Integration of an industrial robot manipulator in ROS to enhance its spatial perception capabilities

Robots without any external sensors are not capable of sensing their environment, often leading to damaging collisions. These collisions could potentially be avoided if the robot had a way to sense its environment in the first place. This thesis attempts to tackle this problem by equipping such a robot with extra sensor hardware for perceiving environmental objects. The robot used within this thesis is a KUKA LBR iiwa 7 R800. The goal is a robot capable of moving in an unseen environment without colliding with obstacles nearby. The research covers different sensor options, robots in cramped areas as well as algorithms and simulation topics. Software platforms and libraries used for the implementation are briefly introduced. Multiple infrared sensors are directly installed onto the robot manipulator. The extra sensors and the robot are integrated into the ROS middleware to create an application capable of sensing the robots’ environment and plan collision-free paths accordingly. The experiments show, that the low amount of available sensor data can not map the robots’ environment with enough detail. Additional problems, such as sensor noise corrupting parts of the generated map or the robot recognizing itself as an obstacle, lead to a negative result in total. In future work, the choice of sensors shall be reconsidered and tested upfront via simulation software.Roboter ohne externe Sensorik sind nicht in der Lage, ihre Umgebung zu erkennen, was oft zu schädlichen Kollisionen fuhren kann. Diese Zusammenstöße könnten durch eine verbesserte Wahrnehmung des Roboters potenziell vermieden werden. Diese Arbeit behandelt die Behebung dieses Problems, indem ein Roboter mit zusätzlichen Sensoren zur Wahrnehmung von nahen Objekten ausgestattet wird. Der in dieser Arbeit verwendete Roboter ist ein KUKA LBR iiwa 7 R800. Ziel ist es, den Roboter durch eine unbekannte Umgebung zu bewegen, ohne dass dieser Zusammenstöße verursacht. Die Recherche ergibt unterschiedliche Sensortypen, beschreibt Anwendungsgebiete von Robotern mit räumlicher Einschränkung und behandelt Themen wie Algorithmik und Simulation. Für die Umsetzung genutzte Software wird ebenso kurz vorgestellt. In dieser Arbeit werden mehrere Infrarotsensoren an dem Roboterarm angebracht. Sowohl Sensoren als auch Roboter werden in die Robot Operating System (ROS) Middleware integriert und es entsteht eine Applikation. Die Applikation ermöglicht es dem Roboter, dessen Umgebung besser wahrzunehmen und Hindernisse in der Pfadplanung zu berücksichtigen. Die Experimente zeigen, dass die geringe Größe an Sensordaten nicht für eine detailierte Abbildung der Umgebung ausreicht. Weitere auftretende Probleme wie falsche Messwerte oder die Identifikation des Roboters selbst führen in Summe zu einem negativen Ergebnis. Für zukünfige Arbeiten sollte daher die Auswahl einzusetzender Sensoren erneut durchdacht, und mithilfe von Simulationen zuvor evaluiert werden