Progetto e simulazione di un generatore di traiettorie on-line per attività di grasping di un manipolatore robotico

The available technology allows to equip robotic systems with sensors that amplify their perceptive abilities of the surrounding environment. This new information must be suitably elaborated in order to keep the precision, reliability and speed features that characterize manipulators' systems. In the industrial field the trend is to «humanize» robots' behavior in a way that they can be adapted to various situations and conditions, for example when we want to grasp a moving object without any a priori information about its movements. The goal of this thesis is to design an on-line trajectory generator based on non linear filtering techniques taking advantage of visual measurements provided by the Kinect camera. This is in order to allow the end-effector to reach the object's position in the working space at a certain speed and to keep the relative velocity between them as close as possible to zero. Algorithms for detection, tracking and recognition of an object in an image are presented and the trajectory generator is designed. Their behavior and their performance are tested with several Matlab and Simulink simulations. A system that can be used to equip an existing controller is then achieved; it is able to generate at every control cycle the reference joint variables that allow to reach the objective position at its own velocity. Moreover adequate performances has been achieved also when complex trajectories, where movement and velocity predictions are difficult to obtain, are tracked.

La tecnologia che abbiamo a disposizione permette di equipaggiare sistemi robotici con sensori che ne amplifichino la capacità di percezione dell'ambiente circostante. Occorre però gestire in maniera consona queste nuove informazioni in modo da mantenere le proprietà di precisione, affidabilità e velocità che caratterizzano i sistemi robotici. In campo industriale si cerca quindi di «umanizzare» il comportamento dei manipolatori in modo che questi si possano adattare a diverse situazioni e condizioni, come nel caso in cui si voglia afferrare un oggetto in movimento senza avere nessuna informazione a priori riguardante il suo movimento. Lo scopo di questa tesi è il progetto di un generatore di traiettorie on-line basato su tecniche di filtraggio non lineare, sfruttando misurazioni ottiche ottenute attraverso il Kinect, in modo che l'end-effector di un manipolatore riesca ad affiancarsi all'oggetto in movimento nello spazio di lavoro per poi mantenere nulla la velocità relativa tra i due. Sono presentati quindi gli algoritmi per il riconoscimento e l'inseguimento di oggetti ripresi dalla videocamera ed il generatore di traiettoria. Il loro comportamento e le loro prestazioni sono state testate attraverso diverse simulazioni. Si ottiene quindi un sistema che può essere usato per equipaggiare un controllore pre-esistente e che è in grado di generare ad ogni tempo di ciclo le variabili di giunto di riferimento che consentono di raggiungere la posizione dell'obiettivo alla sua stessa velocità. Inoltre si ottengono prestazioni accettabili anche nell'inseguimento di traiettorie complesse in cui la velocità è difficilmente prevedibile.