Plánování pohybu robotu s 9 stupni volnosti pro svařování plastových nádrží

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vývojem plánovacího software pro automatické svařování plastových nádrží. Typicky jsou tyhle nádrže svařovány ručně, co je dlouhý a náročný proces, vyžadující léta zkušeností. Pro zlepšení stávajíci situace byla navržená svařovací robotická buňka. Tato buňka má devět stupňů volnosti a skládá se ze tří externích os a průmyslového robota. Na robotu je nainstalován svářecí extrudér. Problém plánování pohybu můžeme popsat jako opakované řešení úlohy inverzní kinematiky pro danou cílovou polohu, při respektování kloubových limitů a vyhýbání se kolizím. Výsledný prúběh kloubových souřadnic musí být spojitý a hladký. S devíti stupni volnosti je navrhovaná buňka redundantní. Pro nalezení jednoho řešení musíme využít optimalizace a zavedením optimalizačních kriterií vybrat jedno optimální řešení. V prvních kapitolách práce je představen problém plánovaní pohybu, společně s teoretickými poznatky užitými k jeho řešení. V následujících kapitolách je detailně popsána robotická buňka a její kinematický model. Stručně je také shrnut Robot Operating System (ROS), který je využit pro samotné plánování. Jádro práce spočíva v návrhu rúznych optimalizačních kriterií a jejich implementace v ROS-u. Prezentovány a diskutovány jsou výsledky plánovaní na několika vybraných svárech.

This thesis deals with the development of a motion planning software for automatic welding of plastic tanks. Typically, such tanks are welded by hand, which is a long and arduous process, requiring years of experience. To improve this situation, a welding robot cell has been designed. The cell has 9 Degrees of Freedom, consisting of three external axes and an industrial robot. A welding extruder is mounted on the robot. The motion planning problem can be described as repeatedly solving inverse kinematics of a robot for a given goal, while avoiding collision and respecting joint limits. The solved joint coordinates have to be smooth and continuous over the path. The robot cell is redundant due to the 9 Degrees of Freedom. To get an unique solution for the inverse kinematics, we have to employ optimization, providing further constraints, in the form of optimization criteria, on the problem. In the first chapters the welding problem is introduced, as well as the theoretical means to solve it (planning and optimization algorithms). In further chapters, the robot cell is described in detail and it's kinematic model is introduced. Robot Operating System (ROS), which is used for the planning, is discussed briefly. The core of the work lies in defining various optimization criteria and implementing them in ROS. Results of planning on selected welds are presented and discussed.