een paar extra wegpunten toe om het object te omzeilen. Of — nog beter — vraag je af of het object überhaupt in de werkruimte hoeft te zijn.

Een praktijk die botsingen aanzienlijk kan verminderen, is bepalen of elke beweging een "reismove" of een "operationele move" is. Voer reismoves alleen uit in vrije ruimte waar geen belemmeringen zijn. Stop dan op een kleine afstand van de operatie (de zogenaamde "aannaderingsafstand") en beweeg zorgvuldig in de taak voordat je de operationele move uitvoert.

5. Gebruik de Nieuwe Functie van de Machining Wizard

Robotfrezen is een taak waar je waarschijnlijk geautomatiseerde trajectplanning nodig hebt. RoboDK maakt het gemakkelijk om freespaden te genereren met de ingebouwde Machining Wizard.

Meestal zul je geen botsingen hebben als je de bovenstaande adviezen hebt opgevolgd. Er is echter een optie om botsingen tijdens de freesoperatie automatisch te vermijden, die we in de nieuwste versie van RoboDK hebben toegevoegd. Lees Alberts antwoord op het forum dat uitlegt hoe je deze nieuwe functie gebruikt.

Deze functie vermijdt botsingen door de robot automatisch te laten draaien rond de z-as van het gereedschap. Als resultaat vermijdt het niet alle botsingen, maar het verbetert de robuustheid van de Machining Wizard.

Laatste Redmiddel: Gebruik een Geavanceerde Bewegingsplanner

Als je alle bovenstaande stappen hebt doorlopen en je besluit dat je nog steeds autonom botsingsvermijding nodig hebt, is het tijd om de "zware artillerie" te gebruiken. Dit betekent het gebruik van motion planning algoritmen van derden om het robottraject te genereren.

Er zijn talloze trajectplanners die automatisch botsingen detecteren en vermijden. De meeste zijn echter nog in een vroeg onderzoeksstadium en dus niet erg betrouwbaar. Daarnaast zijn de meeste ontworpen voor mobiele robots die alleen in 2-dimensies bewegen.

Er zijn echter een paar fatsoenlijke trajectplanners die werken voor industriële robotmanipulatoren. Wees gewaarschuwd: om ze te gebruiken, moet je serieus programmeren.

1. MoveIt! — MoveIt! is een van de meest ontwikkelde grafische bewegingsplanners voor robotmanipulatie. Het gebruikt het OMPL-framework en biedt een relatief eenvoudige grafische interface. Het is geïntegreerd in ROS. Als je al bekend bent met ROS, kan dit een goede optie zijn. Zo niet, dan heb je wellicht een steile leercurve.
2. Open Motion Planning Library (OMPL) — Het is mogelijk om OMPL alleen te gebruiken, zonder MoveIt! Het biedt bibliotheken in C++ en heeft ook Python-bindings. Er is een redelijke hoeveelheid documentatie, maar het zal nog steeds een leercurve vereisen omdat de bibliotheek veel functionaliteit heeft.
3. Bubbles — Dit is een kleine bibliotheek die RoboDK's CEO Albert Nubiola aanbeveelt. Het is een zelfstandige bewegingsplanner voor manipulatoren die het probabilistische roadmap-algoritme (PRM) gebruikt. Het is geschreven in C++ en heeft zeer weinig documentatie. Maar als je een programmeerwizard bent en uitdagingen liefhebt, kan het een veel minder "gebloatte" oplossing bieden dan MoveIt.

Over het algemeen is het beter om botsingen te vermijden door een van de eenvoudigere methoden te gebruiken. Maar als je de geavanceerde algoritmen nodig hebt, is botsingsvermijding een fascinerend onderwerp.

Met welke botsingen heb je problemen gehad in je robotapplicaties? Laat het ons weten in de reacties hieronder of sluit je aan bij de discussie op LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram of in het RoboDK Forum.