ロボットの衝突を回避する 5 つの簡単な方法 (および最後の手段)

ロボットがワークスペース内のオブジェクトと衝突するのをどのように防ぎますか?生活を苦しめることなく、ロボットの衝突を回避する方法は次のとおりです。

RoboDK フォーラムでの最近の質問では、ロボットに関する一般的な問題が浮き彫りになりました。ユーザー Micronexx は、衝突を回避する方法を尋ねました。彼らは、RoboDK が衝突のないパスを自動的に生成するのか、それともユーザーが手動で調整する必要があるのか​​を尋ねました。

これは、一見したよりも複雑な問題です。 RoboDK には、いくつかの自動ルーティングなど、衝突を回避するのに役立つ機能が確かに含まれています。しかし、ロボット工学における「衝突回避」は、深く複雑なトピックです。研究プロジェクト全体は、軌道計画と衝突回避に専念しています。そのための高度な人工知能アルゴリズムも開発されています。

幸いなことに、私たちのほとんどにとって、物事はそれほど複雑である必要はありません。ロボットが物体と衝突するのを止める簡単な方法があります。

ロボットの衝突を避けるための 5 つの簡単な方法

通常は、単純なものから始めるのが最善です。

これは、ロボットのプログラミングで問題を解決しようとするときの良い経験則です。ロボットは高度な機能を備えていますが、多くの場合、単純なエンジニアリング ソリューションが最適です。

ロボットが物体と衝突するのを防ぐ 5 つの簡単な方法を次に示します。

1.最初からワークスペースを適切に計画する

衝突は、ワークスペースが十分に計画されていない場合に最も頻繁に発生します。スペースを計画することによって、ロボットの統合を開始する必要があります。紙にスケッチします。

ロボットが動き回るエリアと、ロボットの手の届かないエリアを計画します。ロボットに一連の動作をプログラムする前に、自分の腕でロボットの一連の動作を「演じる」ようにしてください。これは、潜在的な問題を発生前に軽減するための非常に効果的な方法であり、非常に迅速に実行できます。

2.潜在的な障害物を物理的に取り除く

衝突を回避する最善の方法は、ロボットが衝突するものがないことを確認することです。これは、ワークスペースからロボットの進路を妨げる可能性のあるものをすべて取り除くことを意味します。

ワークスペースの異なる領域間に明確なパスがあることを確認してください。ロボットがある場所から物体を拾い上げ、別の場所でそれらを組み立てる場合、これら 2 つの場所の間のワークスペースからすべてを取り除きます。

これは当たり前のように思えるかもしれませんが、オフライン プログラミングを使用していると忘れがちです。たとえば、ロボットのワークスペースに柱が見えて、「大丈夫です。ロボットプログラムでそれを避けるだけです。しかし、柱が存在しないシミュレートされた環境でプログラミングしているため、そのことを忘れて、ロボットが柱の中を移動するようにプログラミングします。

3.現実世界とシミュレーションを一致させる

実世界と RoboDK 内のシミュレーションは、可能な限り一致させる必要があります。これは 2 つの方法で実現できます:

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シミュレーション内で物理的なワークスペースの正確なモデルを作成する — これには、すべてのオブジェクトの正確な位置を測定し、ソフトウェアでモデル化することが含まれます。これには非常に時間がかかる可能性があり、シミュレーションの精度に依存すればするほど、エラーの余地が少なくなります。

シミュレーションに含まれていないオブジェクトを現実世界から削除する — これには、オブジェクトを削除して実際のワークスペースを簡素化することが含まれます。

実際には、最良のオプションはこれらの組み合わせです。物理ワークスペースから不要なオブジェクトをすべて削除し、必要なオブジェクトをすべてシミュレーションに追加します。

4.プログラミング ターゲットを手動で微調整

複雑な衝突回避アルゴリズムの使用を開始する前に、ロボットの動きを自分で微調整してみてください。ほとんどのアプリケーションでは、RoboDK 内でターゲットを手動で移動することが、迅速で効果的かつ堅牢なソリューションです。

たとえば、Joint Move コマンド中にロボットがオブジェクトと衝突した場合、オブジェクトを回避するためにウェイポイントをいくつか追加するだけです。または、さらに良いことに、そもそもそのオブジェクトが本当にワークスペースにある必要があるかどうかを尋ねます。

衝突を大幅に減らすことができる 1 つの方法は、各移動が「移動」移動か「操作」移動かを決定することです。移動移動は、障害物のない空きスペースでのみ実行してください。次に、オペレーションから少し離れた場所 (「アプローチ距離」とも呼ばれる) で停止し、オペレーションの移動を実行する前に、慎重にタスクに移動します。

5.加工ウィザードの新機能を使用

ロボット加工は、おそらく自動化された軌道計画が必要になるタスクの 1 つです。 RoboDK では、組み込みの加工ウィザードを使用して加工パスを簡単に生成できます。

上記のアドバイスに従えば、ほとんどの場合、衝突は発生しません。ただし、RoboDK の最新バージョンで追加された、機械加工操作中の衝突を自動的に回避するオプションがあります。この新機能の使用方法を説明しているフォーラムでの Albert の回答を読んでください。

この機能は、ツールの z 軸を中心にロボットを自動的に回転させることにより、衝突を回避します。その結果、すべての衝突を回避できるわけではありませんが、加工ウィザードの堅牢性は向上します。

最後の手段:高度なモーション プランナーを使用する

上記のすべての手順を実行しても、まだ自律的な衝突回避が必要であると判断した場合は、「大砲」を打ち破る時が来ました。これは、サードパーティのモーション プランニング アルゴリズムを使用してロボットの軌跡を生成することを意味します。

衝突を自動的に検出して回避する軌道プランナーはたくさんあります。しかし、そのほとんどは非常に初期段階の研究プログラムであり、その結果、信頼性は高くありません。また、ほとんどは 2 次元でのみ移動するモバイル ロボット用に設計されています。

ただし、産業用ロボット マニピュレーターで機能する適切な軌道プランナーがいくつかあります。それらを使用するには、本格的なプログラミングを行う必要があることに注意してください。

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MoveIt! — それを移動！は、ロボット操作用の最も開発されたグラフィカル モーション プランナーの 1 つです。 OMPL フレームワークを使用し、簡単な (っぽい) グラフィカル インターフェイスを提供します。これは ROS に統合されています。すでに ROS に精通している場合は、これが適切なオプションになる可能性があります。そうでない場合は、かなりの学習曲線が必要になる可能性があります。

モーション プランニング ライブラリを開く (OMPL) — MoveIt なしで OMPL だけを使用することが可能です! C++ でライブラリを提供し、Python バインディングも備えています。かなりの量のドキュメントがありますが、ライブラリには多くの機能があるため、学習曲線が必要です。

泡 — これは、RoboDK の CEO である Albert Nubiola が推奨する小さなライブラリです。これは、確率的ロードマップ アルゴリズム (PRM) を使用するマニピュレーター用のスタンドアロン モーション プランナーです。 C++ で書かれており、ドキュメントはほとんどありません。しかし、あなたがプログラミングの達人で、挑戦するつもりなら、MoveIt を使用することで、はるかに肥大化していないソリューションを提供できます。

一般に、より簡単な方法のいずれかを使用して衝突を回避することをお勧めします。ただし、高度なアルゴリズムを使用する必要がある場合、衝突回避は魅力的なトピックです。

ロボット アプリケーションで問題を引き起こした衝突はどれですか? 以下のコメント欄でお知らせいただくか、LinkedIn、Twitter、Facebook、Instagram、または RoboDK フォーラムでのディスカッションにご参加ください。