Simulation of a path consistent motion planning algorithm

In today’s modern world, the volume of industrial manufacturing is one of the essential elements of a stable and good economy. Industrial automation has been taking over the manufacturing world since the last couple of decades, and no doubt industrial manipulators are one of the most important tools of industrial automation, especially in modern, high-tech factories. Fully automated assembly lines are a fairly common practice notably in the automotive industry. Industrial robots are widely used in many applications ranging from pick and place tasks to spray-painting, due to their flexibility and accuracy. As technology advances, it is commonly deducted that the manufacturing requirements will be complicated and there will be scenarios that humans will share the same workspace with industrial manipulators to increase the production efficiency and meet the requirements of complex production. This co-operation raises the concern in terms of safety of individuals in the workspace as well as the manipulator itself. Today’s standards suggest the total physical separation of the human and the manipulator. Literature about safety in robotic applications is very wide and there has been an increasing interest in the research on the safety aspect of human-robot collaboration. This text represents an attempt to simulate and analyze a path-consistent safe motion planning algorithm where the safety constraints are merged with production constraints to achieve an optimal outcome of both sides. Firstly, the theory behind the algorithm is discussed. Secondly the simulation of the algorithm is prepared step by step. The simulation is carried out in MATLAB and Simulink environments utilizing the Robotics Toolbox. The methods used while deriving the algorithm are discussed and the algorithm itself is simulated in different scenarios to prove its efficiency.

Nel mondo moderno, il volume della produzione industriale è uno degli elementi essenziali di una buona e stabile economia. L'automazione industriale è entrata nel mondo della produzione industriale a partire dagli ultimi decenni, e senza dubbio i manipolatori industriali rappresentano uno dei più importanti strumenti dell'automazione industriale, particolarmente nelle industrie moderne e high-tech. Le catene di montaggio completamente automatizzate sono una pratica piuttosto comune specialmente nell'industria automobilistica. I robot industriali sono largamente utilizzati in molte applicazioni che vanno dalle operazioni di pick and place a quelle di spray-painting, grazie alla loro flessibilità e precisione. È deduzione comune che, con l'avanzare della tecnologia, le necessità di produzione saranno più complicate, con scenari in cui gli operatori umani condivideranno lo stesso luogo di lavoro assieme ai manipolatori industriali per aumentare l'efficienza di produzione ed andare incontro alle richieste della produzione complessa. Questa cooperazione accresce l'interesse relativo alla sicurezza degli individui e degli stessi manipolatori sul luogo di lavoro. Gli standard odierni suggeriscono la totale separazione fisica dell'uomo dal manipolatore. La letteratura relativa alla sicurezza nelle applicazioni robotiche è vasta e vi è un crescente interesse nella ricerca sull'aspetto della sicurezza nella collaborazione umano-robot. Questo testo rappresenta un tentativo di simulare e analizzare un algoritmo di pianificazione sicura del moto che sia coerente coi percorsi, dove i vincoli di sicurezza sono fusi con i vincoli di produzione per raggiungere un risultato ottimale da entrambe le parti. In primo luogo è discussa la teoria alla base dell'algoritmo. Succesivamente la simulazione dell'algoritmo viene illustrata passo per passo. La simulazione viene portata a termine in MATLAB e in ambiente Simulink utilizzando il Robotics Toolbox. Vengono discussi i metodi usati nella derivazione dell'algoritmo; in seguito, l'algoritmo stesso viene simulato in diversi scenari per dimostrarne l'efficienza.