Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Trajectory generation for KUKA LWR4+ redundant robot

Przemysław Mogilnicki

Abstract

Trajectory generation for KUKA LWR4+ redundant robot. Industrial robots are usually programmed by providing a program file with motion instructions that define path between given points. The underlying motion generator computes then a trajectory – positions, velocities and accelerations in discrete moments of time. The trajectory is executed by a low-level dynamic control system. Programmer does not have a direct access to the motion generator provided by the robot manufacturer. This usually makes it impossible to implement custom trajectory generation strategies. As an innovative robot, KUKA LWR4+ possess features not present in typical industrial robots, including very good payload to mass ratio, lightweight structure, kinematic redundancy (seven degrees of freedom) and torque sensors in each axis. It also provides FRI (Fast Research Interface), an interface which allows communication between the robot and an external computer with sampling rate of 1 ms. This feature can be used in various ways, e.g., for instantaneous collision detection, which enables implementing safe human-robot collaboration schemes – a new approach in industrial robotics in which robots are commonly considered as dangerous machines and their workspaces are strictly isolated. Moreover, FRI allows low-level access to the motion kernel which makes it possible to apply new control schemes – custom trajectory generation strategies, force control and more. The main objective of this thesis was to make a trajectory generator for the KUKA LWR4+ robot which would replace the one provided by the manufacturer, utilizing capabilities of FRI. The generator was supposed to provide custom trajectory generation strategies, especially those which exploit kinematic redundancy and allow smooth passing through singularities. An extensive literature review on a topic of solving inverse kinematics problem, which is the main concern in the trajectory generation of redundant manipulators, was carried out in Chapter 3. Selected methods were implemented. Description and a brief manual of the developed program were discussed in Chapter 4. This chapter also contains results of simulation studies and experiments carried out in the Robotics Laboratory of the Faculty of Power and Aerospace Engineering. All the objectives have been met. The developed and tested program is a fully functional off-line trajectory generator for KUKA LWR4+ redundant robot. It generates straightline and circular paths in Cartesian space, utilizes kinematic redundancy of the robot to avoid mechanical joint limits and provides continuous and feasible solution, even in a presence of singularities.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Przemysław Mogilnicki (FPAE) Przemysław Mogilnicki,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Generowanie trajektorii dla robota redundantnego KUKA LWR4+
Supervisor
Marek Wojtyra (FPAE/IAAM) Marek Wojtyra,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Automatyka i Robotyka (Automation and Robotics)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
19-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
73
Internal identifier
MEL; PD-3609
Reviewers
Marek Wojtyra (FPAE/IAAM) Marek Wojtyra,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Paweł Malczyk (FPAE/IAAM) Paweł Malczyk,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
generowanie trajektorii, roboty redundantne, zadanie odwrotne kinematyki, metody jakobianowe
Keywords in English
-
Abstract in Polish
Generowanie trajektorii dla robota redundantnego KUKA LWR4+. Roboty przemysłowe sa zwykle programowane poprzez dostarczenie pliku programu, zawierajacego instrukcje definiujace sciezke ruchu miedzy zadanymi punktami. Generator ruchu oblicza trajektorie – połozenia, predkosci i przyspieszenia w dyskretnych chwilach. Trajektoria jest wykonywana przez niskopoziomowy system sterowania. Programista nie ma bezposredniego dostepu do, dostarczonego przez producenta robota, generatora ruchu. Skutkuje to brakiem mozliwosci implementacji niestandardowych algorytmów generowania trajektorii. Jako innowacyjny robot, KUKA LWR4+ posiada cechy nie wystepujace w typowych robotach przemysłowych, m.in. bardzo dobry stosunek udzwigu do masy, lekka strukture, redundancje kinematyczna (siedem stopni swobody) oraz czujniki momentu w kazdej osi. Mozliwe jest nawiazanie komunikacji miedzy robotem a zewnetrznym komputerem poprzez interfejs FRI (ang. Fast Research Interface). Ze wzgledu na czestotliwosc taktowania komunikacji wynoszaca nawet 1kHz, interfejs ten umozliwia m.in. natychmiastowe wykrywanie kolizji, co pozwala na implementacje algorytmów bezpiecznej współpracy człowieka z robotem. FRI zapewnia tez niskopoziomowy dostep do generatora ruchu, mozliwe jest zatem wdrozenie nowych algorytmów sterowania. Głównym celem niniejszej pracy było stworzenie generatora trajektorii dla robota KUKA LWR4+ z wykorzystaniem FRI. W generatorze miały byc zaimplementowane niestandardowe algorytmy generowania trajektorii, zwłaszcza wykorzystujace redundancje kinematyczna manipulatora i pozwalajace na gładkie pokonywanie osobliwosci. Obszerny przeglad literatury nt. rozwiazywania zadania odwrotnego kinematyki, które jest głównym zagadnieniem w procesie generowania trajektorii manipulatorów redundantnych, znajduje sie w Rozdziale 3. Wybrane metody zostały zaimplementowane. Opis i krótka instrukcja przygotowanego programu sa omówione w Rozdziale 4. Rozdział ten zawiera równiez wyniki badan symulacyjnych oraz eksperymentów przeprowadzonych w Laboratorium Robotyki Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa. Wszystkie stawiane pracy cele zostały zrealizowane. Przygotowany i przetestowany program jest w pełni funkcjonalnym generatorem trajektorii dla robota redundantnego KUKA LWR4+. Generuje on prostoliniowe i kołowe sciezki w przestrzeni kartezjanskiej, wykorzystuje redundancje w celu unikania mechanicznych ograniczen w osiach, zapewnia ciagłe i mozliwe do zrealizowania rozwiazanie, równiez w obecnosci osobliwosci
File
  • File: 1
    2016-01-21pm_inz.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9249

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTfa413ce8fbdc420283f55623e42cd742/
URN
urn:pw-repo:WUTfa413ce8fbdc420283f55623e42cd742

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page