Collaborazione uomo-robot per la lavorazione di oggetti ingombranti

Thanks to the recent innovations and studies in the robotic field, in the last years the concept of human-robot interaction has been introduced, specifically the aspect of collaboration. This term refers to the cooperation between the human and the machine, in the industrial context, in order to improve the productivity of the system, facilitating the worker in the heaviest tasks. The advantage of collaboration is to combine the superior cognitive and motor skills of the operator with the physical capabilities of the robots. The aim of this thesis is the development of a control strategy for the robotic manipulator to minimize the fatigue of the human operator during the processing of a bulky object. The robot moves the bulky piece so that the user is always operating close to his ergonomic posture, i.e. the one that minimizes the biomechanical stress of the musculoskeletal system. In this way the risk of developing musculoskeletal disorders related to postures and movements performed in the workplace is minimized. The posture and the movements of the worker are tracked thanks to a visual sensor, from such information it is possible to set the motion speed references to the robot. From the results we can appreciate a substantial reduction of the amplitude of the operator’s movements, without deteriorating the precision with which the user performs the processing. The involvement of a group of people in the experiment showed how this control system is considered to be simple to use, easy to learn, and actually able to reduce the effort in processing.

Grazie alle recenti innovazioni e agli studi in campo robotico, negli ultimi anni è stato introdotto il concetto di interazione uomo-robot, nello specifico la collaborazione. Con questo termine si intende la cooperazione tra l’uomo e la macchina, in contesto industriale, al fine di migliorare la produttività del sistema, agevolando il lavoratore nelle mansioni più faticose. Il vantaggio della collaborazione consiste nell’unire le superiori abilità cognitive e motorie dell’operatore alle capacità fisiche dei robot. Lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di una strategia di controllo del manipolatore robotico per minimizzare l’affaticamento dell’operatore umano durante una lavorazione su un oggetto ingombrante. Il robot muove il pezzo ingombrante cosicché l’utente si trovi ad operare sempre vicino alla sua postura ergonomica, cioè quella che minimizza il sovraccarico biomeccanico dell’apparato muscolo-scheletrico. In questo modo viene minimizzato il rischio di sviluppare disturbi muscolo-scheletrici legati alle posture e ai movimenti eseguiti nel lavoro. La postura e i movimenti dell’uomo vengono tracciati grazie a un sensore visivo, da tali informazioni è possibile dare i riferimenti di velocità di spostamento al robot. Dai risultati ottenuti si può apprezzare un’effettiva riduzione dell’ampiezza dei movimenti dell’operatore, senza che venga deteriorata la precisione con cui l’utente esegue la lavorazione. Il coinvolgimento di un gruppo di persone nell’esperimento ha poi mostrato come questo sistema di controllo venga ritenuto semplice da utilizzare, di facile apprendimento, ed effettivamente in grado di comportare una riduzione dello sforzo nella lavorazione.