Dissertation: a work Piece bases Approach for Programming Cooperating Industrial Robots

Figure 6.3: Screenshot of the PuppetMaster4D software environment
87

---

6 Software Environment
and type of signals exchanged between external devices and the software
environment. An update of this file in run-time will automatically refresh the
Signal Matrix to exhibit the changes in signals belonging to those devices
i.e. I
/O ports.
Manual input
The manual input is a dynamically defined window, with which the user can
manually type in required posture data in the global coordinate system. It is
considered a source, thus has no inputs.
Monitor
The monitor is a dynamically defined window, with which the user can
monitor the posture of an object in the global coordinate system. Hence it
functions as a scope to display values in run-time. It is considered a sink,
thus has no outputs.
Object I
/O
This is a static window displaying all the inputs
/outputs pertaining to all
graphical objects defined in the environment. The definition thereof comes
directly from the XML environment file loaded at the beginning. The user is
also allowed to change the parameters of the joints (maximum and minimum
values) and
/or enable and disable position controllers pertaining to specific
objects.
Settings window
The settings window is used for saving and activating a group of signal
configurations. The settings could represent a group of connections for
related actions, for instance the third phase in an assembly operation.
WiiMot settings
This is the graphical interface to the WiiMot which is connected to the
software via Bluetooth. The WiiMot can be used as a remote control utilizing
the divers buttons on it, or an input positioning device through its infrared
position sensing capability in 3 DOF and its gravitational rotation sensor
only in 2 DOF.
Falcon settings
This is the graphical interface to the Falcon haptic device which is connected
to the environment via USB. The Falcon is a haptic device which could
display forces in all three directions while simultaneously sending the posi-
tion data. The forces displayed on it are not limited by the forces from the
dynamic
/haptic thread, but can also be read from an external device.
Digital I
/O
This window is the graphical interface to a digital I
/O relay card which is
connected via USB to the PC. Since the card can only process digital signals
88

---

6.4 Signal management
it sends and receives boolean signals. Such a device is conveniently used to
interface process-specific accessories e.g. grippers.
Figure 6.3 shows a screenshot of the software displaying all the components defined in
run-time for a cooperating robot application. The components are [1] Manual Inputs, [2.a]
Recorders, [2.b] Channel Editor in a recorder, [3] HMI (Novint FALCON and Nintendo
WiiMot), [4] Graphical views, [5.a] Signal Matrix, [5.b] Switch-boxes derived from the
signal matrix, [5.c] Object signal I
/O linked to the signal matrix, [6] Monitors, [7] External
communication through UDP
/IP, [8] Saved configurations for the signal matrix.
6.4 Signal management
6.4.1 Transparency prerequisite
As a requirement of any signal management scheme, transparency has to be ensured.
Transparency in this sense means that at any arbitrary time during operation, the operator
has access to all measured, observed or fed signals. In this regard, signals denote any
values that are imperative for control (at any level) of the system. To do this, one must
start by identifying the major signals in a robotic work-cell and accordingly design the
signal scheme bearing in mind the latter prerequisite.
Position (r)
This signal consists of 3 double values that indicate the position of a
body w.r.t the world coordinate system.
Rotation (
θ)
This signal denotes the rotation of a body w.r.t the world coordinate
system in the form of a rotation matrix requiring 9 double values.
Boolean (B)
This signal can take on true
/false values. It is mainly used to trigger
or enable certain functionalities in a digital control manner.
Force (F)
This signal consists of 3 double values that indicate the force acting
at the body’s center of gravity w.r.t the world coordinate system. This
vector could be generated from the dynamic simulation of bodies or
as real values from an FTS attached to the real objects. This also
applies to the torque signal.
Torque (
τ)
This signal consists of 3 double values that indicate the torque at the
body’s center of gravity w.r.t the world coordinate system.
The latter signals can be easily expanded to include other time dependent or independent
values specific to a class of devices e.g. laser sensors or multi-port pneumatic grippers.
89

---

6 Software Environment
6.4.2 Signal management scheme
Based on the transparency prerequisite and the decision to use the Qt framework for user-
interface functionalities, a concept for sophisticated signal management was developed.
Thus ensuring an expandable and bi-directional information flow between all components
of the system. At its core the scheme employs the signals and slots concept from Qt (Nokia
2011a). Two objects were built upon this concept, namely; emitters and receivers.
Emitters are a generic class representing outgoing signals from a component, hence it maps
an output port for a specific type of signal. Receivers on the other hand represent incoming
signals and therefore map an input port. By default, an emitter can be connected only to
a receiver from its own signal type
1
. Built-in error detection prevents illegal connections
which could result in false or unintended signal exchanges. Each component is assigned
a number of emitters and
/or receivers according to its function. They are either
embedded in the definition of the component or are dynamically defined in run-time with
the environment definition. Table 6.1 shows the components and their corresponding
emitter and receiver ports.
Component
Emitters
Receivers
Dynamic
/Static
User-defined
UDP Connection