Controlling of industrial robotic manipulators operating with flexible tools
Translated title
Regulering af industrirobotter der anvender fleksible værktøjer
Author
Olesen, Rasmus Bank Breiner
Term
10. term
Publication year
2012
Submitted on
2012-05-31
Abstract
Industrirobotter arbejder ofte med fleksible værktøjer, der kan bøje og svinge. Disse svingninger gør værktøjsspidsens position (Tool Center Point, TCP) mindre præcis og kan forsinke arbejdet. Denne afhandling undersøger, hvordan man styrer en sådan robot, så værktøjet falder hurtigt til ro, og TCP bliver mere præcis. Forsøgene blev udført på en REIS RV15-robot udstyret med sensorer. Arbejdet opstiller en dynamisk model af både robotten og det fleksible værktøj og bruger den i en sliding mode-styring—en robust reguleringsmetode, der er designet til at dæmpe svingninger selv når forholdene ændrer sig. Modellen tilpasses det konkrete værktøj med systemidentifikation baseret på målte data. Både offline (batch) og online (realtids) metoder beskrives. Da hver sensor kun giver et delvist og støjfyldt billede, anvendes også sensorfusion. Et Kalman-filter kombinerer modelskøn med målinger, herunder tøjning i værktøjet, for at spore bevægelsen og reducere støj. Reguleringssystemet testes på TCP-nøjagtighed og på hvor hurtigt værktøjets tøjningsrespons falder til ro (indsvigningstid). De enkelte dele vurderes også hver for sig. En relæ-tuningmetode anslog værktøjets egensvingningsfrekvens med 8–11 % nøjagtighed, og Kalman-filteret fjernede effektivt støj. I ét tilfælde reducerede regulatoren indsvigningstiden fra 50,85 s til 3,85 s. Systemet nåede dog ikke den tilsigtede sliding mode under testen. Robotens båndbredde—hvor hurtigt den kan reagere—var ikke tilstrækkelig, og styresignalet måtte begrænses.
Industrial robots often use flexible tools that can bend and vibrate. These vibrations reduce the accuracy of the tool’s tip position (the Tool Center Point, TCP) and can slow down work. This thesis explores how to control such a robot so the tool settles quickly and the TCP is precise. Experiments were carried out on a REIS RV15 robot fitted with sensors. The work builds a dynamic model of both the robot and the flexible tool and uses it in a sliding mode controller—a robust control method designed to suppress vibrations even when conditions change. The model is adapted to the actual tool by system identification using measured data. Both offline (batch) and online (real-time) methods are described. Because each sensor provides only a partial, noisy view, the thesis also applies sensor fusion. A Kalman filter combines model estimates with measurements, including strain in the tool, to track motion and reduce noise. The control system is tested for TCP accuracy and for how fast the tool’s strain response settles (settling time). The individual components are evaluated separately. A relay tuning method estimated the tool’s natural frequency within 8–11% of the true value, and the Kalman filter effectively removed noise. In one case, the controller cut settling time from 50.85 s to 3.85 s. However, the system did not reach the intended sliding mode during testing. The robot’s bandwidth—how quickly it can respond—was not sufficient, and the control signal had to be limited.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents