Dissertation: a work Piece bases Approach for Programming Cooperating Industrial Robots

Figure 4.1: Di
fferent phases in a cooperative task
45

---

4 Prerequisites and Conceptual Framework
Any reduction in forces appearing during this phase directly a
ffects the afore-
mentioned accuracy. In order to deal accordingly with those forces, one must
understand and categorize those forces. An adequate classification would split
the types of forces into two. The first class represents forces arising due to
misalignment between the manipulators which could be quantified according
to the deviation between the actual end e
ffector spatial position w.r.t a global
coordinate system and the theoretical position. This misalignment arises however
accurate the work-cell was calibrated. Millimeter-wise di
fferences in geometri-
cal features are also an extension of this class of forces. Apparently, this type
calls for a local force reduction strategy. Thereby forces can be minimized or
controlled at each manipulator within predefined constraints. The second type
of loads arise directly due to interaction of the work-piece with an unexpected
obstacle which was not taken into consideration during task planing. Such a case
is common in dynamic or unstructured environments. Contrary to the first class,
a global force reduction strategy must be employed here, in order to execute a
synchronized motion aiming at adapting the path of the work-piece to the new
state of the environment. Generally speaking, forces in the latter class would be
more menacing to the system than those from the former class. Thus, it is safe to
assume that if no mechanism to di
fferentiate between the two classes is available
and that the task takes place in an unstructured environment, the first class can
be ignored if strategies for the second are activated.
Phase 5: Machining
This phase is directly related to the latter phase, since it represents a task being
executed on the work-piece while it is positioned w.r.t a static or moving machine
tool. Given that machining tasks are very complicated processes especially
regarding the interaction between forces and positions, any definition of such an
interaction is strongly coupled with task requirements especially accuracy and
process quality. It is also safe to assume that the forces arising during machining
should be handled by a global control strategy which takes the task specification
into consideration.
Phase 6: Lowering
/Assembling
This phase represents one of the more challenging phases of a cooperative task.
Assembling or mounting could well be the main aim of the cooperative task
instead of just changing the absolute spatial location and orientation of the
work-piece as in the transport
/positioning phase. In this case, the loading on
the work-piece has to be controlled according to the process requirements e.g.
tolerances, quality control etc. Hence a global control strategy is necessary
to fulfill the given requirements without resorting to local strategies. This is
based on the assumption that movement and thus local loading between the
manipulators and the work-piece will be negligible considering the loading
between the environment and the manipulator.
46

---

4.3 System prerequisites
Phase 7: Releasing
During this phase the manipulators disengage from the work-piece thus ceasing
any connection to it. Although the phase may seem simple, it requires a so-
phisticated and timed releasing strategy similar to that of the engaging
/grasping
phase to avoid a build-up of stresses. Such a strategy minimizes the risk of any
destruction by guaranteeing either a simultaneous release by all manipulators or
by ensuring compliant behavior from the manipulators while they disengage one
at a time. It should also be noted that gravitational forces should be compensated
on a local level to counter the sudden loss of load.
Phase 8: Withdrawing
The final phase in a cooperative action is withdrawing, whereby the manipulators
withdraw from the vicinity of the work-piece. Akin to the approach phase,
withdrawing requires pure position control and a free trajectory to prevent any
collisions with the immediate environment or any other manipulators.
It is sometimes beneficial to cluster specific phases together. For instance phases 4, 5
and 6 could be clustered in a so called process phase, since the main process within the
cooperative activity takes place during those phases. According to the latter analysis of
the di
fferent phases, motion and force requirements associated with each respective phase
in a cooperative task are listed in Table 4.1.
Phase
Motion
/Force/Strategy
Features
Approach
Y
/N/Local
Collision detection
Engage
/Grasp
N
/Y/Local
Grasping zones and strategy
Lift
Y
/Y/Global
Weight distribution
Transport
/Position
Y
/Y/Local
Accurate positioning min. force
Machining
Y
/Y/Global
WP control according to task
Lower
/Mount
Y
/Y/Global
WP control according to task
Release
Y
/N/Local
Collision detection
Withdraw
Y
/N/Local
Strategy similar to grasping