Kunstmatige Intelligentie Blog 2023
Het vermijden van robot-singulariteit is van fundamenteel belang voor het besturen van industriële robots. Een singulariteit kan een serieus probleem worden voor robotprogrammeurs en gebruikers, met reële gevolgen voor de productiviteit en kwaliteit.
Wanneer de besturingsalgoritmen van een robot “afbreken” vanwege een kinematische singulariteit, kan dit ertoe leiden dat de robot zich op onvoorspelbare of zelfs gevaarlijke manieren gedraagt. Als een verfrobot bijvoorbeeld onverwachts van snelheid verandert wanneer hij in de buurt van een singulariteit komt, zal dit de kwaliteit van het schilderwerk in gevaar brengen.
Gelukkig zijn er verschillende strategieën om de negatieve effecten van singulariteiten bij het programmeren van industriële robots te vermijden.
Hier zijn 9 strategieën om de bewegingen van uw robot veilig en voorspelbaar te houden:
1. Voeg een offset toe
De eerste singulariteitsvermijdingsstrategie is heel eenvoudig. Robotica-technici gebruiken het al tientallen jaren. U voegt tijdens het programmeren eenvoudig een offset toe aan het gereedschap van de robot.
Singulariteiten komen vaak voor wanneer twee van de assen van de robot op een bepaalde manier uitgelijnd zijn. Pols-singulariteiten treden bijvoorbeeld op wanneer gewricht 4 en gewricht 6 “samenvallen”. Door een kleine hoek toe te voegen aan het gereedschap van de robot, verkleint u de kans dat de assen uitlijnen. Deze strategie kan echter ook onnauwkeurigheden of complicaties introduceren vanwege de toegevoegde offset.
2. Stop de robot
Een snelle en vuile methode om robot-singulariteiten te vermijden, is door de robot te programmeren om te stoppen wanneer hij een singulariteit nadert. Dit voorkomt in ieder geval bewegingen of gedragingen die de robot zouden kunnen beschadigen.
Je zou deze strategie op verschillende manieren kunnen toepassen. U kunt bijvoorbeeld een “stoppunt” of “gevarenzone” toevoegen aan de programmering van de robot. Wanneer de robot dit gebied betrad, activeerde hij een stopstatus.
Sommige problemen met deze oplossing zijn onder meer dat het onelegant is en verwarrend kan zijn voor gebruikers die de robot niet zelf hebben geprogrammeerd omdat ze niet weten waarom de robot is gestopt.
3. Verplaats de taak
Een elegantere oplossing voor het vermijden van singulariteit is om de taak van de robot naar een ander gebied in zijn werkbereik te verplaatsen. Hierdoor kunt u de taak zo positioneren dat deze niet op bijzonderheden stuit.
Deze strategie vereist dat je een beetje verstand hebt van robotkinematica en bereikbaarheid. Een manier om de juiste ruimte in de werkruimte van de robot te vinden, is door een bereikbaarheidsanalyse uit te voeren. Een tool als RoboDK kan hierbij enorm helpen, met zijn ingebouwde mogelijkheid om de werkruimte van je robot te visualiseren.
4. Gebruik Cuspida-robots
Cuspidal-robots zijn robots die speciaal zijn ontworpen om geen bijzonderheden te hebben. Ze kunnen vrij bewegen binnen hun werkbereik en bereiken nooit een kinematische singulariteit.
Het belangrijkste voordeel van cuspidal-robots is hun vermogen om complexe bewegingen soepel op een veilige en stabiele manier uit te voeren. Het potentiële probleem is dat dit type robot soms geen eenvoudige bewegingen kan uitvoeren. De programmeertechnieken die worden gebruikt om een singulariteitsvrije beweging te creëren, kunnen de bewegingen van de robot minder nauwkeurig maken, aangezien het vermijden van singulariteiten voorrang heeft op taaknauwkeurigheid.
5. Leg gezamenlijke limieten op
Een eenvoudige en effectieve oplossing om enkele bijzonderheden te vermijden, is door gezamenlijke limieten op te leggen in uw robotprogrammering. Dit voorkomt dat de betreffende gewrichten voorbij bepaalde hoeken bewegen, waardoor de robot een singulariteit binnengaat.
Hoewel deze methode eenvoudig en effectief is, beperkt ze de beweging van de robot. Het verwijdert effectief een heel deel van de werkruimte van de robot. Dit kan echter acceptabel zijn voor sommige taken.
6. Leer singulariteiten herkennen
Een sterk aanbevolen strategie is om robot-singulariteiten te leren herkennen wanneer ze zich voordoen. Als je weet waar je op moet letten, ben je voorbereid op wat je moet doen als je een singulariteit ziet en heb je een beter idee hoe je het probleem kunt oplossen.
Met ervaring zult u waarschijnlijk een intuïtief “gevoel” gaan ontwikkelen voor de werkruimte van uw robot en zijn eigenaardigheden. Deze vaardigheid maakt het veel gemakkelijker om singulariteiten te vermijden wanneer je robotprogramma’s maakt.
7. Word een Singularity Master
De volgende stap omhoog is om een ’singularity master’ te worden. Dit betekent meer leren over de geavanceerde wiskundige concepten die singulariteiten veroorzaken. Met dit begrip heb je genoeg kennis om robotprogramma’s te maken die op elegante wijze singulariteiten detecteren en vermijden.
Voor de meeste robotgebruikers is dit niveau waarschijnlijk overdreven. De wiskunde achter singulariteiten kan erg complex zijn. Als het echter uw doel is om een robotica-expert te worden, is het een goed idee om deze vaardigheden te ontwikkelen.
8. Voeg dynamische singulariteitsvermijding toe
Een andere strategie is om dynamische singulariteitsvermijding toe te voegen aan de programmering van de robot. Dit is waar de robot zijn bewegingen on-the-fly aanpast wanneer hij een singulariteit tegenkomt. Dit is een effectieve strategie voor taken die fysieke samenwerking tussen mens en robot vereisen, aangezien de robot actief zal vermijden om de menselijke operator aan te raken.
Een manier om dit soort singulariteitsvermijding te bereiken, is door dynamische krachten toe te voegen aan de bewegingen van de robot wanneer deze te dicht bij een singulariteit komt. Onderzoekers hebben deze methode met succes gebruikt bij handgeleidende taken van robots en hebben goede resultaten behaald.
9. Gebruik software met automatische singulariteitsdetectie
Ten slotte is een van de meest effectieve manieren om robot-singulariteiten te vermijden, het gebruik van robotprogrammeersoftware met automatische singulariteitsdetectie. RoboDK heeft ingebouwde singulariteitsdetectie die speciaal is ontworpen om u te vertellen of uw gekozen traject een singulariteit zou passeren.
Dit maakt het programmeren veel eenvoudiger omdat u zich geen zorgen hoeft te maken of de robot een singulariteit binnengaat wanneer u hem programmeert.
Ja, singulariteiten kunnen complex zijn.
Maar door de hierboven geschetste strategieën te volgen, kunt u ervoor zorgen dat uw robotprogramma vrij is van problematische bijzonderheden. Hoe beter je kinematische singulariteiten kunt herkennen en de werking van je robot kunt aanpassen om ze te vermijden, hoe stabieler en efficiënter de bewegingen van je robot zullen zijn.
