Generazione di traiettoria per un robot industriale basata su considerazioni ergonomiche nell'interazione uomo-robot

In the past few years in the field of industrial robotics a growing attention has been paid to the possibility that humans and robots work directly in touch. The studies on this subject aim at increasing the level of the safety in human-robot interaction, without decreasing the productivity efficiency at the same time. Nevertheless, the direct collaboration between human and robot assumes that all the physical separations between robot and human workspaces have to be removed: this fact could create safety problems for the users. In this context, beyond the safety, a further issue is ergonomics. An adequate ergonomic pose avoids the presence of muscolar and skeleton problems. In the realization of control systems based on constrained optimization, prescribed levels of the human comfort have to be satisfied as well acting on the robot configuration during the task. This thesis was developed with the aim to realize a reactive control system, based on constrained optimization, in order to give more efficiency to the human-robot interaction. In more detail, two different goals can be identified: - the implementation of an algorithm to obtain data from sensors, such that the position of a human worker in the robotic cell can be supervised; - the realization of a reactive control strategy and the integration of a trajectory generation algorithm, whose target is defined by some ergonomics calculations on the acquired sensors information. Finally, the system behaviour and performance are evaluated during the test phase with successfull result both in simulation and on the industrial robot ABB IRB 140.

Negli ultimi anni in ambito industriale si è sviluppato un crescente interesse circa la possibilità che operatori umani e robot possano lavorare a stretto contatto. Gli studi rivolti a queste tematiche puntano a rendere più sicura e naturale l'interazione tra uomo e manipolatore, in modo tale da aumentare il livello di efficienza dei processi produttivi. Tuttavia, la collaborazione diretta dell'utente con la macchina presuppone che le barriere che separano gli spazi di lavoro dedicati ai manipolatori da quelli in cui operano gli utenti debbano essere eliminate, creando possibili problemi in termini di sicurezza. Nel quadro appena descritto, un ulteriore aspetto da tenere in considerazione, oltre alla sicurezza, è l'ergonomia. Assumere una postura ergonomicamente accettabile nel corso di un attività lavorativa evita l'insorgere di problematiche scheletrico-muscolari. Nella realizzazione dei sistemi di controllo basati su un'ottimizzazione vincolata, si devono quindi soddisfare anche gli aspetti di comfort relativi all'operatore, agendo sulla configurazione che il robot assume durante il task. Questo progetto di tesi si propone di realizzare un sistema di controllo reattivo basato su ottimizzazione vincolata per rendere la collaborazione tra uomo e robot più efficiente. Nel dettaglio, si possono identificare due obiettivi fondamentali: - l'implementazione di un algoritmo che acquisisca i dati provenienti da sensori in modo da monitorare la posizione di un utente all'interno della cella robotica; - la realizzazione di una strategia di controllo reattivo e di generazione della traiettoria, il cui target è definito dallo studio ergonomico basato sulle informazioni acquisite dai sensori di cui sopra. Le prestazioni del controllore implementato sono state testate con esiti positivi sia in simulazione che sperimentalmente sul manipolatore industriale ABB IRB 140.