Swing attenuation methods for robotic handling of suspended objects

Advancements in industrial robotics are providing companies with powerful tools that can be applied in several areas to achieve efficiency, flexibility and cost reduction in manufacturing processes. One of those is the objects handling, which is a topic of interest for a broad range of fields in industry applications. However, undesirable swinging motion may arise during the transportation of suspended objects and lead to imprecise placement, reduced throughput, and potential damage. This thesis investigates the application of techniques in order to minimize the residual swing oscillations during the transportation of suspended objects using a robotic arm. While case study of bottle transportation will be analyzed, the methods can be extended to any suspended object. Specifically, two open-loop approaches are proposed and investigated. The study begins with the implementation of a simple yet effective approach using notch filtering of the acceleration reference prior to the application to the manipulator. Subsequently the more advanced method of the Acceleration Compensation is introduced. It consists basically of modifying the original reference-trajectory comprised by a set of suspension points, with the purpose to compensate the undesirable residual swing effects at the end of the transfer motion. Experimental validation on a set of trajectories has been carried out to demonstrate the feasibility of the proposed solutions. The tests were carried out at the MERLIN lab of Politecnico di Milano using a GoFa collaborative robot.

I progressi nella robotica industriale stanno fornendo alle aziende potenti strumenti che possono essere applicati in diversi settori per raggiungere efficienza, flessibilità e riduzione dei costi nei processi produttivi. Uno di questi è la manipolazione degli oggetti, che è un argomento di interesse per una vasta gamma di campi nelle applicazioni industriali. Tuttavia, durante il trasporto di oggetti sospesi possono verificarsi movimenti oscillatori indesiderati che possono comportare un posizionamento impreciso, una produttività ridotta e potenziali danni. Questa tesi indaga l’applicazione di tecniche per ridurre le oscillazioni residue durante il trasporto di oggetti sospesi utilizzando un braccio robotico. Sebbene nella tesi sia analizzato il caso studio specifico del trasporto di bottiglie, i metodi possono essere estesi a qualsiasi oggetto sospeso. Nello specifico, vengono proposti e studiati due approcci ad anello aperto. Lo studio inizia con l’implementazione di un approccio semplice ma efficace utilizzando il filtraggio con un filtro notch del riferimento di accelerazione prima dell’applicazione al manipolatore. Viene poi introdotto il metodo più avanzato chiamato Acceleration Compensation. Consiste essenzialmente nel modificare la traiettoria di riferimento originaria, costituita da un insieme di punti di sospensione, allo scopo di compensare gli effetti oscillanti residui indesiderati al termine del moto di trasferimento. È stata effettuata una validazione sperimentale su una serie di traiettorie per dimostrare la fattibilità delle soluzioni proposte. I test sono stati effettuati presso il laboratorio MERLIN del Politecnico di Milano utilizzando un robot collaborativo GoFa.