Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13753
Title: Human-robot collaboration for fabric folding using RGB/D and Kalman filters
Other Titles: Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ για τον χειρισμό υφασμάτων με τη χρήση RGB/D και φίλτρων Kalman
Authors: Αγγελόπουλος, Κωνσταντίνος
Keywords: Human-robot collaboration (HRC)
Fabric folding
Keywords (translated): Συνεργασία ανθρώπου-ρομπότ
Δίπλωμα υφασμάτων
Abstract: Due to technological advances in hardware and an attempt to improve flexibility in production cells, robots no longer require to be isolated behind safety fences, but rather interact with operators. Human – Robot Collaboration (HRC) is a widely adopted concept in the industrial realm. Physical interaction between operators and robots has enabled, the former to focus on high value tasks and the latter to complete repetitive, physical strenuous and risky tasks. This thesis proposes a robust framework to co–manipulate the folding of fabrics. The framework utilizes the Kinect RGB/D sensor to identify the position and orientation of the fabric using image processing to extract geometric features. The same sensor is used to track the position and orientation of the operator’s hand inside the collaborative space. To improve the Kinect’s tracking algorithm and eliminate noise during the collaboration, a non – linear Kalman filter is applied to the Kinect’s tracking data. In addition, the constructed framework consists of the KUKA LWR IV+ 7-axis collaborative robot, equipped with an ATI force/torque sensor and a Reflex One 3 finger – robotic gripper with 5 DOF that resembles the human hand movements. The robot reacts to the operator’s movement accordingly and is guided solely by the human operator. The proposed system was tested in a real use case scenario, where the collaborative task is the fold of a rectangular fabric. The fabric is laid flat on a table inside the collaborative space and the robot task is to follow and assist the human operator to fold the fabric in two different directions, along the two different fabric dimensions. The experimental results showed that the proposed system is able of identifying the laid fabric, tracking the human position and orientation and guide the robot to assist in the fabric folding.
Abstract (translated): Λόγω των τεχνολογικών εξελίξεων και της προσπάθειας για βελτίωση της ευελιξίας των κυψελών παραγωγής, τα ρομπότ δεν χρειάζεται πλέον να απομονώνονται πίσω από ‘τοίχους’ ασφαλείας, αλλά να αλληλοεπιδρούν με τους χειριστές. Η συνεργασία ανθρώπου – ρομπότ (Human – Robot Collaboration) είναι μία ευρέως υιοθετημένη αντίληψη στον τομέα της Βιομηχανίας. Η φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ χειριστών και ρομπότ επέτρεψε στους πρώτους να επικεντρωθούν σε υψηλής αξίας εργασίες και στους δεύτερους να εκτελούν επαναλαμβανόμενες, σωματικά επίπονες και επικίνδυνες εργασίες. Αυτή η διπλωματική προτείνει ένα ισχυρό πλαίσιο βασισμένο στην εκτίμηση της θέσης μέσω φίλτρων Kalman, για τον συνεργατικό (άνθρωπος-ρομπότ) χειρισμό υφασμάτων. Το σύστημα που αναπτύχθηκε χρησιμοποιεί τον αισθητήρα όρασης/βάθους Kinect για να προσδιορίσει τη θέση και τον προσανατολισμό του υφάσματος χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας εικόνας για την εξαγωγή γεωμετρικών χαρακτηριστικών. Ο ίδιος αισθητήρας χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της θέσης και του προσανατολισμού του χεριού του χειριστή μέσα στο χώρο συνεργασίας. Για τη βελτίωση του αλγόριθμου παρακολούθησης του Kinect και την εξάλειψη του θορύβου κατά τη διάρκεια της συνεργασίας εφαρμόζεται στα δεδομένα παρακολούθησης του Kinect ένα μη γραμμικό φίλτρο Kalman. Επιπλέον, το συνολικό σύστημα αποτελείται από το συνεργαζόμενο ρομπότ KUKA LWR IV+ 7 αξόνων, εξοπλισμένο με ένα αισθητήρα δύναμης/ροπής ATI και μια αρπάγη Reflex One 3 δακτύλων και 5 βαθμών ελευθερίας που προσομοιάζει τις κινήσεις του ανθρώπινου χεριού. Το ρομπότ αντιδρά αναλόγως στην κίνηση του χειριστή και καθοδηγείται αποκλειστικά από τον άνθρωπο. Το προτεινόμενο σύστημα δοκιμάστηκε σε ένα πραγματικό σενάριο, με σκοπό το δίπλωμα ενός παραλληλόγραμμου υφάσματος. Το ύφασμα είναι τοποθετημένο σε ένα τραπέζι μέσα στο χώρο συνεργασίας και ο σκοπός του ρομπότ είναι να ακολουθήσει και να βοηθήσει τον άνθρωπο ώστε να διπλώσουν μαζί το ύφασμα σε δύο διαφορετικές διευθύνσεις, κατά μήκος των δύο διαφορετικών διαστάσεων του υφάσματος (δύο σειριακές διπλώσεις). Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η συνολική ρομποτική κυψελίδα είναι ικανή να αναγνωρίσει το τοποθετημένο ύφασμα, να παρακολουθεί τη θέση του ανθρώπου και τον προσανατολισμό του χεριού του και να καθοδηγήσει το ρομπότ ώστε να βοηθήσει στο δίπλωμα του υφάσματος.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_ΑΓΓΕΛΟΠΟΥΛΟΣ_ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ_246690.pdf6.62 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.