Naslov (eng)

Detection of interaction forces in industrial robotics : doctoral dissertation

Autor

Gordić, Zaviša, 1989-

Doprinosi

Jovanović, Kosta, 1986-
Jovičić, Nenad, 1977-
Miljković, Zoran, 1961-
Rodić, Aleksandar, 1960-
Đurović, Željko, 1964-

Opis (eng)

With Industry 4.0 becoming a reality and Industry 5.0 emerging on the horizon, theneed for seamless integration, shared workspace and interoperability of production entities is everincreasing. To aid in this transition, this thesis presents approaches intended to allow the evolution ofindustrial robots by enabling them to detect and interpret interactions with their surroundings. Thedetection of interaction forces is based on non-model-based algorithms due to their inherent ability toinclude all aspects of the behaviours of the robot as well as to capture the contact task-specific forcesand dynamics. To detect interactions, the reference sequence recorded during an exemplary taskexecution cycle is compared with measurements from the robot while it is performing its repetitive task.The thesis presents several different approaches to detection of collisions and interactions in generalintended for the implementation on industrial robots with closed control architecture. To overcomeimplementation issues, the modified Dynamic Time Warping (mDTW) method, as one of the keypresented contributions, enables optimal matching of compared signals. The mDTW enables comparinga signal with the most similar section of the other signal. Partial matching also enables onlineapplication of time warping principles and reduces the time and computation resources needed toperform matching. The developed and presented algorithms for automatic calculation of kinematicparameters of the robot and its end-effector enable further evolution of the mDTW in into itskinematically augmented version - KA-mDTW, extending the interaction’s detection algorithm’sapplication domain. Furthermore, it enables the inclusion of unmodeled task dynamics or a robot’s endeffector into algorithms for collision detection or general understanding of a robot’s operation context.The presented algorithms and conclusions are supported and validated by the experimental testing onindustrial robots.

Opis (eng)

Услед Индустрији 4.0 која постаје стварност и Индустрије 5.0 која се јавља навидику, све је јача потреба за олакшаном интеграцијом, дељеним радним простором имеђуповезаношћу производних чинилаца. Као одговор на те потребе, ова дисертација представљаприступе намењене еволуцији индустријских робота тако што им омогућава да опажају и тумачеинтеракцију са својим окружењем. Детекција сила интеракције је заснована на алгоритмима којине захтевају модел робота због њихове особине да посредно укључе све чиниоце понашањаробота и специфичних сила везаних за динамику интеракције. Детекција интеракције се постижепоређењем референтних вредности снимљених током репрезентативног покрета са мерењимадобијених од робота током вршења свог поновљивог задатка. Дисертација представља неколикоразличитих приступа намењених примени на индустријским роботима са затвореномуправљачком архитектуром а који се могу користити ради детекције судара и интеракцијеуопште. Како би се превазишли изазови везани за примену, један од главних доприноса,развијени modified Dynamic Time Warping (mDTW) метод, омогућава оптимално упаривањепоређених сигнала. Представљени mDTW метод омогућава упаривање једног сигнала санајсличнијим делом другог сигнала. Упаривање делова омогућава примену Time Warping-а уреалном времену и смањује време потребно за обраду података. Развијени и представљениалгоритми за аутоматско рачунање кинематичких параметара робота и завршног уређајаомогућавају даљу еволуцију mDTW-а у његову кинематички допуњену верзију - KA-mDTW,чиме се проширује поље примене алгоритма за детекцију интеракције. Овим се додатноомогућава укључивање немоделоване динамике роботског задатка или завршног уређаја у циљудетекције судара или општег разумевања оперативног контекста. Представљени алгоритми изакључци су потврђени и проверени експерименталним тестирањем на индустријским роботима., Услед Индустрији 4.0 која постаје стварност и Индустрије 5.0 која се јавља навидику, све је јача потреба за олакшаном интеграцијом, дељеним радним простором имеђуповезаношћу производних чинилаца. Као одговор на те потребе, ова дисертација представљаприступе намењене еволуцији индустријских робота тако што им омогућава да опажају и тумачеинтеракцију са својим окружењем. Детекција сила интеракције је заснована на алгоритмима којине захтевају модел робота због њихове особине да посредно укључе све чиниоце понашањаробота и специфичних сила везаних за динамику интеракције. Детекција интеракције се постижепоређењем референтних вредности снимљених током репрезентативног покрета са мерењимадобијених од робота током вршења свог поновљивог задатка. Дисертација представља неколикоразличитих приступа намењених примени на индустријским роботима са затвореномуправљачком архитектуром а који се могу користити ради детекције судара и интеракцијеуопште. Како би се превазишли изазови везани за примену, један од главних доприноса,развијени modified Dynamic Time Warping (mDTW) метод, омогућава оптимално упаривањепоређених сигнала. Представљени mDTW метод омогућава упаривање једног сигнала санајсличнијим делом другог сигнала. Упаривање делова омогућава примену Time Warping-а уреалном времену и смањује време потребно за обраду података. Развијени и представљениалгоритми за аутоматско рачунање кинематичких параметара робота и завршног уређајаомогућавају даљу еволуцију mDTW-а у његову кинематички допуњену верзију - KA-mDTW,чиме се проширује поље примене алгоритма за детекцију интеракције. Овим се додатноомогућава укључивање немоделоване динамике роботског задатка или завршног уређаја у циљудетекције судара или општег разумевања оперативног контекста. Представљени алгоритми изакључци су потврђени и проверени експерименталним тестирањем на индустријским роботима.

Opis (eng)

Electrical and Computer Engineering - Robotics and Control Systems / Електротехника и рачунарство - Роботика и управљање системима Datum odbrane: 24.02.2023.

Jezik

engleski

Datum

2022

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Veštačka inteligencija. Robotika

Индустријска роботика; Детекција интеракције; Физичка интеракција; Dynamic Time Warping, Индустрија 4.0

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Veštačka inteligencija. Robotika

Industrial robotics; Interaction detection, Physical interaction, Dynamic Time Warping, Industry 4.0