Riassunto analitico
Con il termine teleoperazione si indica l’azione di comandare un sistema, o un robot da una certa distanza. Più comunemente consiste in una tecnologia in cui un robot remoto è controllato da un operatore umano. La teleoperazione è stata, ed è tuttora, un driver chiave per la ricerca in campo robotico, e deriva dalla necessità pragmatica di svolgere compiti in ambienti remoti. Dopo decenni di sviluppo, questa tecnologia è ampiamente utilizzata in svariati campi, ad esempio, nell’esplorazione spaziale, nell’industria, nella chirurgia, nelle esplorazioni subacquee, nello svolgimento di lavori pericolosi e così via. Questo lavoro di tesi, svolto in collaborazione con l’istituto di ricerca “Institut Pascal” situato a Clermont Ferrand, mira a creare una prima versione di due sistemi di teleoperazione aventi differenti prestazioni ed impieghi utilizzando ROS. In entrambi i sistemi, la macchina tele operata è il manipolatore KUKA LBR 4+ che viene comandata attraverso un sistema di telecamere (mocap system) in grado di rilevare e registrare la posizione di alcuni marker attaccati all’operatore. Nello specifico, quando l’operatore si muove, i markers attaccati ad esso si muovono di conseguenza e ciò viene rilevato dal sistema di telecamere. I dati rilevati dal mocap system vengono inviati al robot remoto che compirà gli stessi movimenti fatti dall’umano. Nell’ultimo giunto del manipolatore è anche collegata una mano robotica (Robotic Shadow Hand) che viene controllata attraverso un guanto aptico indossato dall’operatore stesso.
Il primo sistema di teleoperazione creato è stato chiamato “Safe-mode teleoperation system” e consiste in un sistema in cui la comunicazione tra operatore e robot non è in real-time. D’altra parte, però, dopo aver definito via software gli oggetti presenti intorno al robot, questo sistema permette al manipolatore di fermarsi in modo automatico nel caso in cui il movimento fatto dall’operatore lo portasse a collidere con qualcosa presente nell’ambiente esterno. Per creare il “safe-mode teleoperation system” si è impiegato il framework MoveIt.
Il secondo sistema, invece, è stato chiamato “real-time teleoperation system” e permette di comandare il manipolatore con un ritardo praticamente nullo garantendo all’operatore una maggiore immersione nel processo di teleoperazione. D’altra parte, però, nel caso in cui l’operatore facesse un movimento che porta il manipolatore a collidere con un oggetto circostante, o se si verificasse un errore di qualsiasi tipo, il robot non sarebbe in grado di fermarsi in tempo. A differenza del primo sistema, per creare il “real-time teleoperation system” non si è impiegato MoveIt.
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Abstract
The term teleoperation indicates the action of controlling a system, or a robot, from a certain distance. Generally, it consists of a technology in which a remote robot is controlled by a human operator. Teleoperation has been, and still is, a key driver for robotics research, and comes from the pragmatic need to perform tasks in remote environments. After decades of development, nowadays this technology is widely used in various fields: space exploration, industry, surgery, for carrying out dangerous jobs and so forth.
This thesis, carried out in collaboration with the research institute “Institut Pascal” of Clermont Ferrand, aims to create a first version of two teleoperation systems with different performances using ROS. In both the systems, the tele-operated machine is the manipulator ”KUKA LBR 4+”. The movements are captured by a Mocap system, which can detect and record the position of some special markers. Specifically, the markers can be attached to the human and they move accordingly with it. The data captured by the Mocap system is sent to the remote robot, which mirrors the movements made by the human. As end effector, we used the Shadow Dexterous Hand developed by The Shadow Robot Company. This robotic hand is connected to the last joint of the manipulator, and it is controlled with a haptic glove worn by the operator himself.
The first teleoperation system created is called “safe-mode teleoperation system” and the communication between operator and robot is not in real-time. However, if the movement made by the operator leads the robot to hit an object, this system automatically stops the machine avoiding collision. This is possible by defining the objects around the robot via software and using Moveit. The second system is called “real-time teleoperation system”, and allows the operator to control the robot with a minimal delay. This characteristic helps to improve the immersion of the human in the teleoperation process. However, since we did not use Moveit in the “real-time teleoperation system”, the collision avoidance ability is lost.
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