The goal of this thesis is to provide a smart lighting service for the elderly and those with vision impairments. In the thesis an introduction regarding the robot solution in home design and assistive robots for elderly is made. Then, is presented the motivation and objectives and subsequently the proposed solution is defined which is a Robotic arm connected to a prismatic joint with serial kinematics, with four degrees of freedom, consisting of two links, which the first connects the Prismatic joint to the Spherical joint and the second connects the Spherical to the End-effector. Then, the solution is studied from an Ergonomic point of view and the sensors is well described. Thereafter, the Direct, Inverse, and differential kinematics are computed. As for the direct kinematics, the Homogeneous Transformation matrices are computed and also the Denavit-Hartenberg approach as an alternative is proposed. As for the inverse kinematics, Analytic Transformation matrix is computed using the Euler Angles. In addition, the Differential Kinematics is described using the Analytic and Geometric Jacobian matrices. Later, the concepts of Control in the Joint Space and Control in the Operational Space are described. As for the Control scheme, the Centralized Control Approach Using Inverse Dynamic Control in the Operational Space is proposed and depicted to control robot manipulator. Subsequently, the tool and the programming language that were used to virtualize the robot is described. The virtualization tool is CoppeliaSim, and the programming language is LUA. To illustrate the idea of the thesis, the 3D model of the robot is built and two scenarios for the robot are defined. Then, a sequence of frames of the simulation are showed to analyse the movement of the robot tracking the individual. Later, a test is made to show the precision of the robot. Finally, some conclusive considerations regarding the work done and the description of possible related future developments have been made.
UN'APPLICAZIONE DI SERVIZIO DI ILLUMINAZIONE INTELLIGENTE CHE UTILIZZA UN MANIPOLATORE ROBOT SERIALE PER PERSONE CON DISABILITÀ VISIVE. L'obiettivo di questa tesi è quello di fornire un servizio di illuminazione intelligente per anziani e persone con problemi di vista. Nella tesi viene fatta un'introduzione riguardante la soluzione robotica nell'home design e i robot assistivi per anziani. Quindi, viene presentata la motivazione e gli obiettivi e successivamente viene definita la soluzione proposta che è un Braccio Robotico collegato ad un giunto prismatico con cinematica seriale, con quattro gradi di libertà, costituito da due collegamenti, il cui primo collega il giunto Prismatico allo Sferico giunto e il secondo collega lo sferico all'effettore finale. Quindi, la soluzione viene studiata da un punto di vista ergonomico e la sensoristica è ben descritta. Successivamente, vengono calcolate le cinematiche Diretta, Inversa e Differenziale. Per quanto riguarda la cinematica diretta, si calcolano le matrici di Trasformazione Omogenea e si propone in alternativa anche l'approccio di Denavit-Hartenberg. Per quanto riguarda la cinematica inversa, la matrice di trasformazione analitica viene calcolata utilizzando gli angoli di Eulero. Inoltre, la Cinematica Differenziale è descritta utilizzando le matrici Analytic e Geometric Jacobian. Successivamente vengono descritti i concetti di Controllo nello Spazio Congiunto e Controllo nello Spazio Operativo. Per quanto riguarda lo schema di controllo, per controllare il manipolatore robotico viene proposto e rappresentato l'approccio di controllo centralizzato mediante il controllo dinamico inverso nello spazio operativo. Successivamente vengono descritti lo strumento e il linguaggio di programmazione che sono stati utilizzati per virtualizzare il robot. Lo strumento di virtualizzazione è CoppeliaSim e il linguaggio di programmazione è LUA. Per illustrare l'idea della tesi, si costruisce il modello 3D del robot e si definiscono due scenari per il robot. Quindi, viene mostrata una sequenza di fotogrammi della simulazione per analizzare il movimento del robot che segue l'individuo. Successivamente, viene eseguito un test per mostrare la precisione del robot. Infine, sono state fatte alcune considerazioni conclusive in merito al lavoro svolto e alla descrizione di possibili futuri sviluppi correlati.
A SMART LIGHTING SERVICE APPLICATION USING A SERIAL ROBOT MANIPULATOR FOR PEOPLE WITH VISUAL IMPAIRMENT
ABBASI, KOOSHIAR
2021/2022
Abstract
The goal of this thesis is to provide a smart lighting service for the elderly and those with vision impairments. In the thesis an introduction regarding the robot solution in home design and assistive robots for elderly is made. Then, is presented the motivation and objectives and subsequently the proposed solution is defined which is a Robotic arm connected to a prismatic joint with serial kinematics, with four degrees of freedom, consisting of two links, which the first connects the Prismatic joint to the Spherical joint and the second connects the Spherical to the End-effector. Then, the solution is studied from an Ergonomic point of view and the sensors is well described. Thereafter, the Direct, Inverse, and differential kinematics are computed. As for the direct kinematics, the Homogeneous Transformation matrices are computed and also the Denavit-Hartenberg approach as an alternative is proposed. As for the inverse kinematics, Analytic Transformation matrix is computed using the Euler Angles. In addition, the Differential Kinematics is described using the Analytic and Geometric Jacobian matrices. Later, the concepts of Control in the Joint Space and Control in the Operational Space are described. As for the Control scheme, the Centralized Control Approach Using Inverse Dynamic Control in the Operational Space is proposed and depicted to control robot manipulator. Subsequently, the tool and the programming language that were used to virtualize the robot is described. The virtualization tool is CoppeliaSim, and the programming language is LUA. To illustrate the idea of the thesis, the 3D model of the robot is built and two scenarios for the robot are defined. Then, a sequence of frames of the simulation are showed to analyse the movement of the robot tracking the individual. Later, a test is made to show the precision of the robot. Finally, some conclusive considerations regarding the work done and the description of possible related future developments have been made.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/14960