Teleoperating GummiArm with Human Arm Movement

Abstract

Teleoperation is a process where a system or a machine is controlled from distance. It is a widely researched subject that has produced considerable of methods to perform teleoperation. For teleoperation of GummiArm, that is an open-source and 3D printable robot arm, the method has been founded by the writer of this thesis. The idea for this thesis is to find answers for two questions, whether or not this is a reasonable way to implement teleoperation and is there a way to record movement and replay it. This thesis will describe the working process and the performance of teleoperation. This idea was born several years ago, and after succeeding in the first prototype, development wanted to be continued with a real size robot arm. The GummiArm is controlled with Robot Operating System, that is an open-source framework to develop robot software, and information of a human arm movement is gathered with Arduino using potentiometers. The major task to make GummiArm move through teleoperation device is to connect ROS and Arduino. There are introduced relevant features of ROS to control GummiArm and relevant functions and modules of Arduino to gather information from human arm movement. Results are described in the section 6 accompanied by several observations of the problems found during development. Because answers for questions shown above are positive, it is reasonable to continue developing teleoperation device described in this thesis. In the final section there is some pondering about future work for teleoperation device described in this thesis. In addition, there are some descriptions of situations where to use next version of the teleoperation device and what will be the challenge that this device must accomplish at least.

Teleoperaatio on prosessi, missä järjestelmää tai konetta ohjataan etäältä. Se on laajasti tutkittu aihealue, joka on tuottanut lukuisia erilaisia menetelmiä sen toteuttamiseen. Tässä työssä esitetty menetelmä GummiArmin teleoperointiin on tämän kandidaatintyön tekijän itsensä kehittämä. Työn tarkoituksena on löytää vastaus kysymyksiin, onko tämä menetelmä järkevä teleoperaation toteuttamiseen sekä onko mahdollista löytää menetelmä liikkeen taltiointiin ja toistamiseen. Työssä kuvataan menetelmää, kuinka teleoperointilaite rakennetaan kirjoittajan idean pohjalta, joka syntyi pari vuotta sitten. Tätä työtä edelsi ensimmäinen prototyyppi robottikädestä ja sen teleoperoinnista. Onnistuminen ensimmäisen prototyypin ohjauksessa johti haluun toteuttaa seuraava versio aikuisen ihmisen käden kokoisella robottikädellä. Koska GummiArmia ohjataan ROS:lla ja informaatio käden liikkeestä kerätään Arduinolla, tulee tärkein haaste olemaan näiden kahden järjestelmän yhdistäminen. Työssä esitellään GummiArmin ohjaukseen liittyvät oleellisimmat toiminnot ROS:n osalta ja niiden merkitykset. Myös Arduinon ohjelmoinnista esitellään oleelliset funktiot ja moduulit sekä havainnollistetaan koodin rakenne, kuinka tärkeä informaatio saadaan ohjattua kohteeseensa. Toiseksi viimeisessä luvussa on kuvattu työn tulokset. Koska vastaukset yllä esitettyihin kysymyksiin osoittautuivat positiivisiksi, tämän kaltaisen teleoperaatiolaitteen jatkokehitys on kannattavaa. Samalla tähän lukuun on koottu havainnot ongelmista, joita löytyi teleoperointilaitteen rakentamisen aikana sekä pohditaan syitä, mitkä mahdollisesti johtuivat ongelmien ilmentymi-seen. Viimeisessä osiossa on pohdintaa teleoperointilaitteen jatkokehittämisestä. Siinä myös kuvataan tilanteita, mihin seuraavan kehitysversion teleoperointilaitetta voitaisiin käyttää ja mikä tulisi olemaan mahdollinen haaste, minkä kyseisen version täytyisi suorittaa.