Industrial Robot Navigation System Using a Torque Sensor

Abstract

This thesis details the design, implementation, and testing of a novel navigation system for the KUKA KR4 industrial robot, enhanced by integrating a force/torque (F/T) sensor. The system enables intuitive hand-guided navigation of the robot arm, representing a significant advancement in robotic control technology. The navigation system captures real-time force data from the F/T sensor connected to a PC via Ethernet, facilitating seamless data acquisition and processing. The processed data is used to update end coordinates in a variable within the robot’s workspace, which is controlled using a program written in Kuka Robot Language (KRL). This allows for precise, manual control of the robot’s movements, simulating a more natural interaction between humans and robots and increasing usability in various industrial settings. Extensive testing verified the system’s effectiveness and reliability, demonstrating the robot’s ability to perform complex navigation tasks with enhanced accuracy and reduced setup time. This successful implementation not only proves the feasibility of using torque sensors for real-time robotic navigation but also lays the foundation for future innovations in robot-human interaction technologies, offering insights into the transformative potential of F/T sensors in industrial robotics.

Tato práce podrobně popisuje návrh, implementaci a testování nového navigačního systému pro průmyslový robot KUKA KR4, rozšířeného o integraci snímače síly/kroutícího momentu (F/T). Systém umožňuje intuitivní ručně řízenou navigaci ramene robota, což představuje významný pokrok v technologii robotického řízení. Navigační systém zachycuje data o síle v reálném čase ze senzoru F/T připojeného k PC přes Ethernet, což usnadňuje bezproblémový sběr a zpracování dat. Zpracovaná data slouží k aktualizaci koncových souřadnic v proměnné v rámci pracovního prostoru robota, která je řízena pomocí programu napsaného v Kuka Robot Language (KRL). To umožňuje přesné, ruční ovládání pohybů robota, simuluje přirozenější interakci mezi lidmi a roboty a zvyšuje použitelnost v různých průmyslových prostředích. Rozsáhlé testování ověřilo efektivitu a spolehlivost systému a prokázalo schopnost robota provádět složité navigační úkoly se zvýšenou přesností a zkrácenou dobou nastavení. Tato úspěšná implementace nejen dokazuje proveditelnost použití snímačů točivého momentu pro robotickou navigaci v reálném čase, ale také pokládá základy pro budoucí inovace v technologiích interakce mezi robotem a člověkem a nabízí pohled na transformační potenciál F/T snímačů v průmyslové robotice.