Desarrollo e implementación de una librería de procesos para operaciones mecánicas con robots colaborativos controlados por fuerza

Abstract

[EN] This master thesis deals with the problem of offering a more intuitive task oriented programming interface of a force controlled robot.Therefore, different mechanical operations have to be modeled and structured first. Force controlled robots like the LBR iiwa of KUKA are used more and more in the industry environment. This kind of robot makes it possible (in comparison with classical position controlled robots) to perform complex manipulation processes. New applications in this field are the HumanRobot Interaction (HRI) and the total automation of assembly operations. However, the previously established programming interfaces for robots do not offer a concept which simulates mechanical processes, but rather enables the programming of force-controlled operations on a control-oriented layer. In order to be able to make use of mechanical sequences with force controlled manipulators in the programming interface, it is necessary to structure this from the mechanics and to transfer it into general programming commands . This is achieved by evaluating mechanically various operations performed by the robot and grouping the skills needed to perform them in a modular and reusable way. This work includes the following tasks; firstly, an analysis of the available skills of a force controlled robot.Then, an analysis of joining, assembly and other robot operations with regard to geometry, forces and mass-spring-damper systems. After the analysis part, an evaluation and realization of a suitable implementation concept taking into account modularity was developed. The functionality and robustness was implemented and verified in a robot setup. To finish, a study of the reusability in new applications is researched.

[ES] Esta tesis trata sobre el desarrollo de una plataforma más intuitiva para programar robots contrololados por fuerza. Para ello, diferentes operaciones mecánicas deben ser modeladas y estructuradas. La industria incorpora cada vez más robots controlados por fuerza como el LBR iiwa de KUKA. Este tipo de robots hacen posible la realización de procesos de manipulación complejos ,comparándolos con los clásicos robots controlados por posición. Lo que genera nuevas aplicaciones en este campo, como la interacción de robots con humanos y la completa automatización de operaciones de ensamblaje. Hasta ahora, las interfaces de programación para este tipo de robots no simulan procesos mecánicos, sino que simplemente dan la posibilidad de generar comandos de control de fuerza para controlar los movimientos. Para crear la posibilidad de de usar secuencias mecánicas con manipuladores controlados por fuerza en la interfaz de programación, es necesario estructurar primero la mecánica y luego transferirlo a comandos de programación generales. Para conseguirlo primero hay que evaluar mecánicamente diferentes operaciones realizadas por el robot y agrupar las habilidades necesarias para ello de una manera modular y reusable. Este trabajo incluye las siguientes tareas: primero, un análisis de las habilidades disponibles en un robot controlado por fuerza. Segundo, un análisis de la geometría y fuerzas de operaciones de ensamblaje, unión y montaje. La tesis continúa con una evaluación y realización de una implementación apropiada teniendo en cuenta la modularidad. Para terminar, la funcionalidad y validez de lo programado es comprobada en el robot y se estudian las posibilidades de implementación en nuevas aplicaciones.