Doctoraatsverdediging

Faculteit Ingenieurswetenschappen
Contributions to Contact Modeling and Identification and Optimal Robot Motion Planning (Bijdragen tot modellering en identificatie van contact en optimale bewegingsplanning voor robots)
Doctorandus/a PhD student
  Naam: Diederik Verscheure
Promotie / Defence
  Wanneer: 09.04.2009, 17u00
  Taal van verdediging: Nederlands
  Waar: aula van de Tweede Hoofdwet, 01.02, Kasteelpark Arenberg 41, 3001 Heverlee
 
Promotor / Supervisor
  Prof. dr. ir. Joris De Schutter (promotor)
  Prof. dr. ir. Jan Swevers (promotor)
 
Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research

Industriële robots worden wijdverbreid gebruikt als flexibele,herprogrammeerbare machines in productiebedrijven, en laten toe omkosten te besparen, de productiviteit te verhogen en de kwaliteit teverbeteren. Industriële robots zijn echter nog steeds dureinvesteringen. Daarom is het verhogen van hun autonomie enefficiëntie onderwerp van huidig onderzoek. Met de toenemendebeschikbaarheid van goedkope computers en sensoren, kunnenaanzienlijke verbeteringen in efficiëntie en autonomie gerealiseerdworden. Deze thesis beschouwt twee onderzoeksonderwerpen.Het eerste onderwerp van deze thesis handelt over modellering enidentificatie van contact en heeft als doel de autonomie teverbeteren van robots die interageren met hun omgeving. Daartoeworden robots uitgerust met krachtsensoren, om ze toe te laten hunomgeving te voelen. Om informatie verzameld door deze sensoren teinterpreteren, ontwikkelt deze thesis wiskundige modellen,contactmodellen genoemd, die het gedrag van robots in contact met hunomgeving beschrijven in termen van de vervormingen en krachten tussende robot en de omgeving. Dit gedrag wordt bepaald door eigenschappenvan de robot en de omgeving, contactparameters genoemd, zoals destijfheid van de omgeving. In onzekere omgevingen zijn dezecontactparameters onbekend en moeten ze bepaald of geïdentificeerdworden om het gedrag van robots in contact met hun omgeving volledigte karakteriseren. Daarom ontwikkelt deze thesis ook methoden omcontactparameters in onzekere omgevingen te identificeren op basisvan krachtsensorinformatie. Door kennis over de omgeving teverzamelen in de vorm van contactmodellen en -parameters, kan denauwkeurigheid en robuustheid van robottaken in contact verbeterdworden, terwijl kennis van contactparameters gebruikt kan wordenom robottaken in contact te testen met behulp van computersimulaties.Het tweede onderwerp van deze thesis handelt over optimalebewegingsplanning voor robots en heeft als doel de efficiëntie vanrobotbewegingen te verbeteren. Door de bewegingen van robots teoptimaliseren en rekening te houden met hun dynamisch gedrag, kunnenrobots hun mogelijkheden ten volle aanspreken en hun actuatorenvolledig benutten. Deze thesis ontwikkelt computerondersteundemethoden voor het plannen van robotbewegingen langsheenvoorgeschreven geometrische paden, padvolgproblemen genoemd, mettijd als het belangrijkste optimalisatiecriterium. Dezepadvolgmethoden laten toe operatoren te ontlasten van het manueeloptimaliseren en instellen van robotbewegingen, en de stilstand vanrobots te verminderen, terwijl ze ook de productiviteit van robotsverhogen.
Industrial robots are widely used as flexible, re-programmabledevices in manufacturing plants, and allow to save costs, increaseproductivity and raise quality. However, they still present costlyinvestments. Therefore, increasing their autonomy and efficiency aretopics of ongoing research. With the increasing availability of cheapcomputers and low-cost sensors, considerable gains in efficiency andautonomy can be realized. This thesis focuses on two major researchtopics.The first topic of this thesis deals with contact modeling andidentification and aims to advance the autonomy of robots thatinteract with their environment. To this end, robots are equippedwith force sensors to allow them to feel their environment. Tointerpret information gathered by these sensors, this thesis developsmathematical models, called contact models, which describe thebehavior of robots in contact with their environment in termsof the deformations and forces between the robot and the environment.This behavior is determined by properties of the robot and theenvironment, called contact parameters, such as the stiffness of theenvironment. In uncertain environments, these contact parameters areunknown and must be determined or identified to fully characterizethe behavior of robots in contact with their environment. Therefore,this thesis also develops methods to identify contact parameters inuncertain environments from force sensor information. By gatheringknowledge about the environment in the form of contact models andparameters, the accuracy and robustness of robotic contact tasks canbe improved, while knowledge of contact models and parameters can beused to test robotic contact tasks by means of computer simulations.The second topic of this thesis deals with optimal robot motionplanning and aims to advance the efficiency of robot motions. Byoptimizing robot motions, while taking into account their dynamicbehavior, robots can fully exploit their capabilities and make fulluse of their actuators. This thesis develops computer-aided methodsfor planning of robot motions along prescribed geometric paths, calledpath tracking problems, with time as the main optimality criterion.These path tracking methods allow to relieve operators from theburden of manual optimization and tuning, and reduce the downtime ofrobots, while increasing their productivity.

 
Volledige tekst van het doctoraat / full text
http://hdl.handle.net/1979/2613

 
Examencommissie / Board of examiners
  Prof. dr. ir. Joris De Schutter (promotor)
  Prof. dr. ir. Jan Swevers (promotor)
  Prof. dr. ir. Paul Van Houtte (voorzitter/chairman)
  Prof. dr. Moritz Diehl (secretaris/secretary)
  Prof. dr. ir. Herman Bruyninckx
  Prof. dr. ir. Johan Suykens
  Prof. dr. Inna Sharf , McGill University, McConnell Eng. Building