Model-based offline planning for dual-arm robotic manipulation of deformable linear objects

The increasing presence of automated systems in industrial frameworks makes the development of fully automatized processes more and more necessary, in order to improve cycle time of single task and optimize the global production. The manipulation of deformable linear objects (DLOs), such as wires, cables and tubes, represents the most difficult aspect to be automatized, due to the complex behaviours introduced by this kind of objects. For these reasons, the manipulation of DLOs, required in several industrial applications, is today entirely performed by human operators, involving alienating and time consuming operations. This thesis proposes a model-based offline planning for a dual-arm robotic manipulation of a deformable linear object. The aim is to bring the DLO from an initial configuration, to a final one. A mass-spring dynamical model is exploited in order to perform optimization and simulation, and an additional Young's modulus estimation stage provides information related to the stiffness of the cable, managing to properly handle several deformable linear objects, with different mechanical properties. Experiments are performed to validate the proposed method, obtaining good results that prove robustness of the planner to several DLOs brought in different final configuration. In addition a wire harness assembly operation is performed by exploiting the planning algorithm developed in this work.

L'aumento della presenza di sistemi automatizzati nel settore industriale porta all'esigenza sempre più spinta di sviluppare processi totalmente automatici, in modo da diminuire i tempi di ciclo delle singole operazioni e di ottimizzare la produzione totale. La manipolazione di oggetti deformabili lineari (DLOs), come cavi e tubi, rappresenta l'aspetto più difficile in questo contesto, a causa delle complesse proprietà associate a questo tipo di oggetti. Per questo motivo, la manipolazione di DLO, necessaria in diverse realtà industriali, è al giorno d'oggi interamente eseguita da operatori, spezzando la catena di operazioni automatiche e introducendo tempi di attesa. Questa tesi propone un metodo per pianificare la manipolazione di un oggetto deformabile lineare tramite un robot a due braccia. L'obiettivo è di portare un cavo da una configurazione iniziale ad una finale. Si utilizza un modello dinamico massa-molla integrato nella fase di ottimizzazione e simulazione, inoltre si implementa una fase di stima del modulo di Young, in modo da ottenere informazioni riguardo la rigidezza associata al cavo. In questo modo è possibile eseguire la pianificazione per vari DLO con diverse proprietà meccaniche. Per convalidare la metodologia vengono eseguiti degli esperimenti finali , che mostrano buoni risultati e robustezza per diversi tipi di DLO portati in diverse configurazioni. Inoltre viene eseguita un'operazione di cablaggio, sfruttando l'algoritmo di pianificazione sviluppato in questo lavoro.