Haptic-Based Teleoperation of Robots
Laen...
Kuupäev
Autorid
Ajakirja pealkiri
Ajakirja ISSN
Köite pealkiri
Kirjastaja
Tartu Ülikool
Abstrakt
This thesis has been developed at Tekniker, a technological research center located in the Basque
Country, as part of the Autopilot project, which is focused on designing a robotic system to assist
in surgical applications. The objective is to enable safe and intuitive teleoperation through
a combination of force feedback and precise motion control.
The work presents the development and implementation of a bilateral robot teleoperation system
with haptic feedback using a PLC-based external control architecture. The system integrates key
components such as a robotic manipulator, a simulated haptic device (Omega.7), force sensing,
and real-time communication. A non-deterministic communication protocol (ADS and UDP)
is used to enable data exchange between the haptic device and the robot controller via a PLC.
The first milestone was the successful teleoperation of the robot using the haptic device simulation
as a master interface, enabling smooth and accurate control of the slave manipulator.
Once this was achieved, the integration of force feedback was addressed to close the bilateral
control loop. Experimental results confirmed that force data is correctly acquired, processed,
and scaled to provide realistic haptic sensations to the operator. Communication latency was
identified as a critical factor affecting system stability and was successfully mitigated through
protocol optimization and task scheduling. The overall system proved to be robust, modular,
and adaptable.
The architecture is fully prepared for the integration of the physical Omega.7 device and is intended
to be tested in realistic environments in future work, with potential applications in areas
such as surgical simulation or remote robotic manipulation
Kirjeldus
Käesolev magistritöö on koostatud Tehniker keskuses, mis on Baskimaal asuv tehnoloogiauuringute keskus, ning see kuulub Autopilot-projekti koosseisu. Projekti eesmärk on luua robotsüsteem kirurgiliste rakenduste toetamiseks. Eesmärgiks on võimaldada ohutu ja intuitiivne teleoperatsioon haptilise tagasiside ja täpse liikumise juhtimise kombinatsiooni abil.
Töö kirjeldab kahepoolse teleoperatsioonisüsteemi arendamist ja juurutamist haptilise tagasisidega, kasutades programmeeritaval loogikakontrolleril (PLC) põhinevat juhtimisarhitektuuri. Süsteem integreerib võtmekomponendid, nagu robotmanipulaator, haptilise liidese seade (Omega.7), jõumõõtmine ja reaalaja suhtlus. Haptilise seadme ja roboti juhtkontrolleri vaheline andmevahetus toimub mitteterministliku suhtlusprotokolli (ADS ja UDP) kaudu PLC abil.
Esimene oluline saavutatud tulemus oli roboti edukas teleoperaatorjuhtimine haptilise seadme abil, mis võimaldas manipulaatori sujuvat ja täpset juhtimist. Pärast seda keskenduti jõutagasiside integreerimisele, et sulgeda kahepoolne juhtimisahel.
Eksperimentaalsed tulemused kinnitasid, et jõuandmed omandatakse, töödeldakse ja skaleeritakse korrektselt, et pakkuda operaatorile realistlikku haptilist tunnetust. Kommunikatsiooni latentsus osutus kriitiliseks teguriks süsteemi stabiilsuse seisukohalt ning see leevendati edukalt protokolli optimeerimise ja ülesannete ajastamise kaudu. Üldine süsteem osutus töökindlaks, modulaarseks ja kohandatavaks.
Süsteemi arhitektuur on täielikult valmis füüsilise Omega.7 seadme integreerimiseks ning on kavandatud katsetamiseks realistlikes tingimustes tulevikus, potentsiaalsete rakendustega kirurgilise simulatsiooni või kaugjuhitava roboti manipuleerimise valdkondades.
Märksõnad
teleoperation, haptics, robotics, industrial PC, force feedback, real-time control, determinism, communication