Dynamic model of a deformable linear object with environmental interactions for robotic manipulation

Industrial manufacturing companies are increasingly incorporating automated systems to improve production efficiency. However, the automation of processes involving deformable linear objects (DLOs) like wires, cables and tubes is challenging due to their complex behaviors, leaving the manipulation of DLOs entirely to human operators, thus slowing down the production process. The development of suitable techniques and technologies is crucial to address this challenge, enabling the robotic manipulation of DLOs and the consequent automation of processes involving this kind of objects. In this Thesis, we present a dynamic model to simulate the motion of a cable in space under the influence of external forces. In particular, an already existing mass-spring model is enhanced, adding the possibility of specifying a generic equilibrium shape for the cable. Moreover, we model the interaction DLO-robotic grippers and the interaction DLO-environmental elements such as worktable, pegs and clips. Simulations and experiments with a real dual arm robot are performed to validate the proposed model. The interaction between the cable and the environment is investigated as well, obtaining good results that prove the robustness of the model. Finally, we apply the proposed model to a cable assembly task. The results show that it successfully expressed the behaviour of the cable and the interaction during the manipulation.

Le aziende manifatturiere stanno continuando a incorporare un numero sempre più grande di sistemi automatizzati per aumentare la produzione, ma l'automatizzazione dei processi con oggetti lineari deformabili (DLO) come cavi elettrici, cavi e tubi è difficoltosa a causa del loro comportamento complesso. Questo ha lasciato la loro manipolazione totalmente in mano agli operatori umani, rallentando quindi il processo produttivo. Lo sviluppo di tecniche adatte è cruciale per superare questa problematica, rendendo possibile la manipolazione robotica dei DLO e la consequente automazione dei processi con questo tipo di oggetti. In questa Tesi, presentiamo un modello dinamico per simulare il movimento di un cavo sottoposto a forze esterne. In particolare, il modello è stato migliorato a partire da un massa-molla già esistente, aggiungendo la possibilità di specificare una generica configurazione di equilibrio per il cavo. Inoltre, sono modellizzate le interazioni tra il DLO e il gripper del robot e quelle tra il DLO e gli elementi dell'ambiente esterno quali tavolo, pioli e clip. Per convalidare il modello proposto, sono stati eseguiti esperimenti e simulazioni con un vero robot a due braccia. Alla fine, viene applicato il modello a un'attività di assemblaggio con cavo. I risultati ottenuti mostrano la robustezza del modello e l'efficacia della sua applicazione nella manipolazione dei cavi.