5 bewährte Strategien zur Vermeidung von Roboter-Kollisionen (und ein Notfallplan)

Wie verhindern Sie, dass Ihr Roboter mit Objekten im Arbeitsbereich kollidiert? Hier erfahren Sie, wie Sie Roboter-Kollisionen vermeiden, ohne sich das Leben schwer zu machen.

Eine kürzliche Frage im RoboDK-Forum beleuchtete ein häufiges Problem: Nutzer Micronexx fragte, wie man Kollisionen vermeidet – ob RoboDK automatisch kollisionsfreie Pfade generiert oder manuelle Anpassungen nötig sind.

Das Thema ist komplexer, als es zunächst scheint. RoboDK bietet zwar Funktionen zur Kollisionsvermeidung, einschließlich automatischem Routing. Doch „Kollisionsvermeidung“ in der Robotik ist ein tiefes, komplexes Forschungsfeld. Ganze Projekte widmen sich Trajektorienplanung und Kollisionsvermeidung, sogar KI-Algorithmen wurden dafür entwickelt.

Die gute Nachricht: Für die meisten Anwendungen muss es nicht so kompliziert sein. Es gibt einfachere Wege, Roboter-Kollisionen zu verhindern.

5 einfache Wege zur Vermeidung von Roboter-Kollisionen

Am besten beginnt man einfach – eine gute Faustregel für jedes Problem in der Roboterprogrammierung. Auch wenn Roboter fortgeschrittene Funktionen bieten, sind einfache ingenieurtechnische Lösungen oft die besten.

Hier sind 5 einfache Methoden, um Kollisionen zu vermeiden:

1. Arbeitsbereich von Anfang an richtig planen

Kollisionen entstehen meist durch mangelhafte Arbeitsbereichsplanung. Jede Roboterintegration sollte mit der Planung des Raums beginnen – etwa durch Skizzieren auf Papier.

Legen Sie fest, in welchen Bereichen der Roboter sich bewegt und welche außerhalb seiner Reichweite liegen. „Spielen Sie“ die Bewegungssequenz des Roboters mit Ihrem eigenen Arm durch, bevor Sie sie programmieren – eine sehr effektive Methode, um potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und schnell durchzuführen.

2. Potenzielle Hindernisse physisch entfernen

Der beste Weg, Kollisionen zu vermeiden: Sorgen Sie dafür, dass nichts im Weg steht. Entfernen Sie alles, was den Roboterpfad behindern könnte.

Stellen Sie sicher, dass zwischen verschiedenen Arbeitsbereichen ein freier Pfad besteht. Wenn der Roboter Objekte von Ort A aufnimmt und an Ort B zusammenbaut, räumen Sie den Bereich dazwischen vollständig frei.

Das klingt offensichtlich, wird aber bei Offline-Programmierung leicht vergessen. Man sieht einen Pfeiler im Arbeitsbereich und denkt: „Kein Problem, ich programmiere drum herum.“ Dann vergisst man ihn in der Simulation und programmiert den Roboter hindurch.

3. Realität und Simulation angleichen

Die reale Welt und die RoboDK-Simulation sollten so genau wie möglich übereinstimmen. Das erreichen Sie auf zwei Wegen:

1. Ein genaues Modell des physischen Arbeitsbereichs in der Simulation erstellen – Dazu gehört das präzise Vermessen und Modellieren jedes Objekts. Das ist zeitaufwendig, und je mehr Sie auf Simulationsgenauigkeit vertrauen, desto weniger Spielraum für Fehler bleibt.
2. Objekte aus der realen Welt entfernen, die nicht in der Simulation sind – Vereinfachen Sie den realen Arbeitsbereich durch Entfernen unnötiger Objekte.

In der Praxis ist eine Kombination am besten: Entfernen Sie alle unnötigen Objekte physisch und fügen Sie alle notwendigen in die Simulation ein.

4. Programmierziele manuell anpassen

Bevor Sie komplexe Algorithmen nutzen, versuchen Sie, die Roboterbewegungen selbst anzupassen. Für die meisten Anwendungen ist das manuelle Verschieben von Zielen in RoboDK eine schnelle, effektive und robuste Lösung.

Kollidiert der Roboter bei einem Gelenkbewegung-Befehl mit einem Objekt, fügen Sie einfach ein paar zusätzliche Wegpunkte hinzu. Oder – noch besser – fragen Sie, ob das Objekt überhaupt im Arbeitsbereich sein muss.

Eine Praxis, die Kollisionen deutlich reduziert: Entscheiden Sie für jede Bewegung, ob es eine „Verfahrbewegung“ oder eine „Arbeitsbewegung“ ist. Führen Sie Verfahrbewegungen nur im freien Raum aus. Stoppen Sie kurz vor dem Arbeitsbereich („Anfahrdistanz“) und bewegen Sie sich kontrolliert in die Arbeitsposition.

5. Neue Funktion des Bearbeitungs-Assistenten nutzen

Roboterbearbeitung ist eine Aufgabe, bei der automatische Trajektorienplanung oft nötig ist. RoboDK erleichtert die Pfadgenerierung mit dem integrierten Bearbeitungs-Assistenten.

Meist treten keine Kollisionen auf, wenn Sie den obigen Rat befolgen. Es gibt jedoch eine Option zur automatischen Kollisionvermeidung während der Bearbeitung, die in der neuesten RoboDK-Version hinzugefügt wurde. Alberts Antwort im Forum erklärt die Nutzung.

Diese Funktion vermeidet Kollisionen durch automatisches Drehen des Roboters um die Z-Achse des Werkzeugs. Sie verhindert nicht alle Kollisionen, verbessert aber die Robustheit des Assistenten.

Letzter Ausweg: Fortgeschrittene Bewegungsplaner

Wenn Sie alle Schritte durchlaufen haben und weiterhin autonome Kollisionsvermeidung benötigen, kommen die „großen Geschütze“ zum Einsatz: Drittanbieter-Bewegungsplanungs-Algorithmen für die Roboter-Trajektorie.

Es gibt viele Trajektorienplaner, die Kollisionen automatisch erkennen und vermeiden. Die meisten sind jedoch frühe Forschungsprogramme und wenig zuverlässig. Zudem sind die meisten für mobile 2D-Roboter ausgelegt.

Einige wenige funktionieren für industrielle Roboterarme. Warnung: Die Nutzung erfordert ernsthafte Programmierung.

1. MoveIt! – Ein weit entwickelter grafischer Bewegungsplaner für Roboter-Manipulation. Nutzt das OMPL-Framework und bietet eine grafische Oberfläche. In ROS integriert. Gut, wenn Sie ROS kennen; sonst steile Lernkurve.
2. Open Motion Planning Library (OMPL) – Kann ohne MoveIt! genutzt werden. Bietet C++-Bibliotheken und Python-Bindings. Dokumentation vorhanden, aber umfangreiche Funktionalität erfordert Einarbeitung.
3. Bubbles – Ein kleinerer Planer, den RoboDK-CEO Albert Nubiola empfiehlt. Eigenständiger Planer für Manipulatoren mit probabilistischem Roadmap-Algorithmus (PRM). In C++, wenig Dokumentation. Für Programmier-Experten eine schlanke Alternative zu MoveIt.

Generell ist es besser, Kollisionen mit den einfacheren Methoden zu vermeiden. Brauchen Sie jedoch die fortgeschrittenen Algorithmen, ist Kollisionsvermeidung ein faszinierendes Thema.

Welche Kollisionen haben Ihre Roboter-Anwendungen behindert? Schreiben Sie in die Kommentare oder diskutieren Sie auf LinkedIn, Twitter, Facebook, Instagram oder im RoboDK-Forum.