Title
Detection of interaction forces in industrial robotics
Creator
Gordić, Zaviša, 1989-
CONOR:
28884583
Copyright date
2022
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
English
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 24.02.2023.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Elektrotehnički fakultet
Alternative title
Детекција сила интеракције у индустријској роботици
Publisher
[ Z. Gordić]
Format
89 str.
description
Electrical and Computer Engineering - Robotics and Control Systems / Електротехника и рачунарство - Роботика и управљање системима
Abstract (en)
With Industry 4.0 becoming a reality and Industry 5.0 emerging on the horizon, the
need for seamless integration, shared workspace and interoperability of production entities is ever
increasing. To aid in this transition, this thesis presents approaches intended to allow the evolution of
industrial robots by enabling them to detect and interpret interactions with their surroundings. The
detection of interaction forces is based on non-model-based algorithms due to their inherent ability to
include all aspects of the behaviours of the robot as well as to capture the contact task-specific forces
and dynamics. To detect interactions, the reference sequence recorded during an exemplary task
execution cycle is compared with measurements from the robot while it is performing its repetitive task.
The thesis presents several different approaches to detection of collisions and interactions in general
intended for the implementation on industrial robots with closed control architecture. To overcome
implementation issues, the modified Dynamic Time Warping (mDTW) method, as one of the key
presented contributions, enables optimal matching of compared signals. The mDTW enables comparing
a signal with the most similar section of the other signal. Partial matching also enables online
application of time warping principles and reduces the time and computation resources needed to
perform matching. The developed and presented algorithms for automatic calculation of kinematic
parameters of the robot and its end-effector enable further evolution of the mDTW in into its
kinematically augmented version - KA-mDTW, extending the interaction’s detection algorithm’s
application domain. Furthermore, it enables the inclusion of unmodeled task dynamics or a robot’s endeffector into algorithms for collision detection or general understanding of a robot’s operation context.
The presented algorithms and conclusions are supported and validated by the experimental testing on
industrial robots.
Abstract ()
Услед Индустрији 4.0 која постаје стварност и Индустрије 5.0 која се јавља на
видику, све је јача потреба за олакшаном интеграцијом, дељеним радним простором и
међуповезаношћу производних чинилаца. Као одговор на те потребе, ова дисертација представља
приступе намењене еволуцији индустријских робота тако што им омогућава да опажају и тумаче
интеракцију са својим окружењем. Детекција сила интеракције је заснована на алгоритмима који
не захтевају модел робота због њихове особине да посредно укључе све чиниоце понашања
робота и специфичних сила везаних за динамику интеракције. Детекција интеракције се постиже
поређењем референтних вредности снимљених током репрезентативног покрета са мерењима
добијених од робота током вршења свог поновљивог задатка. Дисертација представља неколико
различитих приступа намењених примени на индустријским роботима са затвореном
управљачком архитектуром а који се могу користити ради детекције судара и интеракције
уопште. Како би се превазишли изазови везани за примену, један од главних доприноса,
развијени modified Dynamic Time Warping (mDTW) метод, омогућава оптимално упаривање
поређених сигнала. Представљени mDTW метод омогућава упаривање једног сигнала са
најсличнијим делом другог сигнала. Упаривање делова омогућава примену Time Warping-а у
реалном времену и смањује време потребно за обраду података. Развијени и представљени
алгоритми за аутоматско рачунање кинематичких параметара робота и завршног уређаја
омогућавају даљу еволуцију mDTW-а у његову кинематички допуњену верзију - KA-mDTW,
чиме се проширује поље примене алгоритма за детекцију интеракције. Овим се додатно
омогућава укључивање немоделоване динамике роботског задатка или завршног уређаја у циљу
детекције судара или општег разумевања оперативног контекста. Представљени алгоритми и
закључци су потврђени и проверени експерименталним тестирањем на индустријским роботима.
, Услед Индустрији 4.0 која постаје стварност и Индустрије 5.0 која се јавља на
видику, све је јача потреба за олакшаном интеграцијом, дељеним радним простором и
међуповезаношћу производних чинилаца. Као одговор на те потребе, ова дисертација представља
приступе намењене еволуцији индустријских робота тако што им омогућава да опажају и тумаче
интеракцију са својим окружењем. Детекција сила интеракције је заснована на алгоритмима који
не захтевају модел робота због њихове особине да посредно укључе све чиниоце понашања
робота и специфичних сила везаних за динамику интеракције. Детекција интеракције се постиже
поређењем референтних вредности снимљених током репрезентативног покрета са мерењима
добијених од робота током вршења свог поновљивог задатка. Дисертација представља неколико
различитих приступа намењених примени на индустријским роботима са затвореном
управљачком архитектуром а који се могу користити ради детекције судара и интеракције
уопште. Како би се превазишли изазови везани за примену, један од главних доприноса,
развијени modified Dynamic Time Warping (mDTW) метод, омогућава оптимално упаривање
поређених сигнала. Представљени mDTW метод омогућава упаривање једног сигнала са
најсличнијим делом другог сигнала. Упаривање делова омогућава примену Time Warping-а у
реалном времену и смањује време потребно за обраду података. Развијени и представљени
алгоритми за аутоматско рачунање кинематичких параметара робота и завршног уређаја
омогућавају даљу еволуцију mDTW-а у његову кинематички допуњену верзију - KA-mDTW,
чиме се проширује поље примене алгоритма за детекцију интеракције. Овим се додатно
омогућава укључивање немоделоване динамике роботског задатка или завршног уређаја у циљу
детекције судара или општег разумевања оперативног контекста. Представљени алгоритми и
закључци су потврђени и проверени експерименталним тестирањем на индустријским роботима.
Authors Key words
Industrial robotics; Interaction detection, Physical interaction, Dynamic Time
Warping, Industry 4.0
Authors Key words
Индустријска роботика; Детекција интеракције; Физичка интеракција;
Dynamic Time Warping, Индустрија 4.0
Classification
007.52(043.3)
Type
Tekst
Abstract (en)
With Industry 4.0 becoming a reality and Industry 5.0 emerging on the horizon, the
need for seamless integration, shared workspace and interoperability of production entities is ever
increasing. To aid in this transition, this thesis presents approaches intended to allow the evolution of
industrial robots by enabling them to detect and interpret interactions with their surroundings. The
detection of interaction forces is based on non-model-based algorithms due to their inherent ability to
include all aspects of the behaviours of the robot as well as to capture the contact task-specific forces
and dynamics. To detect interactions, the reference sequence recorded during an exemplary task
execution cycle is compared with measurements from the robot while it is performing its repetitive task.
The thesis presents several different approaches to detection of collisions and interactions in general
intended for the implementation on industrial robots with closed control architecture. To overcome
implementation issues, the modified Dynamic Time Warping (mDTW) method, as one of the key
presented contributions, enables optimal matching of compared signals. The mDTW enables comparing
a signal with the most similar section of the other signal. Partial matching also enables online
application of time warping principles and reduces the time and computation resources needed to
perform matching. The developed and presented algorithms for automatic calculation of kinematic
parameters of the robot and its end-effector enable further evolution of the mDTW in into its
kinematically augmented version - KA-mDTW, extending the interaction’s detection algorithm’s
application domain. Furthermore, it enables the inclusion of unmodeled task dynamics or a robot’s endeffector into algorithms for collision detection or general understanding of a robot’s operation context.
The presented algorithms and conclusions are supported and validated by the experimental testing on
industrial robots.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.