Motion planning in cartesian space for the collaborative redundant robot Sawyer

Abstract

Over the past few decades, the research in the field of industrial robotics has been developing solutions to optimize manufacturing processes. In this context, this project of dissertation arises with the aim of developing a Cartesian planner subject to a set of restrictions specified by the user for a certain task, that will be performed by the collaborative robot Sawyer. The aim of this dissertation is to study the problem of the path planning subject to restrictions, essentially associated with the minimum radius of curvature. The case of study consists on the deposition of an optic fibre filament in a PCB. The objective is to use the optic fibre as a sensor in the quality control of the produced PCBs. For this purpose, this dissertation project is divided in two subtasks, namely, the path generation in the PCB and the robot trajectory generation. As for the path planning, it is subject to a set of constraints, such as: (i) several target points in the same path; (ii) straight linear segments at each target point, and (iii) the final path must validate the defined minimum radius of curvature. Regarding the trajectory generation for the Sawyer robot, it should follow the generated path. For this, the final trajectory must have a smooth movement, avoiding singularities and collisions with the obstacles present in the scenario. The validation of the system was performed in a virtual and laboratory environment, through the execution of the task in which the robot simulates the placement of a filament on a PCB. The results showed that the developed path planning method is able to find a solution that accommodate all the imposed constraints. Furthermore, the trajectory created for the robotic system Sawyer, allowed to follow the desired path.

Ao longo dos anos, a investigação no ramo da robótica industrial tem vindo a desenvolver soluções para otimizar os processos de fabrico. Neste contexto, surge este projeto de dissertação cujo objetivo é desenvolver um planeador Cartesiano sujeito a um conjunto de restrições especificadas pelo utilizador para uma determinada tarefa, que será desempenhada pelo robô colaborativo Sawyer. O objetivo desta dissertação é estudar o problema do planeamento de caminhos sujeito a restrições, essencialmente associadas ao raio minímo de curvatura. O caso de estudo consiste na deposição de um filamento de fibra ótica num PCB. O objetivo é utilizar a fibra ótica como um sensor no controlo da qualidade dos PCBs produzidos. Para tal, este projeto de dissertação divide-se em duas subtarefas, nomeadamente, a geração de caminhos em PCB’s e a geração da trajetória para execução pelo robô. Quanto ao planeamento de caminho, este é sujeito a um conjunto de restrições, tais como: (i) vários pontos alvo no mesmo caminho; (ii) segmentos de reta em cada um dos pontos alvo e (iii) o caminho final tem que validar os raios de curvatura mínimos definidos. Relativamente à geração da trajetória para o robô Sawyer, esta deve acompanhar o caminho gerado. Para tal, a trajetória final deve ter um movimento suave, evitando singularidades e colisões com os obstáculos presentes no cenário. A validação do sistema foi realizada em ambiente virtual e laboratorial, através da execução da tarefa em que o robô simula o depósito de um filamento sobre uma placa de circuito impresso. Os resultados mostraram que o método de planeamento de caminhos desenvolvido é capaz de encontrar uma solução que respeite todas as restrições impostas. Além disso, a trajetória criada para o sistema robótico Sawyer, permitiu acompanhar o caminho desejado.