Riassunto analitico
Tra tutti i robot industriali, i cobots stanno acquisendo sempre più popolarità. Il nome è sinonimo di robot collaborativi, poiché sono pensati per interagire fisicamente con gli esseri umani e condividere lo stesso spazio di lavoro. Il loro principale obiettivo è ridurre i compiti onerosi che gli umani devono svolgere e aumentare il tasso di produzione, migliorando la precisione e la ripetitività.
Di solito, i Cobots sono montati su una piattaforma fissa, statica all’interno della stazione di lavoro. ABB, in qualità di azienda leader nelle soluzioni robotizzate, ha ulteriormente spinto la ricerca, montando uno di questi robot su una piattaforma mobile olonomica dotata di un algoritmo di navigazione, che utilizza gli scanner laser già presenti su di esso. Il problema principale di questi scanner laser è che possono rilevare solo ostacoli abbastanza alti da intersecare i loro raggi, quindi la mappa costruita non conterrà i piccoli ostacoli e alcuni oggetti, come i tavoli, non saranno completamente rappresentati.
Lo scopo di questa tesi è, quindi, migliorare la navigazione del robot mobile, montando una telecamera sul Cobot e utilizzando i dati trasmessi da questo sensore per costruire una mappa completa e più coerente e, quindi, applicare una ricostruzione 3D dell'ambiente per poter pianificare il movimento della piattaforma stessa.
I primi capitoli forniscono un breve background teorico sui robot mobili e sui tipi di ruote, ROS (Robot Operating System) e il problema di SLAM, illustrando i paradigmi di base e come siano rappresentate le mappe. Quindi, sarà fornita una rapida panoramica dell'attuale sistema e dell'algoritmo di navigazione implementato e verrà introdotto l'argomento della VSLAM.
Quindi un paio di capitoli saranno dedicati a descrivere in dettaglio gli algoritmi implementati per la VSLAM, ovvero ORB-SLAM e Maplab, fornendo una panoramica completa delle loro caratteristiche principali. Inoltre, verranno illustrati i miglioramenti apportati dalla presenza della telecamera e tutti i test eseguiti sull'algoritmo per ottimizzarne tutti i parametri e la configurazione generale.
Quindi, verrà spiegato il metodo di ricostruzione 3D, con particolare attenzione a come opera e come vengano utilizzati i dati per costruire una mappa adatta all'algoritmo SLAM 2D dalla ricostruzione, seguita dai risultati sperimentali ottenuti con la sua applicazione sul sistema reale.
Per concludere, verranno confrontati gli algoritmi SLAM implementati sulla piattaforma, concentrandosi sull'accuratezza della localizzazione, sulla consistenza dei dati e sui vantaggi e svantaggi nell'implementazione di uno di essi piuttosto che degli altri.
Infine, verrà fornita una breve panoramica su quali possano essere gli step successive in relazione a questo progetto e su come il sistema potrebbe essere ulteriormente migliorato.
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Abstract
Among all the industrial robots, Cobots are increasingly gaining popularity. The name stands for collaborative robots, as they are meant to physically interact with humans and share the same workspace. Their main goal is to reduce the onerous tasks humans have to perform and increase the production rate, improving precision and repetitiveness.
Usually, Cobots are mounted on a fixed platform, static in their workstation. ABB, as leading company in robotic solutions, pushed the research even further, mounting one of these robot on a holonomic mobile platform endowed with a navigation algorithm, exploiting the laser scanners already present on it. The main issue with these laser scanners is that they can only detect obstacles high enough to cross their rays, so the map built will lack of small obstacles and some objects, like tables, will not be entirely represented.
The aim of this thesis is, hence, to improve the navigation of the mobile robot, mounting a camera on the Cobot and using the data streamed by this sensor to build a complete and more consistent map and then to apply a 3D reconstruction of the environment to be able to plan the motion.
The first chapters give a brief theoretical background about mobile robots and the types of wheels, ROS (Robot Operating System) and the SLAM problem, illustrating the basic paradigms and how maps are represented. Hence, a quick overview of the current system and navigation algorithm will be detailed and the topic of VSLAM will be introduced.
Then a couple of chapters will be dedicated to describe in detail the algorithms implemented for VSLAM, namely ORB-SLAM and Maplab, providing a complete overview of their main features. In addition, the improvements due to the presence of the camera will be depicted, and also all the tests done on the algorithm to optimize all the parameters and the overall configuration.
Hence, the 3D reconstruction method will be explained, with particular focus on how it works and how the data were exploited to build a map out of the reconstruction, suitable to the 2D SLAM algorithm, followed by the experimental results obtained with its application on the real system.
To conclude, the SLAM algorithms implemented on the platform will be compared, focusing on the accuracy of localization, the consistency of the data and the advantages and disadvantages in implementing one of them rather than the others.
Finally, a quick overview will be given on which are the next steps of this project and how the system could be improved further.
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