Kollisionsbereichs-bezogene Trajektorienplanung koordinierter Roboter:
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Format: | Buch |
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Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 8]
571 |
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adam_text | Titel: Kollisionsbereichs-bezogene Trajektorienplanung koordinierter Roboter
Autor: Brink, Carsten ten
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Carsten ten Brink, Bad Bentheim Koliisionsbereichs-bezogene Trajekforienplanung koordinierter Roboter Reihe 8 : Meß-, Steuerungsund Regelungstechnik Nr. 571 VM VERLAG
V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung_ 1 1.1 Einordnung der Arbeit.............................. 2 1.2 Inhaltliche Gliederung der Arbeit........................ 4 2 Stand der Forschung_ 6 2.1 Trajektorienplanung ............................... 6 2.2 Koordinierter Mehrroboterbetrieb........................ 9 3 Einführung in die Problematik_ 12 3.1 Möglichkeiten zur Detektion von Kollisionen.................. 13 3.1.1 Aufteilung des Raumes mit Hilfe von Octrees.............. 14 3.1.2 Das Konfigurationsraumverfahren.................... 15 3.1.3 Kollisionserkennung mit dem Konfigurationsraumverfahren...... 16 3.1.4 Trajektorienplanung mit dem Konfigurationsraumverfahren...... 17 3.2 Eignung des Konfigurationsraumverfahrens für die vorliegende Aufgabenstellung 18 3.2.1 Das Konfigurationsraumverfahren im Falle beweglicher Hindernisse . . 19 3.2.2 Koordinierte Roboter als bewegliche Hindernisse............ 23 3.2.3 Behandlung zweier koordinierter Roboter mit m bzw. n Freiheitsgraden im (m+n)-dimensionalen Konfigurationsraum............. 25 3.3 Zusammenfassende Bewertung.......................... 30 4 Berechnung kollisionsgefahrdeter Konfigurationen — Kollisionsbereiche _ 31 4.1 Kollisionserkennung für das Grundgelenk.................... 32 4.2 Bestimmung eines Kollisionsbereiches...................... 41 4.2.1 Ermittlung aller Elemente des Kollisionsbereiches........... 41 4.3 Schnelle Berechnung von Kollisionsbereichen.................. 44 4.3.1 Sicherheitsabstand zwischen koordinierten Robotern.......... 51
VI 4.3.2 Berücksichtigung realer Geometrien bei der Berechnung der Kollisionsbereiche .................................. 53 4.3.3 Berechnung der Kollisionsbereiche für Roboter mit versetzten Gelenken 58 4.4 Kollisionserkennung für die Armgelenke .................... 60 4.5 Zusammenfassung — Kollisionserkennung mit Hilfe von Kollisionsbereichen . 65 5 Planung optimaler Ausweichtrajektorien- 69 5.1 Ansätze zu Generierung kollisionsfreier Trajektorien.............. 70 5.1.1 Die Potentialfeldmethode......................... 70 5.2 Effiziente Generierung von zulässigen Ausweichtrajektorien.......... 74 5.2.1 Auffinden zulässiger Wegsegmente um den Kollisionsbereich...... 77 5.3 Generierung optimaler Trajektorien für den koordinierten Betrieb....... 81 5.3.1 Kurzer Überblick über die Graphentheorie ............... 82 5.3.2 Das Single-source shortest path problem und die Lösung von Dijkstra . 84 5.3.3 Die optimale Ausweichtrajektorie.................... 86 5.4 Eine exemplarische Ausweichbewegung..................... 89 5.5 Koordination der Gelenkgeschwindigkeiten — zeitoptimale Trajektorien ... 92 5.6 Koordinierte Bewegung der Armgelenke..................... 96 5.6.1 Koordination des zweiten Armgelenkes................. 101 5.7 Kollisionsgefahren während der koordinierten Bewegung............ 105 5.7.1 Kollisionsgefährdete Konfigurationen auf der Ausweichtrajektorie . . . 105 5.7.2 Kollisionsgefährdetes Ziel-Konfigurationspaar.............. 108 5.8 Praktische Realisierung einer Kollisionsvermeidung und Trajektorienplanung . 110 5.8.1 Der Kollisionsbereich als abstrakter Datentyp.............. 114 5.9 Erweiterungsmöglichkeiten, Anwendungsbeispiele ............... 117 5.9.1 Optimierung der Ausweichtrajektorien für den gesamten Bewegungsablauf ................................... 118 5.9.2 Roboter mit zylinderförmigem Arbeitsraum............... 120 5.9.3 Roboter mit horizontaler Gelenkkinematik —
SCARA......... 126 5.9.4 Koordinierter Mehrroboterbetrieb in verketteten Montagezellen .... 130 5.10 Ausblick...................................... 132 6 Trajektorienscheduling, time-scheduling _136 6.1 Kollisionsfreie Bewegungen durch time-scheduling ............... 136 6.1.1 Das Verfahren von B. H. Lee und C. S. G. Lee.............. 139 6.1.2 Das Verfahren von R. A. Basta, R. Mehrota und M. R. Varanasi .... 142 6.1.3 Das Verfahren von Z. Bien und J. Lee.................. 146
VII 6.1.4 Das Verfahren von C. Chang, M. J. Chung und B. H. Lee........ 149 6.2 Vergleich der vorgestellten Verfahren ...................... 152 6.3 Trajektorienscheduling mit Hilfe der Kollisionsbereiche............. 157 6.4 Nachteile und Grenzen des time-scheduling-Konzeptes............. 161 7 Zusammenfassung, Schlußbemerkungen-163
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