Sviluppo e calibrazione di un sistema di cattura del movimento basato su sensori inerziali per applicazioni di robotica collaborativa

Nell’era odierna dell’industria 4.0, nuove tipologie di robot collaborativi sono sempre più utilizzati all’interno dei processi di produzione, aumentandone l’efficienza. Tuttavia, questa interazione diretta innovativa tra uomo e robot introduce nuove esigenze per garantire una collaborazione in sicurezza. Infatti, questa tipologia di robot ha il bisogno di essere dotato di sistemi di percezione e di software che permettano all’operatore di compiere in sicurezza operazioni che richiedono sia sforzo fisico che capacità manuali, valutando il rischio ergonomico delle stesse. In questo contesto, l’obiettivo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo e la calibrazione di un sistema di cattura del movimento del corpo umano basato sull’utilizzo di sensori inerziali con un duplice obiettivo: fornire in tempo reale le informazioni necessarie al robot per determinare la posizione dell’operatore nello spazio di lavoro e permettere l’analisi dei movimenti articolari, fondamentali per implementare algoritmi di sicurezza, e valutare il rischio ergonomico. Il sistema è basato su hardware Motion Shadow, che consiste in una tuta sensorizzata con 17 unità di misura inerziale e 2 solette di pressione. Nella prima parte del lavoro è stato definito il modello cinematico del corpo umano e gli algoritmi di ricostruzione del movimento nello spazio tridimensionale. Nella seconda parte è stato studiato il problema della calibrazione dell’orientamento tra sensori inerziali e il corpo umano, elemento di particolare importanza per il corretto funzionamento del sistema di misura. Una volta analizzate le possibili soluzioni ed i risultati raccolti, sono state messe a punto due tipologie di procedure di calibrazione. Infine, il sistema e le procedure di calibrazione proposte sono state testate sperimentalmente e confrontate tra loro, per valutarne il corretto funzionamento e la loro accuratezza nel contesto applicativo della robotica collaborativa.