Performance Testing Real-Time Robot Communication for a Constraint-Based Robotic Welding System

Abstract

I denne masteroppgaven gjennomføres det en sanntid-ytelsestest for moto biblioteket. Dette er et Python bibliotek lagd for å styre Motoman roboter fra YASKAWA ved bruk av både banepunk og sanntidsstyring. Ytelsestestingen i denne oppgaven omfatter sanntids hastighetsstyring, og vil fokusere på responstid og forsinkelse i systemet. Responstid er definert som tiden det tar fra en kommando blir sendt til roboten før den reagerer. Forsinkelse er definert som tiden det tar for en robot å nå en ønsket hastighet etter at hastighetskommandoen er sendt. Både responstid og forsinkelse blir undersøkt gjennom eksperimenter på en robot manipulator og et posisjoneringsbord. Både steg responsen og systemets evne til å følge et referansesignal i endring blir testet.

To modifiserte versjoner av moto biblioteket blir også testet. Et av systemene har en implementert PID regulator, mens det andre systemet har aktivert "High Accuracy Path Control Function" i robotkontrolleren. De tre versjonene av systemet blir referert til som system versjoner. Alle tre system versjonene blir testet, etterfulgt av en sammenlikning og diskusjon av deres sanntidsytelse.

Masteroppgaven vil også presentere et utvalg av teori. Først vil generell robotkinematikk gjennomgåes sammen med en introduksjon til reguleringsteknikk. Ulike konsepter innen datateknologi vil dermed presenteres, før ulike eksisterende rammeverk for robotstyring vil forklares. Teorien sammen med \verb|moto| biblioteket vil så brukes for å presentere et forslag for et komplett begrensningsbasert system for robotisert sveising. Utfordringer og hensyn som må taes i et slikt system vil så diskuteres sammen med fordeler og ulemper med et slikt system.

In this thesis, a real-time performance test of the moto library is conducted. It is a Python library made for controlling Motoman robots from YASKAWA both using trajectory points and real-time control. Performance testing in this thesis is concerned with real-time velocity control, and focuses on response time and latency. Response time is defined as the time it takes for a robot to react after a command is sent. Latency is defined as the time it takes for a robot to reach a commanded velocity after the command is sent. These properties are found trough experiments conducted on a robot manipulator and a positioning table. Both the step response and the systems ability to follow a reference signal is tested.

Two modified version of the moto library is also tested. One system has an implemented PID controller while the other one is run with the High Accuracy Path Control Function enabled in the robot controller. These three versions of the system are referred to as system modes. All three systems modes are tested, followed by a comparison and discussion concerning real-time performance.

The thesis also presents a variety of theory starting with general robot kinematics and an introduction to control theory. Various software concepts are then presented, along with existing software frameworks for robot control. This theory is then used along with the moto library to suggest a complete system for constraint-based robotic welding. The challenges and considerations of such a system is then discussed along with its advantages and disadvantages.