Riassunto analitico
Negli ultimi anni si è parlato molto di Industria 4.0, termine con in quale ci si riferisce al processo di innovazione che porta un comune impianto produttivo a trasformarsi in Smart Factory, o fabbrica intelligente. L'attuale rivoluzione industriale ha come obiettivo principale l'adozione di tecnologie per la produzione avanzata, tra le quali sta assumendo particolare rilievo la robotica collaborativa. I cobot sono robot ideati appositamente per collaborare con l'uomo, in uno spazio di lavoro comune. A differenza dei tradizionali robot industriali, infatti, non necessitano dell'installazione di barriere di separazione, poiché sono dotati di funzionalità integrate per garantire la sicurezza dell'operatore. Proprio queste ultime, però, vanno a penalizzare le prestazioni dei robot collaborativi in termini di velocità e payload.
Il progetto europeo ROSSINI, nel quale si colloca questo lavoro di tesi, è nato con lo scopo di sviluppare un nuovo concetto di braccio robotico, ottimizzato per la collaborazione uomo-robot, che veda quindi attenuate le limitazioni delle performance dovute alle funzioni di sicurezza. Il progetto si propone di portare avanti diverse linee di ricerca: lato hardware su sensoristica e tecnologia di attuazione, lato software su controllo dinamico e mutua collaborazione tra uomo e robot. In particolare, in questo lavoro di tesi, si vuole sviluppare un algoritmo per il controllo di alto livello di un manipolatore mobile, che lo vincoli a seguire un operatore in movimento. L'idea è quella di implementare un guinzaglio virtuale tra uomo e robot, per far sì che questo sia attirato qualora l'uomo si sposti, ma rimanga un vincolo non rigido all'interno di una determinata area di lavoro. L'algoritmo è implementato sfruttando le Control Barrier Functions, strumenti matematici che permettono di generare "barriere" che delimitano un set sicuro, al quale lo stato del robot deve tendere. Il calcolo degli input di controllo è eseguito risolvendo un problema di ottimizzazione quadratica con vincoli tempo--varianti. Ciò permette di adeguare, con la massima flessibilità, la dimensione dell'area di lavoro condivisa per uomo e robot, allungando o accorciando dinamicamente il guinzaglio virtuale.
L'algoritmo è un nodo eseguibile attraverso il framework ROS (Robot Operating System), largamente utilizzato per applicazioni robotiche. Al fine di costruire l'algoritmo, si è iniziato adottando un modello semplificato del manipolatore, costituito dal suo solo end--effector. In seguito alla validazione del funzionamento, si è proceduto modellando l'intera catena cinematica. Il comportamento è stato simulato tenendo come riferimento il cobot UR10e, poiché presente in laboratorio e quindi disponibile per la successiva fase di test.
Infine l'algoritmo è stato esteso per controllare un manipolatore mobile, ossia il cobot montato sulla base mobile MiR100, di tipo differential--drive. La stessa movimentazione dell'uomo, dal quale parte il guinzaglio virtuale, è stata in una prima fase simulata tramite comando da joystick, poi catturata attraverso il sistema di tracciamento OptiTrack. Quest'ultimo è in grado di individuare la posizione dell'uomo, tramite riconoscimento di marker riflettenti, e quindi di comunicarne i dati su ROS, rendendoli disponibili al nodo che si occupa del controllo. Dopo la validazione attraverso la fase simulativa, si è terminato il lavoro testando l'algoritmo sui robot reali.
|
