Integrating grasp planning with a Safety Index for robotic handover applications

Human-robot interaction is a fundamental aspect of collaborative robotics. Robotic systems are designed with the purpose of interacting with humans in several environments and contexts. The handover is a particular operation belonging to the framework of human-robot interaction and has been studied deeply in the last years. In particular, a large part of the literature focused on the aspects related to grasp planning, defining algorithms to realize the handover. Considering the close interaction during the handover, one of its fundamental characteristics is safety, which must be taken into account in the selection of the grasp. This thesis has the purpose of integrating an existing grasp planning algorithm with a measurement of safety, defining the Safety Index. The Safety Index is based on the concept of kinetostatic safety field and measures the distance of the whole robot from the operator. An RGB-D camera has been used along with vision algorithms to detect the object and hand positions, needed for the computation of the safety index. The grasp planning algorithm has been tested with real experiments on a collaborative robot proving its robustness and reliability and, hence, its feasibility in object handover.

L'interazione tra uomo e robot è un aspetto fondamentale della robotica collaborativa. I sistemi robotici sono progettati con lo scopo di interagire con l'uomo in diversi ambienti e contesti. Il passaggio di un oggetto è un'operazione fondamentale nell'ambito dell'interazione uomo-robot ed è stato studiato in modo approfondito negli ultimi anni. In particolare, una larga parte della letteratura si è concentrata sugli aspetti relativi alla pianificazione di presa, definendo algoritmi per realizzare il passaggio dell'oggetto. Considerando la stretta interazione che ha luogo durante il passaggio di un oggetto, una delle sue caratteristiche fondamentali è la sicurezza, che deve essere presa in considerazione nella selezione della presa. Questa tesi ha lo scopo di integrare un algoritmo di pianificazione di presa esistente con una misura della sicurezza, definendo il Safety Index. Il Safety Index si basa sul concetto di kinetostatic safety field e dipende dalla distanza di tutto il robot dall'operatore. Una telecamera RGB-D è stata usata, insieme a degli algoritmi di visione, per tracciare le posizioni dell'oggetto e della mano, necessarie per il calcolo del Safety Index. L'algoritmo di pianificazione della presa è stato testato con esperimenti su un robot collaborativo provando la sua robustezza e affidabilità e, quindi, la sua realizzabilità nel passaggio di oggetti.