Bibliographic Metadata

Title
Robotersteuerung mittels Low-Budget 3D Kraftsensorik
Additional Titles
Robot control based on low budget 3D force sensor system
AuthorKager, Klaus
Thesis advisorKorak, Gernot
Published2018
Date of SubmissionAugust 2018
LanguageGerman
Document typeBachelor Thesis
Keywords (DE)Industrieroboter / Kraft-Momenten Steuerung / Kraft Steuerung / Kraft Sensorik / Mensch-Roboter Kommunikation / Mensch-Roboter Kooperation / Teach-In
Keywords (EN)Industrial robot / Force- Torque Control / Force control / Force sensors / Human- Robot communication / Human- Robot cooperation / Teach- In
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung einer Low-Budget 3D Kraftsteuerung, welche mit drei Freiheitsgraden (Bewegung in Richtung X-, Y- und Z-Achse) für die Steuerung und Konfiguration eines Roboters verwendet werden soll. Ziel ist es, die vorhandenen realen drei Freiheitsgrade während der Anwendung per Knopfdruck in ihrer Bewegungsfunktion umschaltbar zu gestalten. Damit soll sowohl eine translatorische, als auch eine rotierende Bewegung des Roboterarms ermöglicht werden, um maximalen Nutzen aus den verfügbaren Ressourcen zu ziehen.

Es wird somit eine kostengünstige 3D Kraftsteuerung als Alternative zu den herkömmlichen, auf dem Markt verfügbaren, Produkten auf ihre Tauglichkeit hin überprüft. Gängige auf dem Markt erhältliche Steuerungen arbeiten üblicherweise mit sechs realen Freiheitsgraden, das heißt es können Translationen in Richtung X, Y und Z, sowie Rotationen um diese drei Achsen über unterschiedliche Bewegungen der Steuerungsmechanik durchgeführt werden. Die in dieser Arbeit untersuchte Mechanik verfügt real hingegen über drei Freiheitsgrade. Das bedeutet, es können über Sensoren reine Krafteinwirkungen in Richtung X, Y und Z gemessen werden. Um mit der Steuerung auch Rotationsbewegungen durchführen zu können, werden die real vorhandenen drei Freiheitsgrade per Tastendruck in der Software in ihrer Zuordnung zwischen Translation und Rotation umschaltbar gemacht. Somit können mit den vorhandenen drei Freiheitsgraden über die Software sechs Freiheitsgrade simuliert werden. Die gleiche Bewegung der Mechanik resultiert dadurch per Tastendruck in zwei unterschiedlichen Bewegungsbefehlen. Dies ist ein wesentliches Abgrenzungsmerkmal gegenüber am Markt erhältlichen Produkten. Diese Eigenschaft wird in der Arbeit zusätzlich auf ihre positiven und negativen Auswirkungen hin analysiert. Die wichtigsten Kriterien für die Untersuchung sind die Bedienbarkeit der Mechanik sowie die Genauigkeit und die Geschwindigkeit der Roboterbewegung im Zusammenspiel mit der Steuerung.

Das Ergebnis der Untersuchungen zeigt eine grundsätzliche Tauglichkeit der Steuerung zur Kontrolle eines Roboterarms. Teilweise Schwächen im Design der Mechanik und im Auswertealgorithmus erschweren die Steuerung in einigen Bereichen. Nach weiterführenden Analysen und Verbesserungen in diesen Aspekten wäre die Steuerung eine denkbare, kostengünstige Alternative am Markt.

Abstract (English)

This paper deals with the analysis of a low-budget force control unit with three degrees of freedom (force in X, Y and Z direction), which can be used to control and configure a robot. The target is to develop a function to switch between translation and rotation via pressing a button during usage of the control unit, so additionally to the translation also a rotation can be performed. With this the highest benefit can be achieved out of the available resources.

Common robot control units on the marked usually use six real degrees of freedom. This means that translations in X, Y and Z direction and rotations around those three axes can be measured and performed. Therefore additional sensors are mounted. The force control unit which is analysed in this paper works only with three real degrees of freedom. So only forces in X, Y and Z direction can be measured. To also perform rotations around those axes it is necessary to switch the assignment of the three real degrees of freedom between translation and rotation via pressing a button in the software. So when pressing the button, the same movement on the force control unit can be used to perform a translation and rotation with the robot. This is an important unique feature compared to other control units on the market. Therefore this paper also deals with this characteristic regarding its positive and negative consequences. The most important criteria for the analysis are the usability of the mechanical component as well as the accuracy and speed of the robot movement in combination with the control unit.

The analysis shows a basic capability to move a robot with the control unit. Some weaknesses in the design of the mechanical component and in the evaluation algorithm make the controlling less smooth in some ranges of the possible movement. After further examinations and improvements in these aspects the control unit would be a possible cost-efficient alternative on the marked.