Trajectory optimization for collaborative robotics applications

Today, the field of collaborative robotics is undergoing considerable development. A growing demand for new installations has gone hand in hand with an increasing focus on safety and comfort of the operator that works with the cobot. This thesis aims at developing an effective and repeatable method for offline optimization of a cobot’s trajectory before its actual deployment in a work cell. The trajectory is optimized with respect to its execution time and the safety of the operator but also avoiding any obstacles in the path. The data on the position of the operator are collected beforehand in an acquisition phase with the help of a virtual reality device. This is linked to the idea of virtual commissioning, i.e. the development of the entire work cell in simulation before it is deployed in industry. Three different methods were developed to set the robot’s speed as a function of distance from the operator. Finally, performance indexes and experiments with the coexistence of an operator and a collaborative robot were used to compare and analyse the results obtained.

Il settore della robotica collaborativa sta vivendo un considerevole sviluppo. Una crescente domanda di nuove installazioni è andata di pari passo con una crescente attenzione alla sicurezza e al comfort dell'operatore che lavora con il cobot. Questa tesi mira a sviluppare un metodo efficace e ripetibile per l'ottimizzazione offline della traiettoria di un cobot prima del suo effettivo impiego in una cella di lavoro. La traiettoria viene ottimizzata rispetto al tempo di esecuzione e alla sicurezza dell'operatore, cercando allo stesso tempo di evitare eventuali ostacoli nel percorso. I dati sulla posizione dell'operatore sono stati raccolti in anticipo avvalendosi della realtà virtuale. Tutto ciò si collega all'idea di virtual commissioning, vale a dire lo sviluppo dell'intera cella di lavoro in simulazione prima dell'effettiva implementazione. Sono stati sviluppati tre metodi diversi per impostare la velocità del cobot in funzione della distanza dall'operatore. Infine, sono state eseguite delle prove sperimentali che vedevano la compresenza del cobot insieme all'operatore. I dati rilevati, insieme a degli indici appositamente definiti, sono stati utilizzati per confrontare e analizzare i risultati ottenuti.