Vpliv sklopitve robotov na kinestetično učenje izvajanja dvoročnih nalog : magistrsko delo

Avsec, Oliver (author), Mihelj, Matjaž (mentor), Gams, Andrej (comentor)

V tem magistrskem delu obravnavamo vpliv dvoročnega oziroma bimanualnega impedančnega regulatorja na učinkovitost procesa kinestetičnega učenja robotskih sistemov. Naloga predstavlja klasičen primer fizične interakcije med človekom in robotom (pHRI) v okviru kinestetičnega učenja, ki je v tem delu razširjen na dvoročni robotski sistem. Osrednji problem raziskave je določitev optimalnih parametrov medsebojne interakcije med robotoma dvoročnega sistema, ki operaterju omogočajo intuitivno vodenje dveh manipulatorjev oziroma dvoročnega sistema. Cilj je intuitivno hkratno kinestetično vodenje, ki zmanjšuje fizično obremenitev in hkrati skrajšuje čas učenja oziroma demonstracije nalog na takem sistemu. V prvem poglavju je podrobno opisan problem sodelovanja med človekom in robotom pri bimanualnih nalogah ter predstavljen pregled obstoječe literature s področja učenja s posnemanjem in metod vodenja. Sledi opredelitev raziskovalnih ciljev in hipotez. Drugo poglavje predstavi teoretična izhodišča bimanualne robotike, vključno s kinematiko sistemov in osnovami impedančnega vodenja, ki predstavljajo temelje za razvoj uporabljenega regulatorja. Tretje poglavje opisuje eksperimentalno postavitev, ki temelji na dveh robotskih manipulatorjih KUKA LBR iiwa. Podrobno so predstavljena uporabljena programska orodja in implementacija bimanualnega impedančnega regulatorja. Četrto poglavje je namenjeno primerjavi različnih programskih rešitev za vodenje robotov KUKA. Analizirane so rešitve, ki jih ponuja proizvajalec, ter nekaj tistih, ki jih je razvila raziskovalna skupnost. Na podlagi zahtevanih funkcionalnosti je utemeljena izbira programske rešitve za naš primer. V petem poglavju je podrobneje predstavljena tehnična izvedba bimanualnega impedančnega regulatorja. Poglavje vključuje podrobnosti o uporabljenih programskih knjižnicah in reševanju problema redundance za dano nalogo, na koncu pa je podana še psevdokoda algoritma za izračun regulirne veličine. Šesto poglavje obsega eksperimentalni del magistrskega dela in analizo rezultatov. Najprej so opredeljene značilnosti, na podlagi katerih smo primerjali izvedbo naloge pri različnih nastavitvah relativne togosti regulatorja, nato sledi opis metod za analizo in interpretacija rezultatov eksperimentalnega dela. V sklepnem poglavju so povzete ključne ugotovitve raziskave, opravljeno je vrednotenje zastavljenih hipotez ter podana kritična presoja prednosti in pomanjkljivosti razvitega sistema. Na koncu so predstavljene možnosti za nadaljnje izboljšave krmilnega algoritma v smeri adaptivnega vodenja.

• Language: Slovenian
• Keywords: kinestetično učenje, bimanualni robot, impedančno vodenje, HRI, KUKA LBR iiwa, magisteriji
• Work type: Master's thesis/paper
• Typology: 2.09 - Master's Thesis
• Organization: FE - Faculty of Electrical Engineering
• Place of publishing: Ljubljana
• Publisher: O. Avsec
• Year: 2026
• Number of pages: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (XX, 74 str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-182541
• UDC: 007.52:62-523.8(043.3)
• COBISS.SI-ID: 281027843
• Publication date in RUL: 15.05.2026

Secondary language

• Language: English
• Title: Impact of robot coupling on kinesthetic teaching of bimanual tasks : magistrski študijski program druge stopnje Elektrotehnika

Abstract

This master’s thesis examines the impact of a two-handed (bimanual) impedance controller on kinesthetic teaching in robotic systems. The thesis presents a classic example of human-robot physical interaction (pHRI) within kinesthetic learning, expanded here to a two-armed robotic system. The main problem is to find the best interaction parameters between the two robots so the operator can intuitively control both manipulators or the whole system. The goal is intuitive, simultaneous kinesthetic control to reduce physical strain and shorten learning or demonstration time. The first chapter describes the problem of human-robot collaboration in bimanual tasks. It presents a review of the literature on imitation learning and control methods. Next, the chapter defines the research objectives and hypotheses. The second chapter presents the theoretical foundations of bimanual robotics, including system kinematics and the basics of impedance control, which form the basis for the development of the controller used in this study. The third chapter describes the experimental setup, which is based on two KUKA LBR iiwa robotic manipulators. The software tools used and the implementation of the bimanual impedance controller are presented in detail. The fourth chapter is dedicated to a comparison of various software solutions for controlling KUKA robots. It analyzes solutions offered by the manufacturer as well as several developed by the research community. Based on the required functionalities, the choice of software solution for our case is justified. Chapter 5 presents the technical implementation of the bimanual impedance controller in detail. The chapter includes details on the software libraries used and the solution to the redundancy problem for the given task, and concludes with the pseudocode of the algorithm for calculating the control variable. Chapter 6 covers the experimental part of the master’s thesis and the analysis of the results. First, the characteristics are defined based on which we compared the performance of the task under different settings of the controller’s relative stiffness, followed by a description of the methods for analyzing and interpreting the results of the experimental work. The concluding chapter summarizes the key findings of the research, evaluates the proposed hypotheses, and provides a critical assessment of the advantages and disadvantages of the developed system. Finally, possibilities for further improvements to the control algorithm in the direction of adaptive control are presented.

• Keywords: kinesthetic teaching, bimanual robot, impedance control, HRI, KUKA LBR iiwa