Riassunto analitico
Una delle sfide tecnologiche più importanti nell'industria moderna è la volontà di incrementare il tasso di efficienza e flessibilità degli impianti di produzione. Ciò consentirebbe un notevole abbattimento dei costi, connesso a un aumento di competitività per le imprese e all'apertura di nuovi scenari di investimento.
La robotica collaborativa, presente nel mercato dell'automazione da più di dieci anni, ha lo scopo di fornire all'impresa e all'operatore dispositivi intelligenti, dotati di innumerevoli funzioni di sicurezza, rapidamente programmabili e integrabili nella linea produttiva, in grado di operare in sinergia con l'uomo in contesti altamente dinamici.
Tutto ciò ha avviato un processo di ridefinizione delle principali normative sulla sicurezza vigenti in ambito robotico, data l'inapplicabilità degli schemi di protezione convenzionalmente adottati. Tuttavia, queste normative non sono sempre in grado di assicurare la massima efficienza in termini di operatività del robot in un contesto di lavoro collaborativo.
Lo studio proposto presenta, e successivamente amplia, un lavoro di ricerca svolto nell'ambito del progetto ROSSINI. La partnership di questo progetto, guidata da aziende leader tecnologiche nel campo della sicurezza nell'automazione, mira alla definizione di applicazioni HRC (Human-Robot Collaboration) intelligenti, in cui l'assegnazione delle attività, le funzioni di sicurezza e i parametri di lavoro possano essere adattati ai requisiti di produzione e alle esigenze degli operatori umani.
Il lavoro di ricerca originario prevedeva lo sviluppo di un algoritmo in grado di controllare, in modo efficiente e sicuro, il movimento del robot collaborativo in uno spazio di lavoro condiviso. L'algoritmo è basato sull'interazione di due livelli, il primo dei quali pianifica dinamicamente una traiettoria ammissibile per il robot, ossia percorribile a massima velocità, mentre il secondo consente di poter scalare tale velocità nella sola direzione dell'umano, secondo i parametri e i vincoli delle normative vigenti.
Il lavoro di tesi approfondisce il secondo livello, ossia l'algoritmo di scaling, e lo integra, sia matematicamente che in termini di flusso di codice, con l'architettura di controllo in posizione e velocità dei giunti. L'algoritmo, sviluppato originariamente considerando la sola direzione di distanza minima che congiunge l'end-effector all'umano, viene qui ampliato fino a coinvolgere l'intera catena cinematica e ipotizzando la presenza di un numero arbitrario di ostacoli nell'area di lavoro del robot.
L'elaborato si suddivide in quattro capitoli. Il primo mira a collocare storicamente la nascita della robotica collaborativa e ad approfondire alcuni aspetti salienti delle normative sulla sicurezza in applicazioni HRC. Il secondo fornisce una panoramica sui principali framework open-source di sviluppo e simulazione di robot, nonché una descrizione dell'hardware utilizzato in fase di verifica sperimentale. Il terzo capitolo presenta brevemente, in chiave matematica, il contenuto di due delle numerose librerie ROS e OROCOS, cruciali nello sviluppo degli algoritmi in linguaggio C++. Il quarto capitolo, centrale in questo lavoro di tesi, riprende, dapprima, la struttura matematica dell'algoritmo di scaling e approfondisce le due modalità di controllo del robot, ossia posizione e velocità; successivamente, descrive l'estensione dell'algoritmo a n link del manipolatore e propone un possibile sviluppo dello stesso, presupponendo un ambiente popolato da n ostacoli. Al termine di ogni step, è presente una parte di approfondimento dell'architettura del codice elaborato e delle verifiche effettuate in fase di simulazione.
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