Human-robot interaction for object transfer

Abstract

Robots come into physical contact with humans under a variety of circumstances to perform useful work. This thesis has the ambitious aim of contriving a solution that leads to a simple case of physical human-robot interaction, an object transfer task. Firstly, this work presents a review of the current research within the field of Human-Robot Interaction, where two approaches are distinguished, but simultaneously required: a pre-contact approximation and an interaction by contact. Further, to achieve the proposed objectives, this dissertation addresses a possible answer to three major problems: (1) The robot control to perform the inherent movements of the transfer assignment, (2) the human-robot pre interaction and (3) the interaction by contact. The capabilities of a 3D sensor and force/tactile sensors are explored in order to prepare the robot to handover an object and to control the robot gripper actions, correspondingly. The complete software development is supported by the Robot Operating System (ROS) framework. Finally, some experimental tests are conducted to validate the proposed solutions and to evaluate the system's performance. A possible transfer task is achieved, even if some refinements, improvements and extensions are required to improve the solution performance and range.

Os robôs entram em contacto físico com os humanos sob uma variedade de circunstâncias para realizar trabalho útil. Esta dissertação tem como objetivo o desenvolvimento de uma solução que permita um caso simples de interação física humano-robô, uma tarefa de transferência de objetos. Inicialmente, este trabalho apresenta uma revisão da pesquisa corrente na área da interação humano-robô, onde duas abordagens são distinguíveis, mas simultaneamente necessárias: uma aproximação pré-contacto e uma interação pós-contacto. Seguindo esta linha de pensamento, para atingir os objetivos propostos, esta dissertação procura dar resposta a três grandes problemas: (1) O controlo do robô para que este desempenhe os movimentos inerentes á tarefa de transferência, (2) a pré-interação humano-robô e (3) a interação por contacto. As capacidades de um sensor 3D e de sensores de força são exploradas com o objetivo de preparar o robô para a transferência e de controlar as ações da garra robótica, correspondentemente. O desenvolvimento de arquitetura software é suportado pela estrutura Robot Operating System (ROS). Finalmente, alguns testes experimentais são realizados para validar as soluções propostas e para avaliar o desempenho do sistema. Uma possível transferência de objetos é alcançada, mesmo que sejam necessários alguns refinamentos, melhorias e extensões para melhorar o desempenho e abrangência da solução.