Online trajectory generation for robotic contactless applications

This thesis work is dedicated to the development of trajectory generation techniques for industrial robots. The focus is on applications like glue dispensing or laser cutting, requiring a constant Tool Center Point speed to avoid working defects. The idea is to build an application which implements the EGM (Externally Guided Motion) interface and investigates its limits, pros and cons, with respect to the traditional offline programming which sometime fails in unpredictable slowing downs during hard trajectories characterized by frequent changes in orientation. EGM, here used in Position Guidance version, is an online interface, directly communicating with robot Servo Control with a frequency up to 250 Hz. The communication is based on reference positions that the robot tries to follow. The set of reference positions is provided by an optimization algorithm which relies on kinematic, dynamic constraints, and geometrical constraints related to the path desired by the user. This online trajectory planning allows the robot to perform complex trajectory usually difficult to be coded with programming languages. The robot responses according to a position feed-back and an optional feed-forward reference speed. According to EGM nature, a trade off between position accuracy and speed accuracy pops up, thus an interface and algorithm parameters tuning are necessary for each particular test. The Externally Guided Motion allows to replace traditional offline trajectory generation covering with good results the applications investigated.

Il lavoro di tesi è dedicato allo sviluppo di tecniche di generazione della traiettoria per robot industriali. L'attenzione è rivolta ad applicazioni, come l'erogazione di colla o il taglio laser, che richiedono una velocità costante del punto centrale dell'utensile per evitare difetti di lavorazione. L'idea è di sviluppare un'applicazione che utilizza EGM (Externally Guided Motion) e ne esplora i limiti, vantaggi e svantaggi, rispetto alla programmazione offline tradizionale che talvolta causa rallentamenti imprevedibili durante la movimentazione del robot lungo traiettorie complesse caratterizzate da repentini riorientamenti. EGM è usato in versione Position Guidance ed è un'interfaccia di comunicazione online che scambia direttamente le informazioni con i controlli dei servomotori del robot con una frequenza massima di 250 Hz. La comunicazione consiste nella trasmissione di una raccolta di posizioni di riferimento che il robot prova a seguire. La raccolta di posizioni di riferimento deriva da un algoritmo di ottimizzazione che è basato su vincoli cinematici, dinamici e geometrici, derivanti dal percorso desiderato dall'operatore. La generazione online della traiettoria permette di definire traiettorie complesse che generalmente sono difficili da programmare con i linguaggi offline tradizionali. Il robot reagisce secondo un anello chiuso in posizione e un segnale opzionale di velocità di riferimento. EGM per natura genera un compromesso tra accuratezza in posizione e accuratezza in velocità, perciò è necessario trovare i parametri, sia dell'interfaccia sia dell'algoritmo di ottimizzazione, più confacenti alla singola prova. I risultati delle prove eseguite confermano EGM come valida alternativa per le applicazioni investigate.