Human-robot collaboration simulation in virtual reality with multiple configurations

Human-Robot Collaborative (HRC) applications are becoming increasingly more popular in the industry to address the new demand profile. Therefore, the design of these kinds of systems are becoming a primary concern. Because of the new challenges in terms of safety and optimization introduced by these systems, a way to efficiently simulate them is required to conduct tests on them. While virtual simulations are a solution, the examples in literature require a considerable amount of work to configure and usually only work for the specific setup they were configured for. The aim of the project is to address this issue by creating a virtual environment which can simulate multiple HRC applications with varying robot arms and end effectors. To ensure that the system is able to simulate different types of HRC applications, two different robot models and three different end effector models are used. Both of the robots are connected with all of the available end effectors resulting with six different configurations. These configurations vary in geometry and complexity. They also differ in terms of application type because one of the end effectors tested is a gripper which performed a pick and place operation while others are welding torches performing welding operations. The system is configurated using ROS and Unity software together by connecting them with available packages. Moveit motion planner is the main reason ROS is used as this package is used to calculate the trajectory of the robot movement. Unity was preferred because it has a vast library of packages and integrated tools which can be used to create virtual simulations. The system is also integrated with virtual reality (VR) equipment to make the simulation of the human operator more immersive. Steam VR package was preferred during this integration because it makes development simpler and works with multiple different VR headsets. The resulting system can simulate the six default configurations and the report also contains a guide explaining how to add new robots or to end effectors to the system. This system can be used to create virtual simulations with minimal effort, allowing the simulators to allocate more time for testing.

Le applicazioni di collaborazione uomo-robot (HRC) stanno diventando sempre più popolari nel settore per soddisfare il nuovo profilo della domanda. Pertanto, la progettazione di questo tipo di sistemi sta diventando una preoccupazione primaria. A causa delle nuove sfide in termini di sicurezza e ottimizzazione introdotte da questi sistemi, è necessario un modo per simularli in modo efficiente per condurre test su di essi. Sebbene le simulazioni virtuali siano una soluzione, gli esempi in letteratura richiedono una notevole quantità di lavoro per la configurazione e di solito funzionano solo per la configurazione specifica per cui sono stati configurati. Lo scopo del progetto è affrontare questo problema creando un ambiente virtuale in grado di simulare più applicazioni HRC con diversi bracci robotici ed effettori finali. Per garantire che il sistema sia in grado di simulare diversi tipi di applicazioni HRC, vengono utilizzati due diversi modelli di robot e tre diversi modelli di effettori finali. Entrambi i robot sono collegati con tutti gli effettori finali disponibili risultando con sei diverse configurazioni. Queste configurazioni variano in geometria e complessità. Differiscono anche in termini di tipo di applicazione perché uno degli effettori finali testati è una pinza che ha eseguito un'operazione di presa e posizionamento mentre altri sono torce di saldatura che eseguono operazioni di saldatura. Il sistema viene configurato utilizzando il software ROS e Unity insieme collegandoli con i pacchetti disponibili. Moveit motion planner è il motivo principale per cui viene utilizzato ROS poiché questo pacchetto viene utilizzato per calcolare la traiettoria del movimento del robot. Unity è stato preferito perché ha una vasta libreria di pacchetti e strumenti integrati che possono essere utilizzati per creare simulazioni virtuali. Il sistema è inoltre integrato con apparecchiature di realtà virtuale (VR) per rendere più immersiva la simulazione dell'operatore umano. Il pacchetto Steam VR è stato preferito durante questa integrazione perché semplifica lo sviluppo e funziona con più visori VR diversi. Il sistema risultante può simulare le sei configurazioni predefinite e il report contiene anche una guida che spiega come aggiungere nuovi robot o come effettori finali al sistema. Questo sistema può essere utilizzato per creare simulazioni virtuali con il minimo sforzo, consentendo ai simulatori di allocare più tempo per i test.