Master's Thesis

Robotic manipulator based on CGA

Final Thesis 1.28 MB Appendix 19.59 kB

Author of thesis: Ing. Marek Stodola, Ph.D.

Acad. year: 2018/2019

Supervisor: doc. Mgr. Jaroslav Hrdina, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Tomáš Salač, Ph.D.

Abstract:

Conformal geometric algebra is defined in the thesis. Representations of geometric objects and possibilities of their geometric transformations are presented. Conformal geometric algebra is applied to the calculation of forward kinematics of a robotic manipulator UR10 from Universal Robots. It is also applied to determine the position of the machine based on the location and rotation of two cameras. Then it is used in an inverse task, where based on records from the two cameras, dimensions of the UR10 manipulator and possibilities of its movement, the mutual position of these cameras is determined. And consequently the possibilities of their location in space. Finally, the derived procedures are implemented in a custom program created in the CluCalc environment, using which a sample example verifying the correctness of these procedures is calculated.

Keywords:

Clifford algebra, conformal geometric algebra, robotic manipulator UR10, forward kinematics, binocular vision, CluCalc

Date of defence

11.06.2019

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s diplomovou prací a odpověděl na otázky oponenta diplomové práce. Vedoucí práce, doc. Hrdina, se zúčastnil obhajoby. Další otázky k obhajobě položili členové komise: Doc. Žák: Jsou to dvě různé úlohy, nebo kamera snímá rameno, jak se pohybuje? Prof. Franců se zeptal, zda různé hodnoty rotace můžou dát stejné polohy bodu. Následovala další diskuse na toto téma.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Mathematical Engineering (M-MAI)

Composition of Committee

prof. RNDr. Zdeněk Pospíšil, Dr. (předseda)
prof. RNDr. Jan Franců, CSc. (místopředseda)
doc. Mgr. Jaroslav Hrdina, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Libor Žák, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Libor Čermák, CSc. (člen)

Supervisor’s report
doc. Mgr. Jaroslav Hrdina, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá řešením problémů pro konkrétní robotický manipulátor UR10. Tato volba nikterak neomezuje teoretický dopad práce, volba manipulátoru znamená jen volbu dílčích parametrů a prvků kinematického řetězce. Z práce je jasné, že autor je schopný diskutovat libovolný manipulátor. Na druhou stranu je přínosné jako dílčí příklad zvolit reálný objekt a pracovat s jeho přesnou specifikací. Jako matematický aparát práce využívá prostředku konformní geometrické algebry (CGA), která je korektně a pečlivě zavedena (kap 1).  Hlavním tématem práce je výpočet geometrie 3D scény binokulárního vidění, na tento problém je zvolený aparát CGA velmi vhodný. Přínosem pak je neustálá diskuze role výskytu klasických Eulerových úhlů ve formulích CGA.  Je více než pravděpodobné, že některé autorem odvozené vzorce budou sloužit při plánovaném řízení UR10 prostředky CGA pro komunikaci s klasickým řídícím software který Eulerovy úhly využívá.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Mgr. Tomáš Salač, Ph.D.

V diplomová práci je ilustrováno použití konformní geometrické algebry (dále jen CGA) na některé problémy robotiky, konkrétně na dopřednou kinematiku robotické ruky, popis kinematiky pomocí snímání dvou kamer a nakonec inverzní úlohy, tj. nalezení polohy kamer. V teoretické části práce je zavedena CGA a je popsáno, jak lze pomocí této algebry reprezentovat základní geometrické objekty jako body, sféry, roviny, kružnice a přímky a zavést geometrické transformace jako posunutí a rotaci. V dalších kapitolách je pak popsáno řešení výše uvedených úloh robotiky. Práce je obecné velice pečlivé a srozumitelné napsaná, ačkoliv i zde se najde několik drobných nepřesností, které jsou uvedeny níže. Student v práci prokázal, že dané problematice rozumí a že je schopen řešit netriviální problémy.

Komentáře:

1) Doporučoval bych odkazovat na konkrétní vétu/definici v dané knize, např. [1,Theorem 1.4] místo jen [1].

2) Ve formuli (1.59) by mélo zřejmé b\'yt 12(c2r2)e.

5) Nemělo by být v poznámce 1.28 vnější místo vnitřní?

4) Strana 23 dole, nemá zde b\'yt πyz=e1+e?
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. 1) Platí poznámka 1.5 vždy nebo je zapotřebí předpokládat néco dal\v sího o X?
  2. 2) Nechybí ve větě 1.20 nějaké silnější předpoklady? Např. pro A=e1e2 a B=e2e3e+e tvrzení (1.35) neplatí.
  3. 3) Závisí operace , v CGA na volbě báze?
Display more

Grade proposed by reviewer: A