Využití systému 3D vidění pro robotické broušení se silovou zpětnou vazbou

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vývojem autonomního robotického systému pro broušení a leštění konvexních povrchů s využitím systému 3D vidění a zpětnovazebního řízení. Hlavním cílem je zvýšit adaptabilitu a efektivitu robotického procesu broušení, zejména v prostředí s častými změnami výrobků. Systém integruje systém 3D vidění pro generování mračna bodů povrchu dílu, která jsou následně zpracována pro vytvoření přesných robotických drah. Dráhy jsou generovány ve formě klikatých a spirálových vzorů, aby bylo zajištěno komplexní pokrytí a konzistentní povrchová kvalita s ohledem na kolmé vedení brusného vřetena. K udržování konstantní přítlačné síly se používá senzor síly a momentu, který dynamicky upravuje dráhu robota na základě zpětné vazby v reálném čase, aby se přizpůsobil změnám povrchu. Mezi klíčové úspěchy patří vývoj robustních algoritmů zpracování mračna bodů, zpětnovazebního řídicího mechanismu pro udržování konstantní síly a použití komunikačního protokolu OPC UA pro plynulý a bezpečný přenos dat mezi součástmi systému. Zavedení rozšířené reality (AR) prostřednictvím soupravy Hololens 2 zlepšuje interakci s uživatelem a umožňuje operátorovi vizualizovat brousící dráhy v reálném čase a interagovat s pracovní stanicí. Účinnost systému byla ověřena v reálném průmyslovém prostředí a prokázala jeho potenciál pro zlepšení procesů robotického broušení a leštění ve flexibilních výrobních prostředích.

This thesis presents the development of an autonomous robotic system for sanding or polishing convex surfaces using a 3D vision system and force feedback control. The primary objective is to enhance the adaptability and efficiency of robotic sanding processes, especially in environments with frequent product changes. The system integrates a 3D vision system to generate point cloud data of the workpiece surface, which is then processed to create precise robotic paths. The paths are generated in the form of zig-zag and spiral patterns to ensure comprehensive coverage and consistent surface quality concerning the perpendicular alignment of the sanding spindle. A force-torque sensor is employed to maintain a constant pressing force, dynamically adjusting the robot's path based on real-time feedback to accommodate surface variations. Key achievements include the development of robust point cloud processing algorithms, a feedback control mechanism for maintaining uniform force, and the application of the OPC UA communication protocol for seamless and secure data exchange between system components. The introduction of augmented reality (AR) via the Hololens 2 headset enhances user interaction, allowing operators to visualize sanding paths in real-time and interact with the workstation. The system's effectiveness was validated in a real industrial setting, demonstrating its potential for improving robotic sanding and polishing processes in flexible manufacturing environments.