Relativno vođenje robota koristeći 3D vizijski sustav

master's thesis

• Title (english): Relative guidance of a robot using 3D vision system
• Author: Dominik Mihalinec
• Mentor: Bojan Jerbić (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2015-07-15, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

U ovom diplomskom radu obrađena je tehnika vođenja robotske ruke Universal Robot 5 (UR5) pomoću medicinskog optičkog sustava za praćenje markera Polaris Vicra i na taj način smanjena je njegova pogreška pozicioniranja.

Nakon uvodnog poglavlja o već postojećim robotskim sustavima u medicini, slijede poglavlja koja sadrže: princip rada optičkog sustava te kratak opis robotske ruke i njegovog kinematičkog modela. Postoje i potpoglavlja u kojima je objašnjena matematička terminologija i veličine koje ti sustavi koriste.

Kao etalon za potrebe mjerenja korištena je kalibracijska ploča. Na početku praktičnog dijela diplomskog rada izvršena su mjerenja kalibracijske ploče na optičkom koordinatnom stroju za mjerenje (CMM) kako bi definirali međusobne udaljenosti rupa na ploči. Kasnije su svi drugi rezultati mjerenja uspoređivani sa rezultatima dobivenima na CMM stroju. Sljedeći korak bio je ručno mjerenje kalibracijske ploče sa optičkim sustavom u svrhu izračunavanja njegove pogreške mjerenja. Izračunate su pogreške mjerenja za:

• položaj samo jednog markera u prostoru;

• dva razmaknuta markera u prostoru tj. mjerenje položaja jednog u odnosu na drugi.

Ispitano je također utječe li orijentacija markera na točnost optičkog sustava.

U svrhu ispitivanja točnosti pozicioniranja robota, sonda sa markerom pričvršćena je u robotovoj prihvatnici. Ručnim vođenjem robota, vrh sonde pozicioniran je u jednakoj orijentaciji u svaku rupu na kalibracijskoj ploči i očitavane su paralelno vrijednsti sa robota i sa Polaris-a (obzirom na referentni marker).

U okviru diplomskog zadatka izrađen je upravljački program koji omogućuje relativno vođenje alata robotske ruke na temelju informacija izmjerenih pomoću medicinskog optičkog sustava. Program je napisan u programskom jeziku C++. Kao IDE koristio se Visual Studio i dodatna C++ knjižnica Eigen. Programska podrška omogućuje sve funkcionalnosti koje su zadane u diplomskom zadatku. Cijela programska podrška, uključujući komunikaciju između robota i PC-a, matematički algoritam, razmjenu i tok informacija, objašnjena je u petom poglavlju. U prilogu na kraju diplomskog rada priložene su sve korištene Exel tablice i programski kod koji je korišten.

Abstract (english)

This master's thesis describes how to guide a robotic arm ˝Universal Robot (UR5)˝ by using the medical OTS (Optical Tracking System) Polaris Vicra, in order to reduce Positioning Errors.

The introductory chapter, which is about already existing robotic systems in medicine, is followed by chapters on the operating principle of optical system and a short description of the robotic arm with its related kinematic model. There are also subsections that describe mathematical terminology and mathematical structures used by the OTS and the UR5.

The calibration board was used as etalon for measurements. At the beginning of the practical part of this master's thesis, the calibration board was measured on the optical coordinate measuring machine, so that the distances between holes can be determined. The acquired distances were used as referent values. Later, all other measurement results were compared to the results obtained by the CMM. Next step was to manually measure the calibration board with the optical system in order to calculate OTS measurement errors. The errors in measurement were calculated for:

• the position and orientation of only one marker;

• OTS returns the data of the marker probe in the second marker's coordinate system.

Marker probe was attached to the robot's end effector. By manually guiding the robot, the tip of the marker probe was centred in each hole on the calibration board in the same orientation and data was collected from the robot and the Polaris for each hole. The acquired data from the robot and from the Polaris were compared to the data from the CMM.

Within this master's thesis, a controlling program has been made that provides a relative guidance of the robotic arm tool by using the data measured by the OTS. The Program is written in the C++ programming language. The software support provides all functionality specified by a given task. Comprehensive description of the entire software support, including the communication protocol between the robot and the PC, the mathematical algorithm, the exchange of information and information flow is provided in the fifth chapter. Excel tables and used programming codes are provided in the attachment at the end of this master's thesis.

• Keywords: optički sustav za praćenje; Polaris Vicra; vizijski sustav; Universal Robot 5; vođenje robota; pogreška pozicioniranja
• Keywords (english): optical tracking system; Polaris Vicra; vision system; Universal Robot 5; robotic guidance; positioning errors
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:627651
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-05-22 13:43:53