Development of a food preparing robot

In the world of the food industry, the foodservice sector is looking for new means to re spond to increased consumer demand by expanding their offer. In this context, robotics can provide an affordable, flexible and reliable solution to increase productivity and repro ducibility. The goal of this thesis is to demonstrate the utility of a collaborative robotic arm in assisting chefs with food preparation. In particular, emphasis has been placed on proposing a solution that sits between hyper-specialized, but less flexible industrial solu tions, and innovative solutions from research labs, that lack the robustness required to operate in a professional environment. The answer is provided with the use of a collabo rative robot, and the approach has been validated with the preparation of a simple recipe. Nevertheless, solution validity does not lose generality, assuring that the flexibility and ef fectiveness required for the preparation of other recipes is maintained. To this end, a local database of versatile robot movements (primitives) to handle different foods is defined. These movements, learned by the robot through kinaesthetic teaching, can be used for other recipes that require similar ingredients and operations. The workspace is defined as a semi-static, in which there is prior knowledge of the available containers, though their position may vary in the workspace. Therefore, the use of algorithms for estimat ing the pose of the objects present in the scene by means of computer-vision algorithms has been introduced to allow dynamic high-level planning of the robot’s tasks. Finally, custom computer vision algorithms have been developed to translate images provided by a wrist-mounted camera into a valuable visual feedback during the robot operation, to allow the robot to correctly pick up the ingredients used in the recipe when their level changes inside the containers.

Nel mondo dell’industria alimentare, il settore del foodservice sta cercando nuovi mezzi per rispondere all’aumento della domanda dei consumatori espandendo la propria offerta. In questo contesto, la robotica può fornire una soluzione economica, flessibile e affidabile per aumentare la produttività e la riproducibilità. L’obiettivo di questa tesi è di dimostrare l’utilità di un braccio robotico collaborativo nell’assistere gli chef nella preparazione del cibo. In particolare, l’enfasi è stata posta nel proporre una soluzione che si colloca tra le soluzioni industriali iper-specializzate, ma meno flessibili e le soluzioni innovative dei laboratori di ricerca, che non hanno la robustezza necessaria per operare in un ambiente professionale. La risposta è fornita con l’uso di un robot collaborativo, e l’approccio è stato validato con la preparazione di una semplice ricetta. Tuttavia, la validità della soluzione non perde generalità, assicurando la flessibilità e l’efficacia necessaria per la preparazione di altre ricette. Per questo scopo, viene definito un database locale di movimenti per il robot (primitive) per manipolare diversi ingredienti. Questi movimenti, appresi dal robot attraverso l’insegnamento cinestetico, possono essere utilizzati per altre ricette che richiedono ingredienti e operazioni simili. Lo spazio di lavoro è definito come semi-statico, in cui è presente una conoscenza preliminare dei contenitori disponibili, anche se la loro posizione può variare nello spazio di lavoro. Pertanto, l’uso di algoritmi per stimare la posa degli oggetti presenti nella scena per mezzo di algoritmi di computer-vision è stato introdotto per consentire una pianificazione dinamica ad alto livello dei compiti del robot. Infine, sono stati sviluppati algoritmi di computer-vision per tradurre le immagini fornite da una telecamera montata sul polso del robot in un utile feedback visivo durante le oper azioni del robot, per consentire di raccogliere correttamente gli ingredienti utilizzati nella ricetta quando il loro livello cambia all’interno dei contenitori.