Uporaba linijskega laserskega merilnika za realnočasovno načrtovanje robotske trajektorije

Jaklič, Jernej (avtor), Podobnik, Janez (mentor), Mihelj, Matjaž (komentor)

Magistrsko delo obravnava razvoj robotskega sistema za realnočasovno načrtovanje trajektorije gibanja robotskega manipulatorja na podlagi meritev linijskega laserskega merilnika. Sistem je med gibanjem sposoben sproti ocenjevati želeno referenčno lego glede na geometrijo obravnavane površine, za kar ne potrebuje vnaprej znanega modela površine. Referenčna lega je določena tako, da orodje sledi želeni oddaljenosti od površine in orientaciji, pravokotni na površino. Sistem tako samodejno uravnava izbrane prostostne stopnje, medtem ko preostale prostostne stopnje lahko upravlja operater. Sprotna ocena referenčne lege se določa z oceno lokalne geometrije površine, tako da sistem med gibanjem z linijskim laserskim merilnikom sproti zajema globinske profile neznane površine, iz katerih tvori lokalni oblak točk. Na osnovi te ocene razvit algoritem z uporabo metode PCA in geometrijskih povezav izračunava referenčno pozicijo in orientacijo robotskega manipulatorja. Sistem omogoča določanje smeri gibanja v ravnini xy na dva načina: po vnaprej določeni smeri gibanja ter s teleoperacijo, kjer smer premikanja določa operater s haptičnim vmesnikom. Predlagan pristop je preverjen v simulacijskem okolju IsaacSim in nato implementiran na realnem robotskem sistemu z manipulatorjem Franka Emika Panda, linijskim laserskim merilnikom Omron in haptičnim vmesnikom Phantom. V rezultatih je predstavljen pristop delovanja v simulacijskem okolju ter opisan delujoč sistem na realnem robotskem sistemu. Nato so za oba obravnavana načina določanja smeri prikazane in opisane primerjave referenčnih in dejanskih trajektorij. Pri določanju referenčne lege je poudarjeno, da meritve vsebujejo šum, kar ima precejšen vpliv na realnočasovno načrtovanje referenčne lege. Zato so dodatno analizirane napake vodenja pri različnih parametrih glajenja. Izkaže se, da je za sprejemljivo prilagajanje potrebno določiti ustrezno mero filtriranja, saj bi preveč filtriranja povzročilo slabšo odzivnost sistema na spremembe površine.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Realnočasovno sledenje površini, teleoperacija, linijski laserski merilnik, skeniranje
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FE - Fakulteta za elektrotehniko
• Leto izida: 2026
• PID: 20.500.12556/RUL-186727
• COBISS.SI-ID: 290470403
• Datum objave v RUL: 04.09.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Robot Trajectory Planning in Real Time Using a Line Laser Sensor

Izvleček

The thesis addresses development of the robotic system for real time trajectory planning of robot manipulator, based on measurements from a line laser sensor. During motion, the system estimates the reference pose, depending on current surface geometry. For that reason the system doesn't require any pre-known surface model. The reference pose is determined so that the tool maintains desired distance from the surface and an orientation normal to the local surface. The system regulates selected degrees of freedom, while the remaining degrees of freedom can be controlled by an operator. Online estimation of the reference pose is determined with estimation of local surface geometry, so that system during motion acquire depth profiles of unknown surface, from which the local cloud point is formed. Using PCA method and geometric relationships, the developed algorythm calculates the manipulator's reference position and orientation. The system supports two different modes for specifying the direction of motion in xy plane. Firsty, direction could be pre-defined and secondly specifying direction with teleoperation, where direction of motion is determined by operator with haptic device. The proposed approach is validated in the IsaacSim simulation environment and implemented on a real robotic system consisting of a Franka Emika Panda manipulator, an Omron line laser sensor, and a Phantom haptic interface. Results demonstrate the proposed approach in the IsaacSim simulation environment and describe the operation of the implemented real robotic system. Next, comparisons between reference and actual trajectories are presented and described for both modes. During reference pose estimation, particular attention is given to measurement noise, which significantly affects real-time reference pose planning. Therefore, control errors were further analyzed with various smoothing parameters. It turns out that an appropriate level of filtering must be determined, since excessive filtering would result in poorer system response to surface variations.

• Ključne besede: Real-time surface following, teleoperation, line laser sensor, scanning