Force sensitive teach-in for industrial robots

Abstract

Die vorliegende Arbeit präsentiert eine neue Teach-In-Methode, die neben Positions-und Orientierungsinformation auch Kraftinformation berücksichtigt. Im konkreten Fallwird das Teach-In einer Seilwickel-Aufgabe behandelt, welche anschließend von einemRoboter wiederholt wird. Dazu wurde ein Teach-In Werkzeug gebaut, welches diesenDemonstrationsprozess erleichtert.Mit dem entworfenen Werkzeug wird das Wickeln eines Seils um beliebig angeordneteStangen demonstriert. Eine am Flansch des Roboters montierte Seilspule an einem Motorwird dazu verwendet die während der Wiedergabe vorgegebene Seilspannung zu regeln.Mithilfe eines Pfadfolgereglers und einer exakten Linearisierung wird die Spule entlangdes Pfades geführt.Durch den Einsatz des Paralleltransport-Rahmens werden die Sollgrößen hinsichtlichder Spulenposition relativ zum Pfad formuliert. Zur Orientierungsregelung des End-effektors werden lediglich zwei Freiheitsgrade verwendet, während ein Freiheitsgrad inden Nullraum projiziert wird. Dies ermöglicht es, eine untergeordnete Regelaufgabe zuformulieren, die den Roboter dazu bringt günstigere Konfigurationen einzunehmen, wasden Demonstrationsprozess zusätzlich erleichtert.Die vorgestellte Methode wurde anhand eines Aufbaus experimentell validiert. Es wirdgezeigt, dass sich der Demonstrationsprozess mithilfe des Teach-In Werkzeugs intuitivgestaltet und robust genug ist, um die eingelernte Aufgabe am Roboter wiederzugeben.Der Pfadfolgeregler mit der untergeordneten Regelaufgabe ist in der Lage, die definiertenRegelziele mit guter Genauigkeit einzuhalten.

This thesis presents a new approach for the teach-in of a rope-winding task for a robotwhich includes position, orientation and force information. A manual teach-in tool wasdesigned to facilitate the demonstration process.Using the designed tool, the winding of a rope around arbitrarily placed rods can bedemonstrated by an operator. A spool and a motor on the end-effector of the robot areused to exert the desired tension on the rope. Based on a path following control strategywith transverse feedback linearization the spool is guided along the path.The control objectives for the spool position are formulated relative to the path using theparallel transport frame. The spool orientation is controlled using two degrees of freedomwhile the remaining degree of freedom is transferred to the null space of the primary task.This enables the definition of a subtask which controls the robot to take more beneficialconfigurations while traversing the path and facilitates the teach-in process.The proposed strategy was validated on an experimental setup. It is shown that theteach-in tool provides an intuitive and robust means to demonstrate a task for beingexecutable by the robot. The path following controller with the additional subtask is ableto imitate the task with good accuracy.