Проекты

Генеративный дизайн робота-манипулятора

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Метод»

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 2065
Предметы: Математика, Информатика
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

При использовании генеративного проектирования человек делегирует часть своей роботы компьютерным технологиям, т. е. разработчик-конструктор лишь ограничивает пространства решений, но не ищет их (решение подбирается программой). Это позволяет значительно ускорить процесс разработки и обеспечить оптимальное решение поставленной проблемы.

Разработка робота-манипулятора – сложный технологический процесс. Проектирование манипулятора требует значительных затрат, выражающихся в количестве рабочих часов и количестве человек, участвующих в проекте, что в свою очередь приводит к экономическим затратам. Авторы данного проекта предлагают автоматизировать этот процесс, чтобы сократить затраты. Сложные расчеты, необходимые для разработки робота, будут производиться с помощью алгоритмов оптимизации и нейронных сетей.

Цель

Создать программу, которая могла бы сама производить кинетическую схему и энергетический расчёт, получая на выходе готовую схему манипулятора.

Задачи

  1. Провести исследование существующих решений, технологий.
  2. Разработать модуль подбора оптимальной кинематической схемы.
  3. Написать код, который представляет кинематическую схему в формате URDF.
  4. Произвести экспорт URDF в ROS.
  5. Оценить качество решений в ROS.
     

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Ноутбук с ПО Ubuntu, ROS Kinetic

Описание

На данный момент нет рекомендательных систем для робота-манипулятора.  Рекомендательные системы представляют собой программы, способные предугадывать объекты, которые должны понравиться человеку на основе его интересов. Также не существует точных систем автоматического контроля.

В наше время самыми успешными в этой области являются KUKA Roboter, но изготовление таких роботов-манипуляторов является очень долгим процессом, на который затрачивается огромное количество часов и необходим штат инженеров-профессионалов. Разработки роботов-манипуляторов KUKA являются коммерческой тайной, в открытом доступе данных нет.

После изучения строения манипулятора, функций ROS, преобразования Денавита и Хартенберга авторы начали работу над кодом для кинематической схемы манипулятора.

Сначала был написан код для представления Д-Х, который выдавал общую матрицу для любого количества звеньев. 

После был написан код, который создает кинематические схемы и выбирает схему, соответствующую параметрам, заданным пользователем для робота-манипулятора. Среди вариантов будет выбираться оптимальная схема для заказчика на основе тех пунктов, которые он выберет (число сочленений, степени свободы, область действия манипулятора).

На выходе получилась модель робота-манипулятора по заданным параметрам.

Результаты работы/выводы

  1. Разработан модуль подбора оптимальной кинематической схемы.
  2. Написан код, преобразовывающий представление Денавита и Хартенберга в URDF.
  3. Написан код, который предоставляет кинематическую схему, соответствующую параметрам, которые задает пользователь.
  4. Произведен экспорт URDF в ROS.
  5. Получена модель робота-манипулятора по заданным параметрам.

Перспективы использования результатов работы

В ходе работы над данным проектом были придуманы дальнейшие задачи для решения в будущем. Например, полностью автоматизировать процесс разработки манипулятора, провести подробное исследование, создать элементную базу и изготовить сам манипулятор.