Sviluppo e qualificazione metrologica di un sistema stereoscopico per il rilievo di traiettorie operative di utensili manuali e sperimentazione della tecnica in una cella robotizzata per la decorazione oggettistica

One of the major goals of robotics is to achieve a reduction of energetic and monetary costs, as well as shortening standard production times in manufacturing. Moreover, the use of robots can support, or even replace, the work of the operator in applications considered dangerous to humans, due to unfavorable environmental conditions. This project strives to achieve a deeper understanding of pros and difficulties of using a robot (in this case, IRB-120 produced by the Swiss multinational \ac{ABB}) in the process of decorating ceramic ware typically discharged manually. The innovative aspect of this work consists in verifying the possibility of obtaining, using a robot, a precise movement, defined and fluid, as that of a human should be, as well as accuracy and repeatability. Once the actual possibility of the robot to perform smooth motion has been verified, it is possible to request that it simulates movements of a person’s wrist. in order to program the robot an innovative and automated technique, based on computer vision, has been chosen. The smart use of three cameras, calibrated and stereoscopically coupled allows the programmer to acquire the tool path traced by a specialist and then to be able to replicate his movements. During this project, the tool used is a paint-brush. To do so, the brush, during the acquisition, needs to be marked with reflecting markers. The problem of registration between the two references, the cameras' and the robot's, is extremely important to obtain a good result, as well as the modeling of the paint-brush. An inaccurate or incorrect registration, in fact, introduces an offset and a relative rotation between the trajectory acquired and the reproduced one.

Lo spirito d'innovazione, la curiosità ed il miglioramento continuo spingono un numero crescente di ricercatori ed aziende a trovare soluzioni all'avanguardia e originali a problemi anche ormai risolti da tempo. L'obiettivo è la riduzione dei costi, sia energetici che monetari, e dei tempi di produzione di applicazioni ormai considerate standard. Questa situazione si presenta molto di frequente nell'ambito della robotica, settore sempre di maggiore impatto negli ultimi decenni. L'utilizzo intelligente di robot affianca, o addirittura sostituisce, il lavoro di un operatore. Questo, ad esempio, in applicazioni considerate pericolose per l'uomo a causa di condizioni ambientali sfavorevoli. Questo progetto si occupa di approfondire vantaggi e risultati derivanti dall'utilizzo di un robot antropomorfo (nello specifico si tratta del modello IRB-120 prodotto dalla multinazionale svizzera ABB) in processi di decorazione di supporti fittili tipicamente portati a termine manualmente. L'utilizzo di un robot permette di ottenere elevate accuratezze di posizionamento ed alti ritmi produttivi. L'aspetto innovativo di questo lavoro consiste nel verificare la possibilità di ottenere dall'utilizzo del robot, oltre ad accuratezza e ripetibilità, anche una movimento definito e fluido, come dovrebbe essere quello di un umano. Una volta verificata l'effettiva possibilità del robot di effettuare movimenti fluidi, è possibile richiedere che esso simuli quelli del braccio umano. Per la programmazione di tale robot si è scelto di utilizzare una metodologia innovativa ed automatica, sfruttando tecniche di visione artificiale, abbandonando la più classica programmazione "punto a punto". Questa tecnica richiederebbe di inserire manualmente, attraverso flexpendant, ogni singolo punto costituente la traiettoria. Un utilizzo intelligente di tre telecamere, calibrate ed accoppiate in stereoscopia, permette al programmatore di acquisire la traiettoria dell'utensile utilizzato da un operatore specializzato, per poterne successivamente replicare il movimento. Per utilizzare la stereoscopia, due telecamere sarebbero sufficienti, la terza viene aggiunta per fornire maggiore robustezza al metodo. Nell'applicazione in esame l'utensile adottato è un pennello. Per fare ciò, il pennello, durante la fase di acquisizione, necessita di essere dotato di marker catarifrangenti. Per ottenere un buon risultato, è di rilevante importanza il problema della registrazione tra i riferimenti lato sistema di misura e lato robot come anche il problema di effettuare una modellizzazione accurata del pennello. Una registrazione scorretta o poco accurata introdurrà, infatti, uno scostamento ed una rotazione relativa tra la traiettoria acquisita e quella riprodotta. Lo stesso risultato si otterrebbe sfruttando, per l'elaborazione delle misure, una definizione poco accurata del modello del pennello. Il metodo proposto permette di ottenere un'incertezza sulle posizioni che compongono la traiettoria riprodotta inferiore al mezzo millimetro lungo le direzioni X, Y e Z. Tale valore di incertezza permette di giungere a risultati soddisfacenti in termini di qualità del tratto di lavorazione.