Generazione del moto con sensori di visione per un manipolatore robotico a due bracci parzialmente teleoperato

Thanks to the technological enhancement of the last decades machine computational power exhibited a large improvement, especially in data processing. Such an event encouraged the adoption of vision based control techniques (i.e. Visual Servoing), notoriously computationally intensive, in a wide range of robotic applications. Although these schemes can improve the robustness of the overall system, visibility losses issues lead them to fail. The teleoperation field took advantage of camera's information, offering a way to remotely command the robot. Researchers paid attention mainly to standard setups which allow simplifying the interaction with the user, such as eye to hand or eye in hand configurations. The goal of this thesis is to provide a flexible robotic solution on a dual arm robot, one equipped with a camera and the other in charge of executing user's requests. We aim at helping the operator during its task ensuring a good point of view of the scene. Specifically, we investigate how to convert into an acceleration-resolved quadratic optimization problem the Visual Servoing techniques. Such a framework allows handling constraints by defining suitable inequalities and real-time sensor data. We mainly focus on the occlusion avoidance issue and its consequences in a teleoperated system. To this aim, we provide an innovative solution capable of taking into account the convexed shape of an object that causes the loss of visibility. Furthermore, we derive a set of image features from the Visual Servoing world guaranteeing an easily understood behavior of the system. Simulation techniques and experimental tests on the ABB FRIDA dual arm robot show the benefits and the validity of the overall scheme.

Grazie allo sviluppo tecnologico degli ultimi anni, le capacità di calcolo delle macchine predisposte all'elaborazione dei dati sono enormemente aumentate. Questo ha consentito la diffusione delle tecniche di controllo basate su sensori visivi (Visual Servoing), che notoriamente richiedono elevate capacità computazionali, in una vasta gamma di applicazioni robotiche. Sebbene questi schemi offrano discrete proprietà di robustezza, si rendono del tutto inefficaci in caso di mancata visibilità per problemi di occlusione delle quantità di interesse. L'uso di informazioni provenienti da telecamere ha conseguito particolare diffusione nel settore della teleoperazione, dove l'utente fruisce delle immagini per impartire comandi da remoto al robot. In questo scenario, sono state analizzate principalmente configurazioni tali da rendere l'interazione con l'operatore estremamente semplice, quali ad esempio il montaggio della telecamera su postazioni fisse o in corrispondenza del terminale del braccio teleoperato. L'obiettivo della presente tesi consiste nel proporre una soluzione robotica flessibile su un manipolatore a due bracci, uno dotato di telecamera l'altro teleoperato. Lo scopo è di coadiuvare l'operatore nell'adempimento della propria mansione garantendo sempre un buon punto di vista della scena. In particolare, si mostra come riformulare le tecniche di controllo Visual Servoing attraverso un problema di ottimizzazione quadratica risolto in accelerazione. L'approccio presentato consente l'uso dei dati raccolti in tempo reale dal sensore e l'introduzione di vincoli sotto forma di disuguaglianze. Particolare attenzione è posta sul problema dell'occlusione e delle conseguenze che ne derivano in un contesto di teleoperazione. A questo proposito si avanza una soluzione innovativa in grado di considerare l'intera sagoma dell'oggetto convesso che causa la perdita di visibilità. Si propone anche un insieme di specifiche per il problema di Visual Servoing al fine di offrire un comportamento del sistema intuitivo per l'operatore. La validità del metodo proposto viene anzitutto testata su un simulatore e successivamente sul manipolatore a due bracci ABB FRIDA.