Manipolazione robotica 6D di oggetti da supermercato mediante sistema di visione hand-eye

Negli ultimi anni, la robotica collaborativa sta rivoluzionando il settore industriale grazie all’utilizzo dei cobot. I cobot (collaborative robot) sono robot progettati per interagire fisicamente con l’uomo nell’ambiente di lavoro senza bisogno di barriere di protezione o spazi autonomi come invece accade per i tradizionali robot industriali. Questo permette una collaborazione più sicura tra il robot stesso e l’essere umano migliorando flessibilità, produttività ed efficienza attraverso l’automazione di compiti noiosi o pericolosi. Oltre ad essere sicuri, i cobot sono agili, facili da programmare e si adattano rapidamente alle esigenze produttive, integrandosi in un ambiente di fabbrica intelligente e interconnesso. Nell’industria 4.0 hanno giocato e giocano ancora un ruolo fondamentale, ma l’ultima tendenza riguarda l‘integrazione dell’intelligenza artificiale in essi, che sarà pilastro dell’industria 5.0. In questa tesi viene sviluppata una cella di lavoro robotizzata per un’applicazione di pick and place, cioè spostare un oggetto dalla posizione di prelievo alla posizione di destinazione, tramite un cobot per un’automazione nel settore alimentare. In particolare, l’applicazione riguarda il rifornimento automatico degli scaffali di un supermercato. Quindi il cobot dovrà afferrare i prodotti alimentari dal tavolo sul quale è installato e posizionarli nei relativi scompartimenti degli scaffali. Il tutto viene gestito tramite un sistema di visione hand-eye basato sull’intelligenza artificiale. Il sistema di visione hand-eye prevede l’utilizzo di una telecamera installata direttamente sul cobot per il riconoscimento degli oggetti. Rispetto alle telecamere fisse, la struttura della telecamera hand-eye o occhio-in-mano offre una maggiore flessibilità nelle attività di ispezione, assemblaggio e afferraggio di oggetti fermi o in movimento. Inoltre, è facile vedere gli oggetti chiaramente e catturare immagini da diverse angolazioni mentre il robot esegue le sue attività di movimento. L’obiettivo di questa tesi riguarda quindi lo sviluppo, sia hardware che software, di una cella robotizzata che consente di rifornire gli scaffali all’interno di un supermercato. La tesi è suddivisa in cinque capitoli: Architettura hardware: in questo primo capitolo vengono descritte le componenti hardware che compongono la cella di lavoro, con le relative specifiche tecniche e tecnologie di funzionamento. Vengono inoltre illustrate le scelte progettuali di natura meccanica e robotica, insieme ad alcuni problemi riscontrati durante la configurazione. Architettura software: il secondo capitolo è dedicato all’architettura software del sistema. In particolare, vengono presentati i diversi ambienti utilizzati per consentire la comunicazione tra le diverse attrezzature e l’esecuzione del processo di pick and place: l’ambiente ROS per il riconoscimento degli oggetti, il software MATLAB per la calibrazione della telecamera e la funzionalità RTDE per la movimentazione del robot. Calibrazione telecamera hand-eye: in questo capitolo viene descritta la procedura di calibrazione hand-eye sviluppata tramite MATLAB, con l’obiettivo di determinare la posizione e l’orientamento della telecamera rispetto al sistema robotico. Riconoscimento oggetti: il quarto capitolo analizza l’algoritmo di riconoscimento degli oggetti, necessario a fornire al robot le informazioni riguardanti posizione e orientamento degli oggetti da afferrare. Movimentazione robot: l’ultimo capitolo è dedicato all’algoritmo di movimentazione del robot sviluppato tramite la funzionalità RTDE e il processo completo di esecuzione dell’applicazione di pick and place.