The Development of Robot Work Cell Operations and the Creation of Student Exercises

Abstract

Savonia University of Applied Sciences acquired a robot work cell for educational use in 2006. The work cell is equipped with a small articulated arm robot and a machine vision system. Excluding some final projects, the work cell has not been used very much by students because there has been only few suitable exercises. Also, the absolute position encoder data had been lost so the robot has been completely out of use.

This thesis had three distinct goals. First, the robot's position encoder batteries had to be replaced and the coordinate system recalibrated in order to get the robot working. The main object of this project was to create student exercises about the work cell to be used in robotics courses. Additional development of the more versatile operations of the work cell was also desired. It was also aimed at utilizing the web cameras in a better way. During the study, three additional goals were set. The first new subproject was TicTacToe, the traditional pencil-and-paper game played against the robot on the Internet. The idea was that Savonia UAS could use the game for exhibit purposes. The second project was the structural modification of the work cell. It included relocating of the grayscale camera and replacing of the additional axis with a new worktop. The third additional goal was to create a demonstration to be shown to the visitors.

All the goals were achieved. The batteries were changed successfully. The robot origin data was recorded using the mechanical stopper method. Total of 20 exercises and the necessary instructions were gathered into a handout. The development of the robot cell included both structural modifications and new software for connecting the PC to the work cell in local or remote control purposes. A new, solid worktop was built above the additional axis operated turntable and the grayscale machine vision camera was relocated to the ceiling above the table. A viewing software was written for the web cameras in the work cell. The TicTacToe game was tested in the local network and verified operational. A user-friendly demonstration was programmed to show the features of the robot work cell using a display installed to the display stand.

Savonia-ammattikorkeakoulun Varkauden yksikköön hankittiin konenäöllä varustettu robottisolu vuonna 2006. Päättötöitä lukuunottamatta sitä ei juurikaan ole käytetty opetuksessa, koska oppilaskäyttöön soveltuvia harjoituksia on ollut hyvin vähän. Lisäksi robotin nivelten paikoitustiedot olivat kadonneet varmistusparistojen loputtua.

Tällä työllä oli kolme tavoitetta. Työn pääasiallisena tavoitteena oli kehittää lisää oppilasharjoituksia robotiikan kursseja varten. Ennen robotin käyttöönottoa sen paristot täytyi vaihtaa ja koordinaatisto uudelleenkalibroida. Kolmantena tavoitteena oli kehittää robottisolun toimintoja monipuolisemmiksi ja ottaa solussa olevat kaksi web-kameraa käyttöön.

Työn aikana asetettiin myös kolme lisätavoitetta. Ensimmäinen oli TicTacToe, perinteisen ristinollapelin robottia vastaan pelattava verkkopeliversio. Ideana oli, että Savoniaammattikorkeakoulun Varkauden yksikkö voisi käyttää peliä esittelytarkoituksessa. Toinen tavoite oli robottisolun rakenteellinen muutos, joka sisälsi harmaasävykameran siirron hyödyllisempään paikkaan ja lisäakselilla varustetun pöydän korvaamisen uudella työtasolla. Kolmantena tavoitteena oli kehittää robottisolun toimintoja havainnollistava esitys, jota voitaisiin esitellä vierailijoille.

Kaikki asetetut tavoitteet saavutettiin. Paristojen vaihto onnistui. Koordinaatiston uudelleenkalibrointi suoritettiin käyttäen menetelmää, jossa akselit käännettiin mekaanisesti rajoitettuihin ääripisteisiinsä. Oppilasharjoituksia kehitettiin kaikkiaan 20 ja niistä koottiin harjoitusmoniste yhdessä niihin liittyvien ohjeiden kanssa. Robottisolun toimintojen kehittäminen sisälsi rakenteellisen muutoksen ja uutta ohjelmistoa PC:n liittämiseksi robottisoluun paikallisesti tai etäohjatusti. Uusi kiinteästi asennettu työtaso rakennettiin lisäakselilla ohjatun kääntyvän pöydän yläpuolelle ja harmaasävykamera siirrettiin kattoon uuden työtason yläpuolelle. Web-kameroille kirjoitettiin uusi katseluohjelma. TicTacToe-peliä kokeiltiin lähiverkossa ja se todettiin toimivaksi, joskin lisätestaamista vaativaksi. Robottisolulle ohjelmoitiin helppokäyttöinen demonstraatioohjelma, joka esittelee robottisolun toimintoja käänneltävään telineeseen sijoitetulta näytöltä.