Sztuka sterowania robotem

Sztuka sterowania robotem

Roboty są dziś obecne w każdej niemalże sferze naszego życia; chociażby w przemyśle, czy medycynie. Nic więc dziwnego, że naukowcy poświęcają im coraz więcej swojego czasu. W tym kontekście Uwe Mettin ze szwedzkiego Umeľ University przeanalizował zagadnienie planowania i sterowania ruchem robota.

Typowy robot jest urządzeniem elektromechanicznym, które dysponują kilkoma stawami, umożliwiającymi im poruszanie poszczególnymi elementami ciała. Sam ruch jest najczęściej wymuszany przez elektryczne siłowniki. Czujniki natomiast zapewniają kontrolę nad całością.

Zasadniczym problemem związanym z planowaniem i sterowaniem ruchem robota jest takie dobranie i zaaplikowanie sił, by wykonywany ruch był niezależny od zewnętrznych przeszkód, oraz nieścisłości wykorzystywanego modelu matematycznego.

Mettin prezentuje generalne zasady dotyczące planowania i sterowania ruchem układów mechanicznych, w których liczba sygnałów sterujących jest mniejsza niż liczba stopni swobody, czyli tak zwanych sterowanych underactuated mechanical systems. Roboty takie mają co najmniej jeden staw unieruchomiony, co skutkuje obniżeniem ich wszechstronności. Z drugiej jednak strony, mogą one być efektywniejsze i prostsze w porównaniu z robotami, które mają wszystkie stawy ruchome. Jako przykłady, Mettin podaje roboty chodzące, dryblujące, bądź rzucające piłką. Wskazuje on, że typowo ludzkie ruchy mogą być naśladowane przez unieruchomione w dużym stopniu stawy.

Nowatorskość koncepcji polega na wykorzystaniu geometrycznej reprezentacji ruchu robota w ujęciu systematycznym. Ujęcie takie pozwala zdecydowanie uprościć planowanie określonych ruchów, a także daje możliwość analitycznego wglądu w jego przebieg. W konsekwencji pozwala zaprojektować algorytm sterujący, który może zostać następnie zaimplementowany w rzeczywistym systemie.

Dla robotów mających wszystkie stawy ruchome, istnieją standardowe narzędzia pozwalające projektować ruch i sterować nim; jednakże problem zaprojektowania optymalnego, efektywnego ruchu jest nie trywialny ze względu na ograniczenia siłowników, oraz ograniczenia dotyczące prędkości i przyspieszeń. Zagadnienie to jest szczególnie trudne w przypadku robotów, które dysponują większą liczba stawów, niż jest to konieczne do wykonania określonego zadania, przez co zręczniej wykonują zadania w rzeczywistości.

(lk)