Robot programmed by demonstration for Machine Tending tasks

Machine Tending (MT) is one of the most common and automatized operation which exploits robotic systems to perform, in a repetitive way, the loading of workpieces into the jaws of a tool machine. Existing MT solutions strictly require the workpiece to travel on the assembly line with a fixed and known pose to enable the robot to load the part with predefined movements. This constraint implies a time consuming and expensive adaptation of the workcell, only for simplifying the robot programming. In order to overcome this limitation, the present thesis provides an adaptation of Semantic Programming by Demonstration (sPbD) for MT. Semantic PbD is based on the combination of Programming by Demonstration with the semantic representation of the scene. The developed algorithm exploits an innovative symbolic representation of relative spatial relationships to semantically characterize reorientation skills. This enables the robot to handle parts coming in its workspace with a random orientation, resulting in more adaptability and flexibility in accomplishing MT tasks. An experimental campaign is conducted on a pool of volunteers with different expertise in robotics to validate the programming method intuitiveness and effectiveness in a mockup of a MT task. The gathered feedback are promising and pave the way to further developments of the descriptive capabilities of the environment. In fact, their enhancement can extend the range of applicability of the presented framework to tackle new industrial tasks, such as assemblies and packing.

L’asservimento di una macchina utensile (Machine Tending, MT) è ad oggi una delle operazioni più comunemente automatizzate in ambito industriale. Essa consiste nel delegare a un sistema robotico il compito altamente ripetitivo di caricamento di pezzi o componenti dalla linea di assemblaggio alle pinze di una macchina utensile. Tuttavia, i metodi di MT attualmente in uso richiedono che i pezzi trasportati sul nastro della catena di montaggio si trovino necessariamente in una configurazione precisa e predefinita, affinché il robot possa eseguire l’operazione di caricamento attraverso movimenti prestabiliti. Per superare questa limitazione e semplificare la programmazione del robot, fino ad ora si è intervenuti sullo spazio operativo, adattando la cella di lavoro. Tuttavia, questo processo richiede un considerevole impiego di risorse e di tempo. La presente tesi fornisce un adattamento della Programmazione Semantica per Dimostrazione (Semantic Programming by Demonstration, sPbD) per gestire l’asservimento di una macchina utensile. Il metodo proposto combina la Programmazione per Dimostrazione con la rappresentazione semantica della scena. Inoltre, l’algoritmo che è stato sviluppato sfrutta una rappresentazione simbolica innovativa delle relazioni spaziali tra entità (oggetti), permettendo di caratterizzare semanticamente le abilità di riorientamento. In questo modo il robot acquisisce la capacità di manipolare componenti che entrano nel suo spazio di lavoro con un orientamento casuale, rendendolo così più adatto e flessibile nell’eseguire operazioni di MT. Inoltre, l’intuitività e l’efficacia del metodo di programmazione implementato sono stati validati, con risultati positivi, nell’ambito di un’attività “modello” di asservimento macchina, che ha coinvolto volontari con diverse esperienze nella robotica. Complessivamente, i promettenti risultati ottenuti costituiscono un importante punto di partenza per sviluppare ulteriormente le capacità del robot di descrivere l’ambiente. Questo permetterà in futuro di ampliarne il campo di applicazione e di eseguire nuove attività industriali, come l’assemblaggio e l’imballaggio.