Control of a collaborative robot for human-robot handover applications

The purpose of this thesis work is to simulate handover tasks between a human and a collaborative robot through different control algorithms able to control the position and the orientation of the end-effector adapting to a certain "target". In the thesis an introduction regarding the Robotics and the Industry 4.0 is initially made. Then will be presented a more detailed section regarding the collaborative Robotics, with a particular attention to Franka-Emika Panda, a collaborative robot on which the work was based. In addition, the tools that were used to virtualize the robot are listed and described, along with the programming languages used to implement the control algorithms. The process of virtualization of the robot through the various simulation environments is then described. Moreover, the various control algorithms used to perform the handover are reported, paying particular attention to the description of the various methodologies for the calculation of the orientation error. Finally, the simulation environments are depicted, together with the analysis of the obtained results. In the specific, the speed of accomplishment of the tasks and the precision in reaching the reference values have been evaluated. Finally, some conclusive considerations regarding the work done and the description of possible related future developments have been made.

Controllo di un robot collaborativo per applicazioni di handover tra uomo e robot. L’obbiettivo di questo progetto di tesi è quello di simulare dei task di handover tra un uomo e un robot collaborativo attraverso differenti algoritmi di controllo in grado di posizionare e orientare l’end-effector adattandosi ad un certo "target". Nella tesi viene inizialmente riportata un’introduzione riguardante la Robotica e l’Industria 4.0, per poi presentare una sezione piu dettagliata riguardante la Robotica Collaborativa, con una particolare attenzione inerente a Franka-Emika Panda, un robot collaborativo sul quale è stato basato il lavoro. In secondo luogo vengono elencati e descritti gli stumenti utilizzati per virtualizzare il robot, con una panoramica riuguardo i linguaggi di programmazione attraverso i quali sono stati implementati gli algoritmi di controllo. Il processo di virtualizzazione del robot all’interno dei vari ambienti di simulazione viene poi descritto. Dopodichè vengono esposti i diversi algoritmi di controllo utilizzati per l’esecuzione dell’handover, ponendo particolare attenzione alla descrizione delle varie metodologie per il calcolo dell’errore di orientamento. Infine, gli ambienti di simulazione sono descritti, accompagnati da un’analisi dei risultati ottenuti. Nello specifico, sono stati valutati la velocità di compimento dei task e la precisione nel raggiungimento dei valori di riferimento. Infine sono state riportate delle considerazioni conclusive riguardanti il lavoro svolto e la descrizione di possibili sviluppi futuri correlati.