From CAD-Assemblies to Constraint Based Robot Control

Abstract

Denne masteroppgaven har som mål å finne ut om det er mulig å programmere en robot utelukkende med informasjon tilgjengelig i 3D-design software (CAD). Mer spesifikt, hvordan dette programmet kan bli implementert på en kommersielt tilgjengelig robot. Løsningen skal implementeres med industrien og dens relevans for dem i bakhodet. Stadig flere produksjonsbedrifter skaffer seg roboter for å overleve. Hvordan kan programmeringen av disse gjøres enklere og raskere?

Programmeringsproblemet er tilnærmet med et nylig “open-sourced” rammeverk for “constraint based” robotprogrammering, kalt eTaSL. eTaSL er for øyeblikket det mest komplette systemet innen dette feltet. Det er et allerede fullt funksjonibelt rammeverk, men for å gjøre det mer tilgjengelig for flere robotsystemer, har en del av prosjektet blitt å tilpasse det for ROS og ROS Control.

Geometriske relasjoner fra CAD er hentet ut fra SolidWorks med en C# kode som bruker deres API. Måten SolidWorks formulerer denne geometriske informasjonen matematisk førte til at et nytt sett med geometriske funksjoner og relasjonstyper ble utviklet for eTaSL. De har blitt brukt med den nye eTaSL-ROS-kontrolleren til å definere et “peg-in-hole” testforsøk.

Det har blitt vist at den implementerte løsningen får til å gjennomføre “peg-in-hole”-forsøket med en KUKA KR6 R900 robot gjennom deres sensor grensesnitt RSI. Testen ble gjort med tre forskjellige sett med sylindere med forskjellige toleranser. Presisjonen i systemet er så bra at det er mulig å plassere selv de sylinderene med trangest toleranse, som ikke tillater et større avvik enn ±0.016 mm.

Det konkluderes med at selv om systemet er i en tidlig fase, så leder det vei for en lovende fremtid for robotprogrammering. Det er fordi det kan bli implementert på en kommersiell robot og at det har muligheten til å redusere tidsforbruket mellom design fasen og et ferdig sammenstilt produkt.

This Master’s thesis are aiming to find out if it is possible to program a robot solely by information contained in assembly data from 3D design software (CAD). More so, how this program can be implemented on a commercially available off-the-shelf robot manipulator. The solution should be developed with the potential relevance for the industry in mind. Ever more production firms need to give way for the robots to survive. How can the programming be easier and faster?

The programming is approached with the newly open-sourced framework for constraint based robot programming, called eTaSL. eTaSL is as of now the most complete system for constraint based robot control. It is already a fully functional framework, but to be available for more systems, parts of the project has been to adapt it to ROS and ROS Control.

CAD constraints are extracted from SolidWorks by a C# code which utilizes their API. The way those constraints are formulated mathematically led to the making of a new set of geometrical functions and constraint types for eTaSL. These have been used with the new eTaSL ROS controller to define a peg-in-hole test case.

It has been shown that the implemented solution is able to complete the peg-in-hole case with a KUKA KR6 R900 robot using their sensor interface RSI. This was tested with three different sets of pegs with different tolerances. The precision of the system is good enough to be able to even place the pegs with the tightest tolerance, which does not allow for any error larger than ±0.016 mm on average.

It is concluded that even though this system is in early stages, does it present a promising future for robot programming. That is because it can be implemented on a commercial robot and that it has the possibility to reduce the time consumption from the design stage to a fully assembled product.