Cable connectors state estimation and manipulation for robotic bin picking

In the last decades, industrial robotics, particularly in the collaborative version, has experienced an increasing growth, which is mainly due to the necessity of reducing the number of repetitive operations carried out by the workers. However, the manipulation of deformable linear objects (DLO) is still an unsolved criticality, both for the issues encountered in defining their state in global terms and for the difficulty in finding a model capable of catching their main characteristics without an excessive increase in complexity. This thesis work presents a vision-based method for the pose detection of the connectors belonging to an unknown number of cables present in the image, determining their state even in cases of occlusion. The connectors identified as free can be hence grasped and manipulated by a robot. In particular, a dual-arm robot is programmed to exploit the information outputted from the implemented vision algorithms, grasp the connectors and extract cables from the box in order to position them on a plane in the next passage. A subsequent association between the terminals and the wires allows to robustly grip a desired cable that can be manipulated and inserted in a fixture. These two tasks can be combined to perform a wire-harness operation: once the desired amounts of cables have been extracted and inserted in the supports, a human operator can bundle them together, creating a wire harness.

Negli ultimi decenni, la robotica industriale, in particolare la sua versione collaborativa, ha subito uno sviluppo crescente, dettato principalmente dalla necessità di ridurre il numero di operazioni ripetitive compiute dagli esseri umani. Tuttavia, la manipolazione di oggetti lineari deformabili (DLO) rimane una criticità irrisolta, sia a causa delle difficoltà nella definizione dello stato in termini globali, sia per la difficoltà di trovare un modello che ne colga le caratteristiche, senza un eccessivo aumento di complessità. Questa tesi presenta una procedura basata su sistemi di visione per l’identificazione della posa di connettori appartenenti a un dato numero di cavi presenti in un’immagine, determinandone lo stato ed il livello di occlusione. i terminali identificati come liberi possono pertanto essere afferrati e manipolati da un robot. In particolare, viene adottato un robot a due braccia e, sulla base di informazioni restituite dagli algoritmi di visione, i terminali vengono afferrati ed i cavi sono estratti dalla scatola al fine di essere posizionati su di un tavolo nella fase seguente. Una successiva associazione tra terminali e cavi permette di afferrare in modo robusto un cavo che viene inserito in un sistema di supporti. Queste due operazioni possono essere combinate al fine di realizzare una complessa operazione di assemblaggio cavi: una volta che il numero di cavi desiderato è stato estratto ed inserito nei supporti, il compito di unirli insieme è affidato ad un opeartore umano.