Projekty
(Sterowanie Mechanizmów Wieloczłonowych)
Jakub Możaryn, Jan Klimaszewski, Anna Sibilska-Mroziewicz
13 listopada 2019
Rozdział 1
Tematy projektów
1.1 Temat: Symulacja i wizualizacja ruchu węża podążającego za zadaną trajektorią w zatło- czonym środowisku
konsultacje: dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz
Opis
Do instniejącej implementacji symulacji ruchu węża należy dopisać moduły umożliwiające:
• podążanie węża za trajektorią zaddaną (trajektoria zadana ma postać wy- rysowanej na podłożu lini prostej)
• wykrywanie i omijanie przeszkód stojących na drodze węża.
Zakres W tym celu należy:
• Rozwinąć model matematyczny o siły kontaktu pomiędzy segmentami wę- ża a przeszkodami (rozdział 10 literatury (w szególności 10.6)) natomiast trajektoria zadana powinna być wyznaczona na podstawie zadanego po- łożenia (rozdział 5 literatury (w szczególności 5.3)).
• Wymyślić zadanie jakie ma wykonać wąż (np. wąż ratunkowy) oraz zwizu- alizować jego środowisko wraz z omijanymi przeszkodami oraz położeniem
1.2 Temat: Sterowanie przemysłowym manipu- latorem z wykorzystaniem informacji taktyl- nej
konsultacje: dr inż. Jan Klimaszewski
Opis
Stosowanie sensorów taktylnych w robotyce jest aktywnie rozwijanym tematem badawczym na świecie. Sensory taktylne mogą umożliwić zwinną interakcję ro- bota z otoczeniem oraz poprawić możliwości manipulowania obiektami przez maszyny. Ich zastosowanie w zakresie robotyki kooperacyjnej może usprawnić interfejsy człowiek-maszyna i zwiększyć bezpieczeństwo współpracy człowieka z maszyną. W zależności od aplikacji stosowane są różne rodzaje czujników mie- rzących nacisk wywierany na robota przez siły zewnętrzne.
Zakres
• Opracować model geometrii, kinematyki i dynamiki wybranego manipu- latora przemysłowego.
• Przygotować symulację wirtualną manipulatora ze zintegrowanymi senso- rami taktylnymi.
• Na podstawie przeglądu literatury ustalić zadanie sterowania realizowane przez manipulator z wykorzystaniem wskazań sensorów taktylnych.
• Opracować i zaimplementować w symulacji wirtualnej układ sterowania realizujący wybrane zadanie sterowania.
• Ocenić jakość opracowanego sterowania na podstawie symulacji wirtual- nej.
Założenia
• Do opracowania modelu robota wykorzystać środowisko ROS lub MA- TLAB/Simulink.
• Do opracowania układu regulacji robota wykorzystać środowisko ROS lub MATLAB/Simulink.
1.3 Temat: Modelowanie dynamiki i układu ste- rowania przemysłowego manipulatora UR5 z wykorzystaniem sieci neuronowych
Konsultacje: dr inż. Jakub Możaryn
Opis
UR5 to przemysłowy robot o 6 stopniach swobody produkowany przez firmę Universal Robots. Jest lekkim manipulatorem o masie ok. 18,5 kg, zasiegu 85 cm i maksymalnej ładowności 5 kg. Umożliwia automatyzację powtarzalnych i niebezpiecznych zadań. UR5 należy do klasy robotów współpracujących (ang.
Cobot ) przeznaczonych do fizycznej interakcji z ludźmi we wspólnej przestrzeni roboczej. Od wielu lat rozważa się wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych (ANN) w modelownaiu i sterowaniu robotów przemysłowych. Mają wyraźną przewagę nad metodami identyfikacji liniowej, tj. pozwalają na aproksymację wielowymiarowych funkcji nieliniowych, prostą adaptację parametrów modelu w oparciu o metodę wstecznej propagacji błędu (backpropagation) i szybkie obliczanie równań ANN. W przeciwieństwie do modeli bilansowych procedura projektowania ANN nie wymaga dokładnej znajomości równań fizycznych mo- delu i parametrów fizycznych opisujących model, a jedynie wartości zmiennych modelu w postaci związków przyczynowo-skutkowych. Pewnym ograniczeniem sieci neuronowych jest brak jednoznacznej interpretacji równań modelu neuro- nowego, co prowadzi to trudności w wykorzystaniu ich bezpośrednio w układach regulacji. Jednak od lat 90-tych XX wieku rozwijane są różne metody oparte o ANN, pozwalające zarówno modelować dynamikę robota z zachowaniem wy- branych właściwości modelu, jak i projektować stabilne układy regulacji takich urządzeń.
Zakres
W ramach podstawowego zakresu projektu należy
• Opracować model geometrii, kinematyki i dynamiki robota UR5.
• Opracować model dynamiki robota UR5 w oparciu o sieci neuronowe za- pewniające spełnienie podstawowych zależności matematycznych (np. sy- metria macierzy inercji, dodatnia określoność macierzy inercji).
• Opracować układ sterowania robota (w przestrzeni przegubów), przy za-
• Opracować regulator do realizacji wybranego zadania w przypadku niepeł- nej znajomości modelu, lub pojawiających się zakłóceń, oraz symulacyjne sprawdzić działanie układu regulacji.
Założenia
Należy przyjąć następujace podstawowe założenia
• Do opracowania modelu robota wykorzystać środowisko MATLAB/Simulink.
• Do opracowania układu regulacji robota wykorzystać środowisko MA- TLAB/Simulink.
• Do opracowania neuronowego modelu robota wykorzystać środowisko MA- TLAB/Simulink (ewentualnie Jupyter/PyTorch/Tensorflow).
Rozdział 2
Realizacja projektów
2.1 Wymagania projetkowe
Wymagania dotyczące projektów są nastepujące:
• jasny podział zadań uczestników projektu,
• przegląd literatury związanej z tematem projektu,
• opis metod / algorytmów / zagadnień,
• implementacja metod / algorytmów,
• dokumentacja oprogramowania (np. Doxygen),
• poster
• wymogi edycyjne:
– Przygotowanie raportu w formie 10 stronicowego arykułu sformato- wanwgo zgodnie z wymaganiami IEEE 1.
– Wykorzystanie systemu edycji tekstów Latex.
2.2 Ocena projektów
Projekty będą oceniane, biorąc pod uwagę:
• dokumentację kodu,
• obowiązkową prezentację pracy (sesja posterowa i wystąpienie).
2.3 Terminy
1. Pierwsza wersja projektu: 11.12.2019 2. Ostateczna wersja projektu: 15.01.2019 3. Sesja posterowa / obrona projektu: 20.01.2020
