JultikaUniversity of Oulu repository

Abstract

The aim of this thesis is to generate a functional motion control to a delta robot. The motion control is based on solving the inverse kinematics problem of the delta robot. This solution is then used to form the control logic of the robot. In addition, this thesis also introduces forward kinematics solution models and, the most common industrial robots and their features. Applications of industrial robots, as well as the industries that utilize them the most are also examined.

This thesis introduces a self-made delta robot and its motion control design. The functionality of motion control is studied by measuring the positioning accuracy as well as the repeatability of the self-made delta robot in the xy-plane. Accuracy measurements are performed using a separate measuring device. A small-scale comparison between the positioning accuracy of a self-made and a commercial delta robot is implemented to find out how closely can the performance of a commercial delta robot be reproduced with a self-made delta robot.

The results of this thesis indicate that the inverse kinematics model of the delta robot as well as the motion control actually work. The results demonstrate that the performance of the self-made delta robot is at a good level and that further development is worthwhile. There was not enough measurement data to perform a proper comparison between the self-made and the commercial delta robot. However, despite the narrow sampling, it is assumed that the positioning accuracy of the self-made delta robot is not yet at the same level as that of the commercial product.

The accuracy of the self-made delta robot presented in this thesis can be improved by developing the feeding of the robot’s drive commands. The materials used in the construction of the robot as well as the quality of the joints also affect the accuracy.

The inverse kinematics model of the delta robot presented in this thesis can be easily scaled to different sized delta robots depending on the application. Motion control can be utilized in the control of delta robots implemented with a similar mechanical structure.

Delta-robotin liikkeenohjaus

Tiivistelmä

Tämän työn tarkoituksena on suunnitella delta-robotille toimiva liikkeenohjaus. Liikkeenohjauksen rakentaminen perustuu delta-robotin käänteiskinematiikan ratkaisemiseen. Käänteiskinematiikan ratkaisua hyödynnetään ohjauslogiikan toteutuksessa. Työssä tutustutaan myös suorankinematiikan ratkaisumalleihin, sekä esitellään yleisimpiä teollisuusrobotteja ja niiden ominaisuuksia. Työssä tarkastellaan myös teollisuusrobottien käyttökohteita, sekä niitä eniten hyödyntävät teollisuudenalat.

Työssä tutustutaan omavalmisteiseen delta-robottiin ja sen liikkeenohjauksen suunnitteluun. Liikkeenohjauksen toimivuutta tutkitaan mittaamalla omavalmisteisen delta-robotin paikoitustarkkuus, sekä toistotarkkuus xy-tasossa. Tarkkuusmittaukset toteutetaan käyttämällä erillistä mittalaitetta. Työssä pyritään myös selvittämään kuinka lähelle kaupallisen delta-robotin suorituskykyä voidaan päästä omavalmisteisella delta-robotilla. Työssä toteutetaan pienimuotoinen vertailu omavalmisteisen ja kaupallisen delta-robotin paikoitustarkkuuden välillä.

Työn tulokset osoittavat, että delta-robotin käänteiskinematiikan malli, sekä liikkeenohjaus toimivat. Tuloksista selviää, että omavalmisteisen delta-robotin suorituskyky on hyvällä tasolla ja sen kehittämistä kannattaa jatkaa. Omavalmisteisen ja kaupallisen delta-robotin kunnolliseen vertailuun ei saatu riittävästi dataa. Suppeasta otannasta huolimatta on kuitenkin oletettavaa, että omavalmisteisen delta-robotin paikoitustarkkuus ei vielä yllä samalle tasolle kaupallisen tuotteen kanssa.

Työssä esitellyn omavalmisteisen delta-robotin tarkkuutta saadaan parannettua kehittämällä robotin ajokomentojen syöttämistä. Myös robotin rakenteessa käytetyt materiaalit, sekä nivelten laadukkuus vaikuttavat tarkkuuteen.

Työssä esitetty delta-robotin käänteiskinematiikan malli on helposti skaalattavissa myös erikokoisiin delta-robotteihin käyttökohteesta riippuen. Liikkeenohjausta voidaan hyödyntää vastaavalla mekaanisella rakenteella toteutettujen delta-robottien ohjauksessa.