Industrial robot path planning based on 3D model mesh segmentation for surface finishing process

Industrial processes that involve surface interaction or are highly dependent on the geometry of the workpiece pose significant challenges for automation. Robots, with their flexibility and adaptability, are well-suited for such tasks. However, achieving full automation requires addressing multiple complexities such as the ones related to the robot path planning, This thesis presents a method for the complete automation of an industrial process using robots, starting from the STL files of the objects to be processed. Specifically, we focused on the surface finishing process. The case studies analyzed in detail involved a motorcycle helmet and a bicycle frame, both made of carbon fiber. The strategy we aimed to develop is designed to be as generic as possible, allowing it to adapt to different types of machining and objects with varying characteristics. The applied strategy consists of three main steps: segmentation of the initial mesh, selection of target points on the surface of the model, and determination of the optimal path for the robot. For each of these phases, specific algorithms were developed and implemented using MATLAB, along with the use of RoboDK for virtual simulation. At the end of our work, we obtain good results in terms of surface covered for the helmet case, while for the more complex geometry of the frame a lot of progresses are still to be done. We were also able to test the outcome of the process through a simulation conducted in the laboratory.

I processi industriali che implicano un'interazione con la superficie o che dipendono fortemente dalla geometria del pezzo presentano sfide significative per l'automazione. I robot, grazie alla loro flessibilità e adattabilità, sono strumenti adatti a svolgere tali compiti. Tuttavia, raggiungere un'automazione completa richiede di affrontare diverse complessità, tra cui quelle relative alla pianificazione del percorso del robot. Questa tesi presenta un metodo per l'automazione completa di un processo industriale utilizzando robot, partendo dai file STL degli oggetti da lavorare. In particolare, ci siamo concentrati sul processo di finitura superficiale. I casi studio analizzati in dettaglio riguardano un casco da motociclista e un telaio di bicicletta, entrambi realizzati in fibra di carbonio. La strategia che abbiamo sviluppato è progettata per essere il più possibile generica, in modo da potersi adattare a diverse tipologie di lavorazione e a oggetti con caratteristiche variabili. L'approccio applicato si articola in tre fasi principali: segmentazione della mesh iniziale, selezione dei punti target sulla superficie del modello e determinazione del percorso ottimale per il robot. Per ciascuna di queste fasi, sono stati sviluppati e implementati specifici algoritmi utilizzando MATLAB, con l'ausilio di RoboDK per la simulazione virtuale. Alla fine del nostro lavoro, abbiamo ottenuto buoni risultati in termini di copertura della superficie per il caso del casco, mentre per la geometria più complessa del telaio sono ancora necessari ulteriori progressi. Inoltre, siamo riusciti a testare l’esito del processo attraverso una simulazione condotta in laboratorio.