Parameterization of robotic welding trajectories from a demonstration

The rise of mass customization in the industrial scenario is leading to the necessity of important cooperation between humans and robots. In this context, the ability to program the robot easily, quickly, and reliably is bringing new programming frameworks, like the so-called Programming By Demonstration (PbD). PbD requires the extraction from demonstration of suitable skill parameters, for the execution of the task, but its deployment in industrial scenarios presents a series of drawbacks. In fact, the selection of the movements of the robot is defined by the operator through suitable interfaces, provided by robot manufacturers. The operator will define the specific robot movements saving waypoints, while the robot is moved in freedrive. As a consequence, a robot program is automatically generated. Anyway, the robot program is constrained to the position and orientation of the objects on the scene when the demonstration is performed. In this Thesis, we target the problem of programming a cobot in an easy and intuitive way, for a welding task. The method is able to parameterize the welding trajectory taught by the operator with a single kinesthetic demonstration, extracting target positions, orientations, and velocities of the end effector. The parameterized trajectory is then translated into robot code, executed through a combination of linear and circular movements, and suitable tool reorientations. Furthermore, the parameterized trajectory will be extended for the welding of multiple workpieces of the same shape on the welding table, adapting the skill parameters according to the situation. The method, named ABB GoFa SmartWeld, is validated on ABB GoFa CRB 15000.

L’ascesa della personalizzazione di massa nello scenario industriale ha portato alla necessità di un’importante cooperazione fra umani e robot. Da questo punto di vista, l’abilità di programmare un robot in maniera facile, veloce e affidabile ha reso possibile lo sviluppo di nuove tipologie di programmazione, come la cosiddetta Programmazione per Dimostrazione (PbD). La dimostrazione effettuata in PbD necessita la definizione di opportuni parametri utili nella fase di esecuzione dell’azione complessa. Tuttavia, l’implementazione della PbD nello scenario industriale presenta degli svantaggi. Difatti, la selezione di movimenti del robot viene definita dall’operatore, attraverso specifiche interfacce fornite dai produttori di robot. L’operatore, mentre muove il robot in freedrive, ne definirà i movimenti salvando opportunamente dei waypoint. Di conseguenza, si genera automaticamente un programma robot. Tuttavia, questo programma è vincolato alla posizione e all’orientamento degli oggetti presenti sulla scena al momento della dimostrazione. In questa Tesi, affrontiamo il problema di programmare un robot collaborativo in maniera facile e intuitiva, in una operazione di saldatura. Il metodo è in grado di parametrizzare, attraverso una sola dimostrazione cinestetica, una traiettoria di saldatura eseguita da un operatore, estraendo parametri di posizioni di destinazione, orientamenti e velocità dell’end effector del robot. La traiettoria parametrizzata viene poi tradotta in codice robot, ed eseguita attraverso una combinazione di movimenti lineari, circolari, e re-orientamenti del tool. In aggiunta, la traiettoria parametrizzata verrà estesa alla saldatura di più oggetti della stessa forma presenti sul tavolo di saldatura, adattando i parametri estratti a seconda della situazione. Il metodo, chiamato ABB GoFa SmartWeld, viene validato tramite un ABB GoFa CRB 15000.