Optimal handover positioning for human assistive robotics

From the 90’s to the present day automation has gained more and more space inside industrial processes, and the number of robotic units in the production has grown exponentially. However, robots, are normally confined into specific working areas where the human access is denied during the robot’s movements. A complete separation between human and machine thus exists. Several studies recently analyzed methods to reduce this barrier as much as possible, conjecturing a future in which human and machine will work closely one with each other. The concept of “Human-Robot Interaction” or “Collaborative Robotics”, in which the backbone is the reciprocal help between operator and robot to perform a task, was then introduced. This work naturally fits in this context: a robot control strategy to help the operator during strenuous and unnatural jobs is elaborated. The main idea is to use a robotic arm as a third upper limb for the operator, so that the workpiece is constantly maintained in the most ergonomic working position. In order to set the robot in the proper pose, two visual sensors are used to perform a realtime tracking of the operator position and skeletal points. In this way, it is possible to scale the optimal operator working position based on his/her own physical characteristics. An evaluation of the obtained results is provided through questionnaires submitted to a target population.

Dagli anni '90 ad oggi l'automazione ha assunto un ruolo sempre più rilevante nell'industria manifatturiera e si è assistito a un incremento sempre più marcato di unità robotiche nei processi produttivi. I robot, però, sono sempre confinati in delimitate aree di lavoro dove l'accesso di un operatore è vietato durante il funzionamento del robot stesso. Esiste quindi una netta separazione fra uomo e macchina. Diversi studi hanno analizzato metodi per ridurre il più possibile questa distinzione, ipotizzando un futuro in cui macchine e uomini lavoreranno a stretto contatto le une con gli altri. Si è quindi introdotto il concetto di "Interazione Uomo-Macchina" o “Robotica Collaborativa”, la cui colonna portante è l'aiuto reciproco fra robot e operatore nell'esecuzione di un determinato compito. In questo contesto si inserisce il nostro lavoro; nel quale viene elaborata una strategia di controllo del robot che aiuti l’operatore in compiti faticosi ed eseguiti in posizioni non naturali. L’idea fondamentale è di utilizzare un braccio robotico come un terzo arto per l’operatore, facendo sì che il pezzo su cui si effettuano le lavorazioni si trovi sempre nel punto più ergonomico per l’addetto. Affinché il robot possa essere posizionato nella posa corretta, vengono utilizzati due sensori visivi, in modo da monitorare in tempo reale la posizione dei punti scheletali dell’operatore. In questo modo è possibile scalare la posa ottima dell’operatore in base alle sue caratteristiche fisiche. I risultati ottenuti sono poi valutati tramite un questionario sottoposto ad una popolazione campione.