Investigation and Implementation of Workspace restrictions for the KUKA LBR iiwa
Author
Hjorth, Sebastian Schleisner
Term
4. term
Education
Publication year
2019
Submitted on
2019-06-06
Pages
83
Abstract
Dette projekt undersøger, hvordan man modellerer, styrer og sikkert begrænser bevægelsen for en kollaborativ og redundant industrimanipulator—KUKA LBR iiwa. "Redundant" betyder her, at armen har flere led end strengt nødvendigt, hvilket giver ekstra fleksibilitet. Kinematik og dynamik modelleres med skrueteori, en matematisk ramme til at beskrive bevægelser og kræfter. Robotten styres med energi-bevidst impedansstyring, som får armen til at opføre sig som en fjeder-dæmper, mens energien overvåges. For at holde værktøjet inden for et sikkert kartesisk arbejdsområde defineres virtuelle vægge og påføres virtuelle kræfter (wrenches), der skubber det væk fra forbudte områder. Vi forhindrer også, at leddene nærmer sig deres mekaniske grænser, med ledgrænse-undgåelse. Den samlede styringsstrategi er implementeret i MATLAB til simulering og på den virkelige robot via KUKAs Fast Research Interface. Forsøg i simulation og på hardware bekræfter, at den energi-bevidste impedansstyring virker efter hensigten, og at potentialefelter kan begrænse både det kartesiske arbejdsområde og ledbevægelser, mens robotten forbliver eftergivelig.
This project examines how to model, control, and safely constrain the motion of a collaborative, redundant industrial robot arm—the KUKA LBR iiwa. Here, "redundant" means the arm has more joints than strictly needed for a task, providing extra flexibility. We build kinematic and dynamic models using screw theory, a mathematical framework for describing motion and forces. The robot is controlled with an energy-aware impedance controller, which makes the arm behave like a spring-damper while monitoring energy. To keep the end-effector within a safe Cartesian workspace, we define virtual walls and apply virtual forces (wrenches) that push it away from forbidden regions. We also prevent joints from approaching their mechanical limits using joint-limit avoidance. The full control strategy is implemented in MATLAB for simulation and on the real robot via KUKA’s Fast Research Interface. Tests in simulation and on hardware confirm that the energy-aware impedance control works as intended, and that potential-field methods can limit both Cartesian and joint motion while the robot remains compliant.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents