Программирование коллаборативных манипуляционных роботов с использованием интерфейса дополненной реальности

Швандт Александр
FKS-Maschinenbau GmbH, инженер-специалист, заведующий отделом разработок, Германия, 12459, Берлин, Вильгеминенхофштрассе, 83-85, тел.: +49(30)551507900, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Ющенко Аркадий Семенович
д.т.н., Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана), профессор, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, тел.: +7(499)263-60-54, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 12 февраля 2020 года.

Аннотация
Внедрение робототехники не только в процесс автоматизации производства на крупных предприятиях, но также и в мелкосерийном, быстро перестраиваемом производстве привело ко все более широкому распространению коллаборативной робототехники (КоРТ). В этом случае не только обеспечивается полная безопасность промышленного робота по отношению к человеку, находящемуся в том же рабочем пространстве, но и максимально облегчается работа по эксплуатации промышленного робота, в первую очередь, по его программированию. От оператора, по существу, не требуется никаких дополнительных знаний и умений, связанных с управлением роботами. Чаще всего оператор может просто провести захват промышленного манипулятора (ПМ) по заданной траектории, и это движение запоминается, т.е. проводится программирование ПМ путём демонстрации. Тем не менее, такой способ, все же связан с определенным риском, если речь идёт о достаточно крупном ПМ. Кроме того, этот способ неприменим при выполнении операций, требующих достаточной точности. Трудности возникают и при выполнении сборочных операций. В статье предлагается применить для программирования коллаборативных манипуляционных роботов интерфейс дополненной реальности. Предлагаемый способ можно назвать программированием виртуального ПМ путём демонстрации. В этом случае программирование движения происходит без включения ПМ с использованием 3D-модели захвата манипулятора или объекта, удерживаемого в захвате, рабочего инструмента и т.п. Движение этой модели, осуществляемое оператором, последний наблюдает на миниатюрном экране прозрачных очков. При этом оператор видит и окружающую реальность, что необходимо для правильного выбора движения, позволяющего избежать возможных столкновений. В сложных ситуациях оператор использует при программировании движения собственную интуицию, опыт, что позволяет назвать такой способ интуитивным программированием. После того, как операция выполнена вполне удовлетворительно с точки зрения оператора и по объективным показателям, которые также можно измерить, включается ПМ и повторяет заданную операцию или последовательность операций, когда человек-оператор уже покинул операционное поле. Предлагается техническое решение поставленной задачи, а также предварительные исследования точности такого способа программирования КоРТ.

Ключевые слова
Манипуляционный робот, интерфейс «человек-робот», дополненная реальность, программирование путём демонстрации, интуитивное программирование, коллаборативная робототехника.

https://doi.org/10.31776/RTCJ.8205 

Индекс УДК 
004.896

Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект No.18-07-0131). Авторы также выражают благодарность руководству предприятия FKS-Maschinenbau GmbH (Федеративная Республика Германия, Берлин) за поддержку в проведении исследований.

Библиографическое описание
Швандт А. Программирование коллаборативных манипуляционных роботов с использованием интерфейса дополненной реальности / А. Швандт, А.С. Ющенко // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 8. - №2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2020. – С. 139-149. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Akan B. Intuitive Industrial Robot Programming Through Incremental Multimodal Language and Augmented Reality / B. Akan [et al.] // IEEE International Conference on Robotics and Automation. – 2011. – Pp. 3934-3939. – Text: unmediated.
2. Petterson T. Augemted reality for programming industrial robots / T. Petterson [et al.] // The Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality. – 2006. – Pp. 319-320. – Text: unmediated.
3. Po C.-W. Accurate 6Dof Tracking of a Passive Stylus / Po C.-W. [et al.] // The 30th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology. – 2017. – Pp.365-374. – Text: unmediated.
4. Описание системы натурального программирования TracePen // Wandelbots: [site]. – URL: https://www.wandelbots.com/tracepen/ (дата обращения: 01.02.2020). – Text: electronics.
5. Olwall A. Spacial augmented reality on industrial CNC-machines / Olwall A., Gustafsson J., Lindfors C. // SPIE. – 2018. – Pp. 70-78. – Text: unmediated.
6. Chong J.W.S. Robot programming using augmented reality: An interactive method for planning collision-free paths / Chong J.W.S. [et al.] // IEEE. – 2009. – Text: unmediated.
7. Marin R. A very high level interface to teleoperate a robot via Web including augmented reality / Marin R., Sanz P., Sanchez J. // IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.02CH37292). – 2002. – Pp. 2725-2730. – Text: unmediated.
8. Jara C.A. An augmented reality interface for training robotics through the web / Jara C.A. [et al.] // Communication. – 2005. – Pp. 189-194. – Text: unmediated.
9. Зенкевич С.Л. Основы управления манипуляционными роботами / С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко // Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. – Москва. – 2004. – С. 51-57. – Текст: непосредственный.
10. Siciliano B. Handbook of Robotics / Siciliano B., Khatib O. // Springer, Berlin Heidelberg, 2008. – Pp. 323-328. – Text: unmediated.
11. Калибровка камеры и 3D реконструкция // OpenCV: [site]. – URL: https://docs.opencv.org/2.4/modules/calib3d/doc/camera_calibration_and_3d_reconstruction.html (дата обращения: 01.02.2020). – Текст: электронный.
12. Ющенко А.С. Человек и робот – эргономические проблемы коллаборативной робототехники // Мир Психологии. – 2018. – №4. – С. 86-102. – Текст: непосредственный.
13. Mooring B. Fundamental of manipulator Calibration / Mooring B., Yvi R., Morris D. // John Wiley & Sons, Inc. – 1991. – Pp. 175-182. – Text: unmediated.
14. Haun M. Handbuch Robotik // Springer, Berlin Heidelberg. – 2007. – Pp. 173-180. – Text: unmediated.

Полный текст статьи (pdf)